王辉广+曾乔

1 问题的提出

渗透作用实验是高中生物的传统经典实验，该实验在学生理解渗透作用原理中有不可替代的作用。

通常完成此实验装置需用到铁架台、烧杯、漏斗、玻璃纸（赛璐玢）等器材，其教学实验的可操作性比较差，成功率不高，现象也不理想。许多教师对实验用具、材料进行了探索，对实验流程做了改进，甚至还发明了替代实验装置，但实验结果始终不太理想。

实验装置应该具备准备简单，成功率高，效果明显，操作时简便易行等特点。

2 研究内容与方法

2.1 实验材料、用具的选择

用作半透膜的材料有很多，理想的半透膜材料，需具备简便易得、不易破裂的特性。

目前使用的半透膜材料有肠衣、鱼鳔、鸡蛋的卵壳膜、动物的膀胱等生物材料，或者是火棉胶、玻璃纸（赛璐玢）等非生物材料。用膀胱膜、肠衣、花生米皮作为半透膜，取材处理不太容易，而非生物材料学生不容易理解，故本次实验采用的是鸡蛋的卵壳膜作为半透膜。

2.2 研究方法

2.2.1 半透膜的制备方法

取一枚生鸡蛋，将鸡蛋用硬物的边沿碰裂，对半掰开鸡蛋，倒出蛋清和蛋黄，将蛋壳用缓慢的流水冲洗干净，置于食醋原液中浸泡，定期搅拌。一段时间后，用清水清洗干净，轻轻敲碎蛋壳边沿，撕取卵壳膜，用水清洗干净并置于清水中待用。

在制备过程中，气室部分容易分离成两层并扩大，宜先用尖锐物（牙签等）刺破再泡入醋酸中。

制备流程可表示为：

敲→掰→洗→泡→洗→敲→撕→洗→备用。

2.2.2 红色蔗糖溶液的配制

用白糖分别配制0.3 g/mL、0.4 g/mL、0.5 g/mL、0.6 g/mL、0.7 g/mL 5个浓度梯度的蔗糖溶液，滴入等量红墨水，使之呈红色。

2.2.3 红糖溶液的配制

用红糖分别配制0.3 g/mL、0.4 g/mL、0.5 g/mL、0.6 g/mL、0.7 g/mL 5个浓度梯度的红糖溶液，由于红糖自身带有颜色，无需另外加色。

2.2.4 实验分组方法

本次实验中采用食醋原液分别浸泡鸡蛋壳5 min、10 min、15 min，清洗干净后撕取卵壳膜，做3个平行重复实验，最后取3次实验的平均值。分别用0.3 g/mL、0.4 g/mL、0.5 g/mL、0.6 g/mL、0.7 g/mL 5个浓度梯度的红色蔗糖溶液和红糖溶液进行渗透作用实验，每种溶液的每个浓度梯度做3个平行重复实验，最后取3次实验的平均值。

3 结果与分析

3.1 浸泡时间的选择

实验结果表明，在制取卵壳膜时，食醋浸泡的时间在5 min是最适宜的。

本次实验中采用总酸度大于9 mg/mL的食醋原液分别浸泡鸡蛋壳5 min、10 min、15 min，清洗干净后撕取卵壳膜，用0.5 g/mL红色蔗糖溶液对卵壳膜做渗透作用实验。做3个平行重复实验，最后取3次实验的平均值，实验结果见表1，实验分析如图2所示。

从表1图2中的数据可以看出，食醋原液浸泡时间在5 min的渗透作用高度差最大，效果比浸泡10 min、15 min的效果要好，可能是浸泡时间长，食醋对卵壳膜的结构或分子结构有破坏作用。从撕取卵壳膜的过程难易程度来看，基本无差别。因此，随后的实验中，均采用食醋原液浸泡鸡蛋壳5 min来获取卵壳膜。

3.2 蔗粮溶液浓度的选择

配制红色蔗糖溶液0.3 g/mL、0.4 g/mL、0.5 g/mL、0.6 g/mL、0.7 g/mL 5个浓度梯度，每个浓度梯度做3个平行重复实验，最后取3次实验的平均值。实验结果见表2，作图分析如图3所示。

