基于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的“植物的葉與蒸騰作用”的深度探究

黃建林 （浙江省杭州市文海實(shí)驗(yàn)學(xué)校 浙江杭州 310018）

1 教材分析

“植物的葉與蒸騰作用”是浙教版科學(xué)8年級(jí)下冊(cè)第4章第5節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)重點(diǎn)是知道蒸騰作用的概念并探究影響蒸騰作用快慢的因素。難點(diǎn)是設(shè)計(jì)探究影響蒸騰作用快慢的影響因素的實(shí)驗(yàn)裝置并加以改進(jìn)。由于在本節(jié)之前學(xué)生已儲(chǔ)備根、莖、蒸發(fā)的相關(guān)知識(shí)，對(duì)于葉散失水分并不陌生。因此，本課設(shè)計(jì)是通過(guò)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并以此自主探究影響蒸騰作用快慢的因素，并進(jìn)一步挖掘和拓展教材的知識(shí)和內(nèi)涵，從而提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

2 教學(xué)目標(biāo)

1）知識(shí)目標(biāo)：知道葉的結(jié)構(gòu)和了解植物蒸騰作用的影響因素、作用及意義；描述蒸騰作用的現(xiàn)象及解釋植物散失水分的主要原因，知道葉表皮氣孔的結(jié)構(gòu)、分布及作用。

2）能力目標(biāo)：通過(guò)設(shè)計(jì)和改進(jìn)植物蒸騰作用的實(shí)驗(yàn)裝置培養(yǎng)觀察、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的能力及針對(duì)現(xiàn)象提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)葉結(jié)構(gòu)的觀察及植物氣孔的結(jié)構(gòu)和分布情況，理解結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一的生物學(xué)觀點(diǎn)。

3）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：通過(guò)自主探究、小組合作，培養(yǎng)團(tuán)結(jié)、協(xié)作的科學(xué)態(tài)度，通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置的評(píng)價(jià)、改進(jìn)，培養(yǎng)質(zhì)疑、批判的科學(xué)態(tài)度。通過(guò)蒸騰作用的學(xué)習(xí)樹(shù)立保護(hù)植物、關(guān)注生態(tài)的意識(shí)。

3 教學(xué)過(guò)程

3.1 啟動(dòng)思維，引入新課 教師呈現(xiàn)2幅圖：一幅是噴霧器向空中噴霧下的人們，一幅是在樹(shù)蔭底下的人們。設(shè)問(wèn)：人們總體的感覺(jué)有什么相同點(diǎn)？這可能與什么知識(shí)有關(guān)？學(xué)生在生活中原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出：噴霧下的人們感覺(jué)涼爽是因?yàn)樗舭l(fā)需吸熱，導(dǎo)致溫度降低。坐在樹(shù)下感覺(jué)涼爽的原因可能是樹(shù)上也會(huì)有水分散失，從而導(dǎo)致溫度下降。這時(shí)教師可以拿出上課前準(zhǔn)備好的用塑料袋包著樹(shù)葉的植物，讓學(xué)生觀察，塑料袋內(nèi)壁有什么？從而引出植物蒸騰作用散失水分。

設(shè)計(jì)意圖：讓思維在生活化的情境中啟動(dòng)，從生活走向探究，特別是“樹(shù)蔭底下的人們”這個(gè)情境的出現(xiàn)為后續(xù)學(xué)生提出影響蒸騰作用快慢因素的假設(shè)埋下伏筆，同時(shí)生活化的情境更能引起學(xué)生的共鳴和喜歡。

