探究光照強弱對光合作用的影響

郭衛(wèi)華

摘 要 通過學生自行設計實驗方案，掌握設計實驗的基本原則。并以小組合作方式完成實驗，在活動中獲取知識，在合作與交流中，分享解決問題后的愉悅。最終通過實驗突破難點——“光照強弱對光合作用強度的影響”。

關鍵詞 實驗設計 小組合作 光合作用

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

1 本實驗生物學教學中的地位與作用

光合作用是高中生物的重難點，也是高考中的熱點內容。光照強弱是影響光合作用強度的重要因素。因此，本節(jié)課采取讓學生設計，并完成實驗。

2 實驗教學目標

2.1 知識目標

（1） 掌握實驗設計的基本原則。（2） 理解光照強弱對光合作用強度的影響。

2.2 能力目標

（1） 通過小組合作的方式，探究光照強弱對光合作用強度的影響。

（2） 提高設計、實施及分析實驗數據的能力。

2.3 情感、態(tài)度與價值觀目標

（1） 體驗探究性實驗過程，激發(fā)探索新知識的欲望和創(chuàng)新意識。

（2） 在合作與交流中，分享解決問題的愉悅。

3 教學過程

3.1 學生活動一：找一找

學生仔細觀察幻燈片上個別學生的部分實驗方案，結合實驗設計的基本原則，找出該實驗設計不合理的地方。學生1的方案見表1。

學生1的方案評價：① 各組的葉片數不相同，違背等量原則。② 吹氣多少未說明，也不好把握，很可能造成光照強弱和二氧化碳兩個變量，不符合單一變量原則。

學生2的方案：取3只燒杯，分別倒入20 mL富含二氧化碳的清水。分別往3只燒杯中放入10片小葉片，通過改變臺燈與實驗裝置的距離分別對3個裝置施以強、中、弱三種光照。觀察并記錄同一時間段內容各實驗裝置中小圓形葉片浮起的數量。

學生2的方案評價：① 強、中、弱三種光強不具體。② 未提到重復實驗，難排除偶然情況對實驗結果的影響，即未考慮重復性原則。

根據學生課前自行設計的實驗方案，結合實驗室的現有情況，教師與學生一同商討并確定本節(jié)實驗課的實驗方案。

3.2 實驗方案

實驗原理：自然狀態(tài)下的葉片是浮于水面的，如果抽出葉片內的氣體，葉片會沉入水底。葉片進行光合作用產生氧氣，將使沉于水底的葉片上浮。觀察并記錄同一時間內葉片的上浮數。

每四個學生為一學習小組，一共13個小組，這樣就會13組重復實驗。1個學習小組的成員安排包括一個負責打孔、一個負責抽氣、一個負責裝燒杯里的水、一個負責觀察并記錄。

主要材料用具：直徑1 cm的打孔器、注射器、燈光（每張實驗臺上均有4盞13W的節(jié)能燈）、燒杯、玻璃棒、量筒、黑色袋子、菠菜等。

實驗注意事項包括：

① 打孔時盡量避開大葉脈。

② 一定確保放入的10片都沉入水底。

③ 當抽氣完放入一個燒杯，做好避光處理。

④ 觀察并記錄3 min、5 min、7 min、9 min、11 min 5個時間內葉片上浮數。

實驗成功的關鍵：抽氣要徹底，確保各燒杯沉入的都是10片，同時控制好無關變量。

3.3 學生活動二：小組合作完成實驗，分析結果并得出結論

3.3.1 對實驗結果（表2）的分析

對6、8、10、11、12共5個組的數據進行分析，由各小組的成員回答：

第6小組：3個燒杯沒有葉片上浮可能的原因是：① 葉片不新鮮；② 抽氣時抽得太猛，破壞了葉片中葉肉細胞，導致無法進行光合作用，所以葉片不上浮。

而第8、10、11、12小組：個別數據出乎意料，很可能的原因中，雖然都是13W的節(jié)能燈，有些是用了很長時間，有些是新換上的，所以發(fā)出來的光的強度不同。即使都是新換上的，個別燈之間也很難保證發(fā)出來的光的強度一樣，雖然最大功率相同，但額定功率也可能不同。

3.3.2 結論

當將13個小組的數據當場輸入并出結果，盡管小組之間有些差異，但總體規(guī)律沒變。根據實驗結果，學生總結出結論：光合作用強度隨光照強度的增加而加強。

教師根據學生的回答進行補充：需要加上一句“一定范圍內”，為什么？

學生回答：光合作用存在光飽合點，當到達光飽和點時，光合作用強度不會隨光照強度的增加再加強。

3.4 將知識以問題形式呈現，讓學生要答題中掌握知識

① 該實驗的自變量是什么？這體現實驗設計中的什么原則？（光照強度、單一變量原則）

② 為何放入燒杯的葉片數都是10片，體現了實驗設計的什么原則？如何確保10片都沉入水底？（等量原則、可一次多抽幾片，未沉水的葉片去掉不用）

③ 當抽氣完放入一個燒杯是否需要避光，等其他兩個也抽氣完一同放入光照，這樣做的目的是什么？（需要避光，排除燒杯未實驗就受到別的光的影響）

④ 該實驗是否遵循了對照原則，如果遵循了，是哪種類型的對照？（遵循了相互對照原則）

⑤ 此實驗進行13組重復實驗，體現實驗設計中的什么原則，為什么？（重復性原則、防止偶然情況對實驗的影響，保證實驗結果可靠性）

⑥ 葉片沒上浮可能的原因？（葉片不新鮮、抽氣太久葉肉細胞已破壞、光照時間短等）

3.5 學生課后能力拓展

根據學生記錄了3 min、5 min、7 min、9 min、11 min 5個時間內葉片上浮數，畫出3 cm組、9 cm組、15 cm組，不同時間內葉片上浮數，培養(yǎng)學生動手繪圖能力。

4 教學體會

本節(jié)課以新課程理念為指導，開展了以學生為中心的多樣化教學。在課前，教師先讓學生動腦自行設計實驗方案；教學中展示學生的作品，先肯定了學生的設計實驗工作，后讓其他學生也參與實驗方案的修改。學生以小組合作探究的方式完成實驗，讓學生積極參與，真正地體現了學生的主體性。實驗結束后，教師讓學生當場輸入實驗數據，并在投影上呈現，肯定了學生的勞動成果。最后讓學生對實驗數據進行分析，既培養(yǎng)了學生分析實驗數據的能力，又培養(yǎng)了小組合作探究的能力。學生在合作與交流中，通過主動探究來體驗實驗結論產生的過程，分享到了解決問題后的愉悅。

影響該實驗的因素太多，如葉片的選擇與打孔、抽氣的力度和來回的重復數，甚至氣溫、水溫等。盡管在實驗中一直在控制無關變量，有些數據組與組之間差異仍然比較明顯。為保證實驗結果的可靠性，設置了13組重復。此實驗的實驗日期是2015年3月13日，當日天氣是小雨，氣溫14℃-18℃，材料為菠菜葉。其實不用往水中吹氣，也不需要往燒杯中加入一定量的NaHCO3溶液，實驗現象就已比較明顯。因為在常溫常壓下，二氧化碳在水中的溶解度最大的約為1∶1，清水中也有較多的二氧化碳，故光合作用所需的二氧化碳也就有保障。

參考文獻：

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