李相玲

摘 要 通過設(shè)計金魚藻光合作用與呼吸作用時氣體轉(zhuǎn)化的探究性實(shí)驗(yàn)，說明綠色沉水植物對維持生物圈碳氧平衡也具有重要作用。借助教材中可探究性實(shí)驗(yàn)資源的開發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞 綠色沉水植物 光合作用 呼吸作用 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計的背景

在學(xué)習(xí)蘇科版《生物學(xué)》八年級上冊“綠色植物與生物圈中的碳-氧平衡”一節(jié)時，為探究綠色植物光合作用下吸收二氧化碳放出氧氣，教科書上采用了分步實(shí)驗(yàn)。先是選用綠色陸生中生植物來“驗(yàn)證綠葉在光下吸收二氧化碳”，在進(jìn)行第二階段“探究綠色植物在光下放出的氣體”時，教材卻提議選擇“水生綠色植物”進(jìn)行探究，前后生物材料與實(shí)驗(yàn)環(huán)境的不統(tǒng)一，沒有體現(xiàn)出同一種綠色植物對維持生物圈碳氧平衡所發(fā)揮的“自身”作用。此外，還缺乏對同一種綠色植物“呼吸作用時吸收氧氣、放出二氧化碳”的探究，使得證據(jù)鏈略顯“不足”。據(jù)研究，水生植物所釋放出來的氧氣可達(dá)地球大氣含氧量的70%左右，因此，增設(shè)一套連續(xù)探究同一綠色水生植物在呼吸作用與光合作用時氣體變化的實(shí)驗(yàn)，能加深學(xué)生理解綠色水生植物對維持生物圈碳氧平衡所起的重要作用。對此，筆者選用綠色沉水植物金魚藻為代表進(jìn)行了系列探究。

2 實(shí)驗(yàn)材料、試劑和儀器

50 g金魚藻、1個700 mL塑料空瓶（圓柱形）、1個400 mL塑料空瓶、1根L型玻璃管、1根直玻璃管、1套PPW軟管（醫(yī)用輸液管）、1個雙孔橡膠塞、1根35 cm長乳膠管、溴麝香草酚藍(lán)溶液（BTB指示劑）、紅墨水、1根紅水玻璃溫度計（0～50℃）、1個鐵架臺、3張玻璃紙（紅、綠、藍(lán)色）、1根亞力克直尺（20 cm）、2個圓形磁鐵（直徑10 cm）、1個鋼珠、1支10 mL注射器、1根細(xì)檀香等。

3 實(shí)驗(yàn)裝置的制作

3.1 制作過程

（1） 在400 mL空塑料瓶上配裝雙孔橡膠塞，并插入L型和直型2根玻璃短管。

（2） 將35 cm長乳膠管套裝在L型玻璃管上，吹氣端塞入1個鋼珠作為阻氣閥；出氣端玻璃管上套接帶滑動開關(guān)的PPW軟管，再套接PPW細(xì)管，將細(xì)管體緊貼20 cm刻度尺用透明膠固定；再將直尺橫向用夾子固定于鐵架臺上，夾柄懸掛溫度計。

（3） 在400 mL空塑料瓶中下部分散打數(shù)個小孔，在瓶體外壁粘貼帶防水的刻度條，瓶底固定一塊磁鐵。

（4） 將700 mL空塑料瓶從外套裝400 mL空塑料，外瓶邊緣高度比內(nèi)瓶口高出約5 cm，再在大瓶內(nèi)底部固定一塊磁鐵，兩個瓶體底部吸緊。

3.2 整套裝置（圖1）

4 探究金魚藻在自然光下光合作用時吸收二氧化碳釋放出氧氣

4.1 操作步驟

（1） 將金魚藻放于小塑料瓶內(nèi)，再將其置于大塑料瓶體內(nèi)，兩瓶底部接觸并吸牢；向大塑料瓶內(nèi)注水至內(nèi)瓶水滿為止，塞上帶雙玻璃管的橡膠塞。

（2） 向大瓶水中滴入3滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的BTB指示劑，觀察并記錄水體顏色；關(guān)閉PPW軟管上的滑動開關(guān)，從乳膠管口端向水內(nèi)不斷吹二氧化碳?xì)怏w，觀察水體顏色變化。

（3） 將整套裝置于光下照射，觀察內(nèi)外瓶體內(nèi)水體顏色及液面變化。

（4） 當(dāng)內(nèi)瓶上方收集到一定量氣體后，打開滑動開關(guān)，將帶火星的細(xì)檀香置于PPW軟管粗短口，觀察是否復(fù)燃。

4.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（1） 實(shí)驗(yàn)初始水體無色；（2） 加3滴BTB溶液后水體呈淡藍(lán)色；（3） 吹入二氧化碳?xì)怏w，水體逐漸由淡藍(lán)色變?yōu)榈S色；（4） 關(guān)閉滑動開關(guān)，自然光照射2h后水體又重新變回淡藍(lán)色，內(nèi)瓶液面下降，外瓶液面上升；（5） 將帶火星細(xì)檀香置于出氣口，打開滑動開關(guān)，外瓶液面下降，內(nèi)瓶液面上升，氣體排出，檀香復(fù)燃。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：金魚藻在光合作用時，吸收水體中的二氧化碳，并釋放出氧氣。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