3.2 交流評(píng)價(jià)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn) 教師提問(wèn)：你認(rèn)為影響蒸騰作用散失水份的（強(qiáng)弱）因素有哪些？通過(guò)思考學(xué)生提出以下幾個(gè)猜測(cè)：1）植物體上方的空氣流動(dòng)快慢；2）植物體上方的溫度高低；3）植物體的表面積（葉的多少及大?。?）植物體上方空氣的濕度；5）光照等。教師追問(wèn)：針對(duì)這些假設(shè)，你將運(yùn)用什么科學(xué)方法及具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案證明你的觀點(diǎn)？學(xué)生討論后提出用控制變量的方法，同時(shí)教師將學(xué)生設(shè)計(jì)的方案通過(guò)同屏投影到屏幕，例如要研究蒸騰快慢與空氣流動(dòng)快慢的因素，只要保證其他量都一樣，一個(gè)植物體上方吹冷風(fēng)，一個(gè)不吹風(fēng)，看蒸騰快慢。教師追問(wèn)：如何判斷蒸騰快慢？學(xué)生說(shuō)出2種方案：一種是將植物體用塑料袋套住后以附著在袋壁的小水珠多少判斷；第2種是用圖1教材實(shí)驗(yàn)證明。通過(guò)評(píng)價(jià)認(rèn)為第2種方案較好，理由是用紅墨水可以更清楚觀察到壓強(qiáng)計(jì)U型管液面的變化情況，用轉(zhuǎn)換法即液面變化情況看蒸騰散失水分的快慢，而U型管兩邊的數(shù)據(jù)可以化定性為定量，更有效地比較散失水分的快慢。教師提問(wèn)：該實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是什么？你可以如何改進(jìn)此實(shí)驗(yàn)？學(xué)生討論后認(rèn)為：枝條與U型管接口處密封性一定要好。為了使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，植物可以選得大葉植物，例如法國(guó)梧桐，下面的U型管管徑越細(xì)越好。在教師的引導(dǎo)下，最終學(xué)生設(shè)計(jì)出如圖5所示的裝置，即用去掉下端玻璃泡的溫度計(jì)代替U型管中觀察示數(shù)的變化。

具體制作及使用方法：

1）找一支廢舊的普通溫度計(jì)，例如酒精溫度計(jì)，將兩端去掉，為便于直接讀數(shù)，一端從溫度計(jì)示數(shù)0℃的地方截?cái)?，另一端?00℃的地方截?cái)?，如圖2所示。

2）按教材圖示組裝好圖1裝置,并將帶橡皮管的溫度計(jì)插入U(xiǎn)型管中，如圖3所示。

3）為保證裝置的氣密性，在樹(shù)枝與U型管的接口處涂些許凡士林。

4）用滴管在溫度計(jì)的上端滴一點(diǎn)紅墨水,如圖4所示，要求不能太多，由于蒸騰作用散失水，紅墨水馬上會(huì)順著溫度計(jì)向下吸，這時(shí)根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)溫度計(jì)上液面的下降距離即可直接比較蒸騰作用散失水的快慢。如圖6是滴上紅墨水10 s后的效果，溫度計(jì)的示數(shù)從0℃下降至30℃左右的位置。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)教材的質(zhì)疑、對(duì)權(quán)威的的挑戰(zhàn)瞬間點(diǎn)燃學(xué)生探究的熱情，活躍了他們的思維，尤其是對(duì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的思考，培養(yǎng)了學(xué)生思維的批判性和深刻性。當(dāng)然在這過(guò)程中教師并不是直接將創(chuàng)新裝置呈現(xiàn)在學(xué)生面前，而是通過(guò)學(xué)生的設(shè)計(jì)、討論、修正等過(guò)程，最終水到渠成地得到了一個(gè)全新的裝置，這時(shí)教師再呈現(xiàn)出來(lái)。這樣學(xué)生參與了整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程，感受了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的喜悅感和成功感，當(dāng)然也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程感到親切且充滿期待。

3.3 應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，展開(kāi)探究 學(xué)生按已設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（桌面上已經(jīng)放了一些實(shí)驗(yàn)材料，包括吹風(fēng)機(jī)、燈泡之類(lèi)）。教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況可安排每組只探究一個(gè)實(shí)驗(yàn)，也可根據(jù)時(shí)間調(diào)整，讓每一組都做，然后進(jìn)行交流討論。設(shè)計(jì)表格如表1。

表1 探究植物蒸騰作用影響因素記錄表

設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)用對(duì)照法，更清楚地得出結(jié)論：溫度、流速及濕度對(duì)植物蒸騰作用的影響。在表格填寫(xiě)過(guò)程中，給予學(xué)生學(xué)法指導(dǎo)，使他們以后在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要運(yùn)用對(duì)照法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.4 拓展實(shí)驗(yàn) 深度探究 在前面探究的基礎(chǔ)上，教師再拋出一個(gè)問(wèn)題，在無(wú)風(fēng)、微風(fēng)、大風(fēng)3種情況下哪一種蒸騰作用更強(qiáng)？學(xué)生的猜測(cè)都是大風(fēng)，在猜測(cè)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生在上面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上再次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。方案為：第1種（無(wú)風(fēng)）在教室里正常情況下做實(shí)驗(yàn)；第2種（微風(fēng)）學(xué)生的設(shè)計(jì)是用電風(fēng)扇最小檔吹；第3種（大風(fēng)）用電風(fēng)扇最大檔吹。最后得出的數(shù)據(jù)為：微風(fēng)時(shí)5 s溫度計(jì)中的紅墨水示數(shù)下降25格（25℃）；無(wú)風(fēng)時(shí)5 s下降15格；強(qiáng)風(fēng)時(shí)5s下降9格。微風(fēng)時(shí)植物的蒸騰作用最強(qiáng)。教師再適時(shí)地追問(wèn)：這又是為什么？

