苗淼
陕西省韩城市司马迁中学 715400
一、实验在教材中的地位和作用
“细胞大小与物质运输的关系”是高中生物苏教版必修一第五章“细胞增殖”内容的一个实验，通过本实验形象的说明了“细胞不能无限长大”的一个重要原因是：细胞相对表面积的限制。学生通过模拟实验将微观细胞实体化、直观化，借助数学模型理解细胞不能无限长大的原因，对后面学习细胞的增殖、分化、衰老等有着非常重要的意义。
二、实验原型与不足：
1、实验原型：
原实验取三块边长分别为3cm、2cm、1cm的正方体琼脂块，模拟体积不同细胞，将其放在加入NaOH溶液的烧杯中淹没浸泡10min, 由于琼脂块内含有酚酞，物质在细胞中扩散速率是一定的，NaOH溶液通过渗透作用进入琼脂块会使其呈现紫红色，可依据颜色向内扩散的深度模拟这三个“细胞”中物质扩散效率，从而解释了细胞不能无限长大是的原因之一是细胞体积大小影响了物质运输效率。
实验结果：琼脂块越小，相对表面积（表面积 ∕ 体积）越大，物质在琼脂块中扩散的相对速率越大。
2、实验原型的不足之处
该试验虽然能模拟出预期的实验效果，但存在以下不足：
（1）制作含有酚酞的琼脂块相对复杂，耗费时间，NaOH溶液有腐蚀性、操作时有安全隐患。
（2）实验现象并不明显直观，用琼脂块模拟细胞不能体现细胞膜的结构，同时不能观察到物质进出细胞的动态过程。
三、实验的改进与创新
1、实验改进
针对实验原型中不足之处（1），进行材料的改进:用浅色凉粉替代琼脂块，用稀释后的红墨水替代NaOH溶液。改进后取材方便，操作简单，现在现象明显。
2、实验创新
课堂教学过程中有同学提出问题：能否模拟物质出细胞的过程呢？能否依据流出“细胞”物质的体积与原细胞体积的比值来解释细胞大小与物质运输效率的关系？
师生通过讨论实践，将原实验模型进行如下创新：
新实验研究物质进出细胞的当时从原来的进去细胞改为研究物质出细胞，模拟细胞的材料由加入酚酞不同体积的琼脂块改为不同体积得塑料瓶。进出细胞的溶液由5％的NaOH改为清水。实验创新后装置易取材，制作好后可反复利用，环保安全，且能观察到物质出细胞的动态过程。实验结果由数学公式计算得出，科学严瑾，说服力强。
四、实验器材：
直径分别为6.5cm,8.5cm,10.5cm的塑料瓶：模拟不同体积的细胞。
卷尺，记号笔，针：在塑料瓶上等间距打孔模拟细胞膜，方便液体就出细胞。 烧杯，量筒：储存并测量流出细胞液体的体力。
秒表：计时。
五、实验原理及装置说明
1、实验原理：
创新实验运用模型对生命现象作解释，用科学严谨的数学结果证明了细胞大小影响物质运输的效率。
不同体积的塑料瓶模拟不同体积的细胞，可直观体现细胞膜。在塑料瓶四周打大小相等、间距相等的若干小孔，瓶内装满水，计算单位时间从不同体积“细胞”中流出的水的体积（v）和细胞体积(V)的比值，模拟计算出不同大小细胞物质运输的效率（v ∕ V）。
2、装置说明：
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六、模拟实验过程
1、制作模拟不同体积的细胞装置：
取三个直径分别为6.5cm、8.5cm、10.5cm的塑料瓶，依次标号1、2、3号。利用卷尺和记号笔测量标记，用针给每个塑料瓶距底部5cm处横向纵向打孔，小孔间隔2厘米,垂直打孔深度小于2毫米。
2、分别计算三个塑料瓶模拟细胞的体积：打孔区域为模拟细胞（圆柱体体积公式：V=πr2h）
3、依次将1、2、3号装置装满水，用秒表计时15s，同时用量筒收集从塑料瓶打孔区域流出的水的体积v.重复五次取平均值。
4、列表计算并比较不同体积细胞物质运输的效率：
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说明：不同组装置测量出的水体积可能有所不同，但不影响每组的实验结果。
学生实验报告在计算时遵循平行重复原则，取五次测量15秒水流出体积平均值。
七、实验结论：
计算结果可知，1号塑料瓶6.5cm×5cm模拟的细胞运输效率最大，2号塑料瓶8.5cm×5cm模拟的细胞运输速率次之，3号塑料瓶10.5×5模拟的细胞运输效率最小。
通过实验可证明细胞体积与物质运输效率呈反比，细胞体积越小，相对表面积越大，物质运输的效率越大。从而解释了细胞不能无限长大的一个原因是：细胞的大小影响物质运输的效率。
八、实验效果评价及反思：
该实验从实验原理、实验器材，操作方法上都进行了创新，严格遵循实验设计的科学性原则，对照原则（三组相互对照），单一变量原则（模拟不同体积的细胞），平行重复原则（多次测量取平均值），创新后操作简单、安全环保，所制作的实验器材可重复使用，能直观看到物质出细胞的过程，实验结果数据分析精准，模拟效果好。
学生通过实验突破教学难点，掌握了模拟迁移等理性思维方式，锻炼了实验操作技能，形成了生物体是以细胞为基础的生命观念，达到了生物学科的核心素养要求。