金魚藻在光合作用時，吸收水體中的二氧化碳，并放出氧氣。

5 探究金魚藻在三種不同色光下的光合效率

5.1 操作步驟

（1）和（2）同4.1。

（3） 用注射器在細(xì)PPW軟管左端連接口處注入一段約5 cm長紅墨水并調(diào)節(jié)到4刻度處，接好端口，打開滑動開關(guān)。

（4） 在環(huán)境溫度25℃下，分別將綠、藍(lán)和紅三色玻璃紙圈套于大瓶體外，置于自然光下分別照射20 min，觀察并記錄細(xì)管內(nèi)紅色液柱所對應(yīng)在直尺上的刻度變化情況。

5.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：（1） 無玻璃紙時，紅色液柱處于4 cm刻度處；（2） 在套裝綠色玻璃紙并光照20 min后，紅色液柱移至6.5 cm刻度處；（3） 在套裝綠色玻璃紙并光照20 min后，紅色液柱移至15.5 cm刻度處；（4） 在套裝綠色玻璃紙并光照20 min后，紅色液柱移至19.6 cm刻度處。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在25℃環(huán)境溫度下，金魚藻在紅色光照下的光合效率最大，綠色光照下的光合效率最小。

6 探究金魚藻呼吸作用時水中氣體變化情況

6.1 操作步驟

（1）和（2）同上。

（3） 將套裝的大瓶裝置罩上黑色布袋置于暗處5 d后，取出觀察瓶內(nèi)水體顏色變化。

6.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：向內(nèi)置金魚藻的清水內(nèi)滴加3滴BTB指示劑，水體變?yōu)榈{(lán)色；在將裝置套上黑布袋暗處理5 d后，取出觀察瓶內(nèi)水體顏色變?yōu)榈S色。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：避光下，金魚藻進(jìn)行呼吸作用時可使水體中二氧化碳含量增加。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：向內(nèi)置金魚藻的清水內(nèi)滴加3滴BTB指示劑，水體呈淡藍(lán)色；將裝置套上黑布袋暗處理5d后，取出觀察瓶內(nèi)水體顏色變?yōu)榈S色。endprint

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：避光下，金魚藻進(jìn)行呼吸作用時可使水體中二氧化碳含量增加。

7 延伸實(shí)驗(yàn)：探究金魚呼吸作用時水中氣體變化情況

在大塑料瓶內(nèi)注入清水，向內(nèi)滴加3滴BTB溶液并記錄水體顏色，放進(jìn)6條金魚，2 h后可觀察到水體顏色由淡藍(lán)色逐漸變?yōu)闇\黃色，說明金魚在水內(nèi)進(jìn)行呼吸作用時，會使得水中二氧化碳含量增加。

8 設(shè)計特點(diǎn)與教學(xué)實(shí)效

8.1 設(shè)計的多功能性

本套教具從設(shè)計上可做四個不同實(shí)驗(yàn)：（1）定性地探究綠色沉水植物光合作用時氣體的轉(zhuǎn)化情況；（2） 探究不同色光下綠色沉水植物的光合效率，通過紅色液柱（刻度）變化情況，還可定量地探究光照時間和溫度對水生綠色植物光合作用的影響程度。（3） 定性地探究綠色沉水植物呼吸作用時氣體的轉(zhuǎn)化情況。（4） 通過探究水中動物呼吸時氣體的變化情況，說明水中動物在維持生物圈中碳氧平衡時所起的作用。另外，還可將金魚藻光合作用下產(chǎn)生的氧氣進(jìn)行連續(xù)收集并存儲，便于后續(xù)教學(xué)中使用。

8.2 教學(xué)的實(shí)際效果

新課標(biāo)要求教師在本節(jié)教學(xué)中幫助學(xué)生形成重要概念：“綠色植物的光合作用和呼吸作用有助于維持生物圈中的碳氧平衡”。在數(shù)量龐大的綠色水生植物中，即便是缺乏氣孔的植物對生物圈中碳氧平衡的維持也至關(guān)重要。在教學(xué)實(shí)踐中增添本實(shí)驗(yàn)設(shè)計可以獲得如下效果：（1） 應(yīng)用自制教具將全真實(shí)驗(yàn)微型化，順利突破教學(xué)重難點(diǎn)。借助BTB指示劑的顏色變化，能很好地驗(yàn)證了綠色水生植物在光合作用時吸收二氧化碳放出氧氣；避光下，進(jìn)行呼吸作用時消耗氧氣放出二氧化碳的客觀事實(shí)。讓學(xué)生認(rèn)識到，同樣環(huán)境下其光合作用明顯強(qiáng)于呼吸作用，多余的氧排放到大氣中，為生物圈中的生物進(jìn)行生命活動提供氧氣。（2） 運(yùn)用日常生活中常見材料輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，消除學(xué)生對生物實(shí)驗(yàn)的神秘感并激發(fā)其求知欲。實(shí)驗(yàn)過程簡易，學(xué)生易操作，參與度高，利于學(xué)生在實(shí)踐中體驗(yàn)學(xué)習(xí)生物知識的樂趣。（3） 借用該實(shí)驗(yàn)裝置的多功能性，有助于提高生物課堂教學(xué)的實(shí)效性。該套設(shè)備克服了常見實(shí)驗(yàn)設(shè)計上的單一性，可進(jìn)行多個不同實(shí)驗(yàn)，且安全可靠，造價低廉，便于攜帶。另外，該實(shí)驗(yàn)還可探究水生動物呼吸過程中氣體的變化情況，充分利用了實(shí)驗(yàn)資源。總之，對課程資源的再開發(fā)不僅可以滿足新課程實(shí)施的需要，促進(jìn)課程資源的動態(tài)生成，還可為推進(jìn)和深化課程改革奠定良好的基礎(chǔ)。

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