“認(rèn)識(shí)氣孔”的拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)

張宜萍

(江蘇省南京市揚(yáng)子第一中學(xué) 南京 210048)

“認(rèn)識(shí)氣孔”是蘇教版教材生物學(xué)第六章第二節(jié)“植物光合作用的場(chǎng)所”中的內(nèi)容，教材只給了氣孔模式圖、氣孔的位置及意義的文字說(shuō)明。為了幫助學(xué)生對(duì)氣孔建立直觀(guān)感知，設(shè)計(jì)了從宏觀(guān)到微觀(guān)、從平面到立體的5個(gè)建構(gòu)過(guò)程，共2個(gè)課時(shí)。這項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)可利用校本課程時(shí)間，組織學(xué)生進(jìn)行拓展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)踐和反思。具體教學(xué)過(guò)程如下：

1 演示實(shí)驗(yàn)——宏觀(guān)感知?dú)饪椎姆植?/h2>

氣孔是植物蒸騰作用的“門(mén)戶(hù)”，也是氣體交換的“窗口”。氣孔的分布由遺傳因素決定，同時(shí)也是植物長(zhǎng)期適應(yīng)自然環(huán)境的結(jié)果。平展的葉片(綠蘿、番茄等)，適應(yīng)于干旱環(huán)境，其下表面的氣孔數(shù)量較多；直立的葉片(小麥、玉米等)上、下表面氣孔數(shù)目較接近；而水生植物的葉片適應(yīng)于氣體交換和蒸騰作用，只在葉片上表面分布有氣孔[1]。為了幫助學(xué)生直觀(guān)感知?dú)饪椎姆植?，設(shè)計(jì)了以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)。

1.1 熱水浸泡實(shí)驗(yàn) 將一片冬青衛(wèi)予的葉片放在燒杯中，加入70℃左右熱水后觀(guān)察葉片表面會(huì)不會(huì)產(chǎn)生氣泡。如果有氣泡，試著比較葉片正面和背面氣泡的數(shù)目。

1.2 注射器打氣實(shí)驗(yàn) 摘取一片新鮮的、完整的空心菜葉片，置于通風(fēng)處。待其萎蔫后，取一個(gè)注射器，將針頭插入葉柄，再將葉片完全浸沒(méi)在盛有清水的容器中。用注射器向葉柄里注入空氣，這時(shí)可看見(jiàn)葉片上有小氣泡冒出。冒泡處就是氣孔，比較正面和背面產(chǎn)生氣泡是否有差異，分析其中的原因。

學(xué)生嘗試用綠蘿、睡蓮、小麥和鵝掌木等其他植物的葉片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并就實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行討論，最終對(duì)植物氣孔的分布有了感性的認(rèn)知，并能進(jìn)行理性的思考。還有學(xué)生提出： 氣孔除了分布在葉表面，其他器官(根、莖和花等)是否也有分布呢？

1.3 設(shè)計(jì)意圖 學(xué)生通過(guò)觀(guān)看演示實(shí)驗(yàn)和動(dòng)手實(shí)踐，初步感知了生物學(xué)現(xiàn)象，鍛煉了實(shí)踐能力，激發(fā)了探究的熱情。

2 顯微操作——微觀(guān)感知?dú)饪仔螒B(tài)結(jié)構(gòu)

在感受了植物葉片表面氣孔的分布以后，再親眼見(jiàn)識(shí)一下氣孔的結(jié)構(gòu)是怎樣的。教材中用菠菜葉作為實(shí)驗(yàn)材料，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)菠菜葉在撕取環(huán)節(jié)就是一大難題。它的表皮薄且葉脈明顯，易撕不易取，大多數(shù)學(xué)生較難取下合適的材料，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無(wú)法出現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果。

2.1 觀(guān)察氣孔拓展實(shí)驗(yàn) 在本實(shí)驗(yàn)中，利用蠶豆葉、長(zhǎng)壽花葉片和玉米葉片制作表皮細(xì)胞臨時(shí)裝片。長(zhǎng)壽花是學(xué)生生活中常見(jiàn)的盆栽花卉，它的葉片多肉，表皮容易剝離而且不殘留葉肉，表皮偏厚不易撕破，觀(guān)察氣孔特別清楚。在取材過(guò)程中巧妙地用剪刀剪出長(zhǎng)方形小塊，避免出現(xiàn)不易撕取、不成形和難展平的問(wèn)題。學(xué)校在開(kāi)心農(nóng)場(chǎng)中種植的蠶豆和玉米是方便易得的實(shí)驗(yàn)材料，可通過(guò)多樣的實(shí)驗(yàn)材料體驗(yàn)氣孔的不同類(lèi)型。通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能親眼觀(guān)察氣孔的常見(jiàn)形態(tài)： 蠶豆葉和長(zhǎng)壽花葉氣孔為腎型，其中蠶豆葉氣孔由典型的1對(duì)保衛(wèi)細(xì)胞構(gòu)成；而構(gòu)成長(zhǎng)壽花葉氣孔的保衛(wèi)細(xì)胞外則有較明顯的副保衛(wèi)細(xì)胞；玉米葉的氣孔則呈現(xiàn)啞鈴型。

2.2 設(shè)計(jì)意圖 學(xué)生通過(guò)制作臨時(shí)玻片標(biāo)本進(jìn)行了顯微觀(guān)察，認(rèn)識(shí)了氣孔的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及不同類(lèi)型，為說(shuō)明氣孔開(kāi)閉原理做好了鋪墊。