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)不僅僅是為了驗(yàn)證教材知識(shí)，而是為了更好地拓展，進(jìn)行深度探究。通過(guò)對(duì)葉風(fēng)力大小因素的深度探究，不但更好地學(xué)習(xí)了教材知識(shí)，更拓闊了學(xué)生的視野，同時(shí)激發(fā)了他們的思維，更好地培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦的習(xí)慣及實(shí)證精神。

3.5 歸納總結(jié)，構(gòu)建新知 師生歸納總結(jié)：影響植物蒸騰作用的因素包括：溫度、流速及濕度，而且植物體上方的溫度越高、流速越大及濕度越小，植物的蒸騰作用越強(qiáng)。學(xué)生自主構(gòu)建蒸騰作用的概念及自主學(xué)習(xí)蒸騰作用的意義。教師追問(wèn)：蒸騰作用跟葉及葉上的某些構(gòu)造有什么關(guān)系？學(xué)生通過(guò)自學(xué)葉的結(jié)構(gòu)及氣孔的相關(guān)知識(shí)后，教師展示自制的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，即先將葉放入水中，用打氣筒通過(guò)橡皮導(dǎo)管向莖中打氣，然后讓學(xué)生通過(guò)與教材實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，評(píng)價(jià)自制教具的優(yōu)點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)自主學(xué)習(xí)，對(duì)蒸騰作用的概念、意義及葉的結(jié)構(gòu)和氣孔的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行有效自主構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了從感性到理性的提升。通過(guò)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，提升了思維，培養(yǎng)了質(zhì)疑精神和批判性思維的能力。

3.6 知識(shí)應(yīng)用，拓展提升 教師提出一些生活中的實(shí)際問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到生活中：

1）浮水植物葉的氣孔分布是水上多還是朝水下的一面多，為什么雨水多的地方植物的葉片較寬？

2）移栽花木時(shí)，最好是中午還是早晨，為了提高成活率，還可以怎么做？

3）蒸騰作用的影響因素是否只有剛才所學(xué)的3種，例如葉的形狀，葉的厚薄、葉的新老、有無(wú)角質(zhì)層、還有紅墨水的濃度等是否也是影響因素，你怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？

設(shè)計(jì)意圖：第1個(gè)、第2個(gè)問(wèn)題直面現(xiàn)實(shí)生活，使學(xué)生明白，科學(xué)與生活是緊密聯(lián)系在一起的，同時(shí)，也讓他們明白要學(xué)以致用。特別是第3個(gè)問(wèn)題，對(duì)本節(jié)課的知識(shí)進(jìn)行了拓展，同時(shí)也進(jìn)行了一定的提升，指出蒸騰作用的影響因素可能還有很多，有待于進(jìn)一步探索，為后續(xù)教學(xué)奠定一定基礎(chǔ)，同時(shí)使學(xué)生對(duì)以后的學(xué)習(xí)充滿期待。

4 教學(xué)反思

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，特別是生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以放手大膽地讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，并用實(shí)證法檢驗(yàn)他們所設(shè)計(jì)的裝置在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中是否有效，這樣不但能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，更能培養(yǎng)他們質(zhì)疑、批判、團(tuán)結(jié)、協(xié)作的科學(xué)精神和科學(xué)品質(zhì)。當(dāng)然最好是利用身邊廢棄物組裝或制作創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，一是廢物的合理利用，二是滲透了環(huán)保理念，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)就在身邊，只要多思考，勤動(dòng)手，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)也不難。同時(shí)，將教師已經(jīng)設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)方案，改成是讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)，自主探索，積極創(chuàng)新、質(zhì)疑、討論、歸納和總結(jié)，體驗(yàn)探究的整個(gè)過(guò)程，真正像科學(xué)家一樣在探索科學(xué)的道路上勇往直前。