由图3中曲线分析可知，5个浓度的蔗糖溶液在渗透装置中均有上升，以0.5 g/mL上升最明显，速度最快。0.3～0.5 g/mL浓度都可以选择，但以0.5 g/mL浓度为最佳。0.6 g/mL、0.7 g/mL的实验效果与预想的却刚好相反，这很有可能是糖溶液浓度过高时，溶液几乎达到粘稠状，反而不利于水分子的进入。水溶解糖也是需要时间和能量的，因此在做渗透作用实验时，并非浓度越高实验效果越明显，其中高于0.6 g/mL浓度溶液时渗透现象反而变弱的原理有待进一步探究。

3.3 红糖溶液浓度的选择

取红糖配制成溶液浓度为0.3 g/mL、0.4 g/mL、0.5 g/mL、0.6 g/mL、0.7 g/mL的5个梯度，每组做3个平行重复实验，再取平均值后得到数据结果见表3，数据分析图如图4所示。

从图4中可以看出红糖溶液的实验效果总体是比较理想的，红糖配制成溶液呈棕色，不需要用红墨水进行染色，所以比用红墨水染色的蔗糖溶液配制更简单。从实验数据来看，红糖浓度为0.4 g/mL时实验效果最好，45 min后液面高度最高可以达到7 cm，比初始液面上升1 cm，方便观察。从时间来说，液面上升也比最快，所以红糖溶液选取的浓度在0.4 g/mL最适宜。在高浓度的情况下出现了和红墨水蔗糖溶液实验中相同的情况，即糖溶液浓度过高时，渗透作用的高度和速度反而降低。这可能和溶液粘稠度有关，有关原理还需进一步探讨。

4 实验改进和创新

4.1 实验创新

由于课本实验中漏斗管没有刻度，对渗透作用的现象只能限于定性的描述，不利于精确表述结果。在实验中笔者用橡皮筋将塑料管绑在刻度尺上来标记刻度并测量渗透作用发生时液面的变化，使结果能够精确地用数字来量化。

4.2 实验的改进

本实验简化了实验装置，优化了实验流程。用一次性杯或废弃的矿泉水瓶（剪去瓶盖）当烧杯使用，用管径小于1 cm的透明塑料吸管代替长颈漏斗，卵壳膜等材料来源广泛，容易取得，成本低廉，环保节约，实验装置简便。

本实验改用塑料管后，蔗糖溶液的使用量极大减少，只需用小烧杯或胶头滴管通过塑料管口滴注便可，降低了操作的难度，缩短了实验时间，提高了实验效率。

半透膜改用鸡蛋卵壳膜，属于生物材料。在蔗糖溶液中滴入红墨水，或者使用红糖水，由于溶液呈现了红色，色彩对比明显，效果十分理想。

实验中我们改用橡皮筋捆扎，由于橡皮筋有弹性，使得半透膜与塑料管紧密结合，溶液不会渗漏，保证了实验的成功。

实验中半透膜合理使用，4人共用1个鸡蛋的卵壳膜，效果显著且节省材料。

将演示实验变为分组实验或家庭实验，实验过程如图6所示，启发了实验者对实验材料、装置、流程、结果的探究。

5 展望

笔者在实验研究中大胆地换用了课本中难以找到的材料，与我们生活中的知识和智慧相互融合，这是将来可以继续开展生物实验探讨的一个方向。

5.1 试剂适合浓度的探索与时间效率的提高

由于渗透作用的实验是用宏观的现象来显示微观的进程，微观进程需积累到一定程度才能在宏观中体现出来，因此实验过程需要时间。本次实验要观察到明显的实验效果需要约30 min的时间，制取半透膜也需耗时约5 min以上，时间效率还需进一步提高。实验所用醋酸是总酸度≥9.0 g/100 mL的食醋原液，还需要进一步探索适合的浓度以提高实验效率。

[STHZ]5.2 在渗透作用实验过程中，发现糖水浓度并非越高实验效果越明显

其中0.6 g/mL、0.7 g/mL浓度的红墨水蔗糖溶液渗透现象反而变弱，在红糖溶液中，0.6 g/mL、0.7 g/mL渗透作用的高度和速度反而不及0.4 g/mL时明显。这可能和溶液粘稠度有关，其原理有待进一步探究。

收稿日期：2016-10-05