在細胞大小與物質轉運關系的實驗中,將邊長為1、2、3cm的含酚酞瓊脂塊浸泡在NaOH溶液中10分鐘,觀察NaOH的擴散深度。實驗結果表明,NaOH在不同邊長的瓊脂塊中的擴散深度是相同的,約為0.5cm,教材試圖將這個模擬實驗的結果轉移到細胞上來解釋為什麽細胞不能無限生長。實驗結論是NaOH在不同邊長的瓊脂塊中的擴散速度相同(1)。(2)瓊脂塊的邊長越大,表面積與體積的比值越小,NaOH擴散體積占整個瓊脂塊的比值越小。(3)通過模擬實驗可以看出,細胞體積越大,其相對表面積越小,細胞的物質運輸效率越低;如果細胞太大,細胞核的“負擔”就會太重。在分析和討論實驗結果時,我們有壹個疑問:細胞從小到大,有足夠的時間讓物質從細胞外圍擴散到細胞中心或反之。如果延長實驗時間,較大瓊脂塊的NaOH擴散體積與整個瓊脂塊體積的比值不能增加嗎?瓊脂塊沒有類似細胞膜的邊界來控制物質的進出。教材中的實驗結論強調的是細胞的物質運輸效率,但實驗本身和教材中的實驗結論並沒有涉及到在物質運輸中起關鍵作用的細胞膜。模擬實驗結果與細胞生命活動的平行關系是否明顯?我們感覺這個實驗的情況和結果和活細胞及其物質運輸有很大的不同。模擬實驗和真實細胞生命活動的平行關系還不夠明顯,不足以完全解釋細胞不能無限生長的主要原因。教材的實驗分析不夠全面,不夠深入,需要改進(當然教材編者也不需要因為整體的寫作思路而全面的聚焦於某壹個小的部分。另外,不把實驗分析表達的詳細或全面也是編教材的壹個技巧,真的要留給學生思考。2.主要研究方法:2.1文獻檢索、瀏覽相關資料、下載典型資料;查閱大學課本。對獲得的數據進行處理和分析,確定研究方向和實驗方案。2.2實驗探索2.2.1第壹次實驗,將30g瓊脂加熱煮沸溶解於1000mL水中,然後加入1g酚酞試劑。在不同大小和形狀的容器中冷卻,制成不同大小和形狀的瓊脂塊。將瓊脂塊浸泡在0.1g/ml的NaOH溶液中,10分鐘後取出,迅速吸幹表面的NaOH溶液,沿垂直於表面的方向切開瓊脂塊,測量NaOH擴散深度的平均值。2.2.2實驗二將兩個直徑5cm、高8cm的瓊脂柱浸入NaOH溶液中,10分鐘後取出,分別切成高3cm和5cm的兩段(切口上端為上端),測定NaOH的擴散深度。將兩個3厘米的部分放在空氣中,將兩個5厘米的部分放回NaOH溶液中。10分鐘後,取出上端切掉0.7cm的截面,測量NaOH擴散深度,同時測量放置在空氣中3cm高的截面的NaOH擴散深度。將兩個高3cm的切片放在空氣中,將兩個高約4cm的切片放回NaOH溶液中。10分鐘後,取出上端0.7cm的切片,測量NaOH擴散深度。同時,測量了放置在空氣中的高度為3cm的截面的NaOH擴散深度。2.2.3第三個實驗基本上是第二個實驗的重復,驗證了實驗結果的可靠性。3研究結果3.1實驗結果浸泡10分鐘後,NaOH在不同形狀瓊脂塊中的擴散深度壹致,平均為0.5cm .第壹個實驗中,測量50分鐘後清潔桌面時,測得NaOH在未浸泡瓊脂塊中繼續擴散的深度達到1.3cm .即浸泡時的擴散速度為0.05 cm/min,NaOH在瓊脂塊中的擴散速度雖然第二次實驗和第三次實驗測得的數據不同,但NaOH擴散深度的變化趨勢是相同的。即NaOH持續擴散的速度逐漸變慢,放置在空氣中的瓊脂塊中NaOH持續擴散的深度比放回NaOH溶液中的瓊脂塊中的要慢(第壹個實驗測量的是10 ~ 60min期間NaOH持續擴散的深度,沒有對比測量,所以設計第二個實驗觀察不同條件下NaOH持續擴散的深度)。
第壹個實驗
10,20,30,40和60
在氫氧化鈉溶液中的擴散深度為0.5厘米。
空氣中持續擴散的深度