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实验改进在生物教学中的应用

发表时间：2020/10/20 来源：《教学与研究》2020年10月上作者：吕慧

[导读] 结合化学知识及高中实验内容，将初中“探究二氧化碳是光合作用必需的原料”实验进行改革，使得实验更简便易于在课堂上操作且实验现象明显，有助于学生更好得理解光合作用。

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摘要:结合化学知识及高中实验内容，将初中“探究二氧化碳是光合作用必需的原料”实验进行改革，使得实验更简便易于在课堂上操作且实验现象明显，有助于学生更好得理解光合作用。
关键词:实验改进光合作用二氧化碳
        “探究二氧化碳是光合作用必需的原料”实验是人教版七年级上册第三单元第五章第一节的内容，是整个初中实验教学中的一个重点。教材中采用萨克斯的实验法，需要提供玻璃罩、培养皿、烧杯、带叶子的枝条等实验材料，形成一个密闭的环境进行对照实验。同时还需要暗处理24小时，光照2-3小时，该方法才做复杂且耗时时间长很难在课堂上实现。因此，为了使实验结果更明显且耗时时间缩短，能够真正在课堂上得以实施实验，笔者尝试在实验原理、方法以及实验器材的改进设计。
         1.实验改进
         1.1实验原理创新本实验的变量是二氧化碳，教材中采用氢氧化钠水溶液吸收空气中的二氧化碳，但氢氧化钠具有强腐蚀性，学生实验操作较危险，且氢氧化钠能否完全吸收空气中的二氧化碳以及装置的密闭性都有较高的要求。笔者将“减法”变为“加法”。即由去除二氧化碳变为加入二氧化碳。在实验中向一个锥形瓶中加入1%的碳酸氢钠水溶液作为实验组，向另一个瓶中加入等量的蒸馏水作为对照组，操作简单且安全。
        1.2实验材料改进教材选取两株大小相同且长势相同的植株不易操作且会产生无关变量.因此在实验中我选用油菜的绿叶用打孔器打出大小相同的圆叶（图1）来进行实验，易于购买且除去无关变量。并且自制的“光合作用实验仪”克服了气候、光照、地点的限制，该实验装置采用纸壳箱和LED灯带制作而成，将纸壳箱底部打孔，将LED灯带穿插缠绕进去，如图2所示，具有轻便易携带、光照均匀的特点。

       1.3实验方法改进教材实验采用萨克斯实验法，该方法操作复杂且耗时长，很难在课堂上实现.笔者采用“叶圆片上浮法”操作简便且用时较短。该方法虽然是高中生物教材中的实验方法，但原理易于理解，也体现了初高中生物的衔接。该实验方法结果现象明显，便于观察，易于帮助学生理解光合作用。
        2.实验材料和步骤
        2.1实验材料 LED灯带制成的实验仪、锥形瓶2个、油菜叶、小苏打（碳酸氢钠）溶液。
        提示：碳酸氢钠水溶液能释放二氧化碳，因此可以利用碳酸氢钠溶液的这一特点与清水形成对照组来设计实验。
        2.2实验过程具体步骤如下：
        （1）实验材料处理实验前将实验用的油菜叶选取叶脉较少的部分，用打孔器打出大小相同的叶片20个，平均分成两组。注意：打孔时一定要避开叶脉。然后用注射器加入水和叶片，抽真空，抽出叶圆片中的气体。
        （2）实验用水配置取足量清水（煮沸后凉开水），用烧杯取10克小苏打粉末，加入990ml的清水，配置成1%碳酸氢钠水溶液。
        （3）实验操作取A、B两个大锥形瓶，分别加入等量的配置好的1%碳酸氢钠水溶液和清水，形成对照实验。分别向两个锥形瓶中加入10枚叶圆片。打开LED灯源，使两个锥形瓶距离灯带的距离相等且适宜，让两个锥形瓶中的叶片能够充分地进行光合作用。（图3）可以根据具体情况缩短锥形瓶和LED灯的距离，进而缩短实验所需时间，控制时间在15—20分钟。根据同等时间内叶片上浮的数量来判断光合作用的强度。

        3.实验结果的讨论
       在A、B两组锥形瓶中，除了溶液中二氧化碳的含量不同外，其他条件都相同，这是一组对照实验。其中A组为实验组，B为对照组。在这一组中实验的变量为二氧化碳。将两个锥形瓶用LED灯带照射后，一段时间可以看到A瓶中的叶圆片开始上浮，大约20分钟后A瓶中的叶圆片全部上浮至瓶口，但清水中的叶圆片不上浮。通过这个实验现象证明了：二氧化碳是光合作用的原料。整个实验操作简便，用时较短，实验现象明显。
        4.实验装置拓展
        除了探究“二氧化碳是光合作用必需的原料”这一实验外，利用该装置和实验器材，还可以探究本章中与光合作用有关的其他实验。
        4.1 探究“二氧化碳浓度对光合作用的影响” 在上述实验中,可以观察到A瓶中的叶圆片20分钟后全部上浮。有的学生提出问题二氧化碳的浓度是否会影响叶圆片上浮的速率呢？可以引导学生再添加一个锥形瓶C，加入等量的1%碳酸氢钠水溶液，用吸管向该锥形瓶中吹气，增加瓶中的二氧化碳量。加入10枚抽成真空的叶圆片.C瓶与A瓶放入LED灯带的盒中，使其与灯带的距离相等。通过观察相同时间内两个锥形瓶中叶片上浮的数量,而判断光合作用的强度与二氧化碳浓度的关系。通过实验发现，二氧化碳浓度越高，相同时间内叶圆片上浮的数量越多，说明光合作用越强。
        4.2 探究“光照强度对光合作用的影响” 设置锥形瓶D加入与A瓶等量的1%碳酸氢钠水溶液和10枚抽完气体的叶圆片。将两个锥形瓶放入LED灯带盒中，距离LED灯带的位置不同，形成对照实验。通过实验发现，距离越远光照强度越弱，相同时间内叶圆片上的数量越少，说明光合作用越弱。
        4.3探究“光的颜色对光合作用的影响”设置三次实验，每次实验均使用一个锥形瓶，瓶中加入1%碳酸氢钠溶液和10片叶圆片,在锥形瓶和LED灯带之间的同一位置分别加上红、绿、黄三种颜色的透明玻璃板，分别观察相同时间内瓶中叶圆片的上浮数量，通过实验发现，相同时间内，当放置绿色透明玻璃板时叶圆片几乎不上浮，放红色透明板时叶圆片上浮的数量最多，放黄色透明板时上浮的数量较少，说明红光更有利于植物进行光合作用，绿光不利于植物光合作用。