3 指甲油涂抹法——制作氣孔的印跡

通常情況下，每當(dāng)太陽(yáng)升起的時(shí)候，氣孔就慢慢張開(kāi)，空氣也就進(jìn)入氣孔，為植物制造有機(jī)物提供二氧化碳；當(dāng)然，水分也就會(huì)通過(guò)氣孔而散失。當(dāng)夜幕降臨時(shí)，葉片的生產(chǎn)活動(dòng)就停止了，大多數(shù)氣孔縮小或閉合，蒸騰作用隨之而減弱。學(xué)生想親自體驗(yàn)下活體植物的氣孔開(kāi)閉時(shí)間規(guī)律，經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)資料，了解到指甲油涂抹法可以輕松實(shí)現(xiàn)。

3.1 觀(guān)察氣孔印跡拓展實(shí)驗(yàn) 準(zhǔn)備一支不含色彩的透明指甲油，分別在一天24h中不同時(shí)間段，選取合適的植物葉片將指甲油均勻地涂抹于取材部位上，最好涂抹一層，自然晾干約3min，待指甲油涂抹層接端稍稍與葉片出現(xiàn)離口時(shí)，用鑷子夾住離口處撕下已晾干的指甲油涂抹層，置于載玻片上，蓋上蓋玻片，制作氣孔印跡的臨時(shí)裝片進(jìn)行顯微鏡觀(guān)察。

3.2 設(shè)計(jì)意圖 指甲油涂抹法可輕松地觀(guān)察到表皮細(xì)胞與氣孔的位置與形態(tài)，且不受葉肉細(xì)胞的影響，撕取方便，易于操作，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4 稱(chēng)量法——探究氣孔數(shù)目的多少

學(xué)生在學(xué)過(guò)蒸騰作用的原理之后，提出能否采用稱(chēng)量法間接說(shuō)明上下表皮氣孔數(shù)目的多少呢？實(shí)驗(yàn)材料： 龍爪槐枝條、清水、天平、凡士林(防止水分通過(guò))和三角瓶等。選擇4支大小相同、葉片數(shù)目相等的龍爪槐枝條。編號(hào)為甲、乙、丙和丁。甲不處理；乙用凡士林仔細(xì)涂抹枝條上所有葉片的上表皮；丙用凡士林仔細(xì)涂抹枝條上所有葉片的下表皮；丁用凡士林仔細(xì)涂抹枝條上所有葉片的上表皮和下表皮。取4個(gè)相同的三角瓶，裝上清水。然后將上述處理過(guò)的枝條分別放入三角瓶中。實(shí)驗(yàn)前稱(chēng)重(統(tǒng)一調(diào)整為200g)并記錄。將4個(gè)裝置放在光下，30min后稱(chēng)重并記錄。計(jì)算實(shí)驗(yàn)前后實(shí)驗(yàn)裝置的重量差。

4.1 探究氣孔數(shù)目拓展實(shí)驗(yàn) 該實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是： 甲組裝置實(shí)驗(yàn)后重量減少最多；乙次之；丙再次之；丁裝置重量實(shí)驗(yàn)前后幾乎不變。得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論是： 龍爪槐葉片“下表皮氣孔數(shù)目比上表皮多”。

4.2 設(shè)計(jì)意圖 稱(chēng)量法的優(yōu)點(diǎn)在于把定性實(shí)驗(yàn)變?yōu)槎繉?shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生從多角度去解決問(wèn)題，能提高學(xué)生的思維能力。

5 實(shí)驗(yàn)探究——體驗(yàn)氣孔開(kāi)閉的原理

在表皮細(xì)胞之間有規(guī)則地分布著氣孔，其保衛(wèi)細(xì)胞呈腎形或啞鈴型，細(xì)胞兩端壁薄，中間部分壁厚。當(dāng)水分充足細(xì)胞吸水時(shí)，細(xì)胞兩端的球形部分因充滿(mǎn)水而膨大，使兩個(gè)細(xì)胞互相撐開(kāi)，氣孔打開(kāi)，進(jìn)行氣體交換及加強(qiáng)蒸騰作用，使過(guò)多的水分散失。細(xì)胞失水時(shí)，細(xì)胞兩端的球形部分縮小，使氣孔閉合，通過(guò)減少氣體交換和蒸騰，保持體內(nèi)必要的水分。所以大多數(shù)氣孔不僅是氣體交換的通道，又是控制體內(nèi)水分的自動(dòng)調(diào)節(jié)器。在保衛(wèi)細(xì)胞的外方還有一副保衛(wèi)細(xì)胞，可保證氣孔有效地發(fā)揮作用。

5.1 探究氣孔開(kāi)閉拓展實(shí)驗(yàn) 根據(jù)教材知識(shí)，要求學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究氣孔開(kāi)閉的原理。學(xué)生在制作裝片時(shí)發(fā)現(xiàn)，浸泡過(guò)的葉片表皮不易撕取，較難制作臨時(shí)裝片。學(xué)生就想到調(diào)整實(shí)驗(yàn)順序，先取好表皮材料，然后分別放在清水和鹽水中浸泡，再制成臨時(shí)裝片放在顯微鏡下觀(guān)察。這樣，在顯微鏡下能清楚地看到氣孔的開(kāi)閉狀態(tài)。學(xué)生也試著撕取多種植物的表皮，試圖看得更清楚、效果更明顯的氣孔。通過(guò)多次嘗試后發(fā)現(xiàn)，紫羅蘭葉表皮更適合看到氣孔的開(kāi)閉狀態(tài)。

5.2 設(shè)計(jì)意圖 通過(guò)學(xué)生自主設(shè)計(jì)探究過(guò)程，以及選擇多種生物材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能體驗(yàn)、認(rèn)識(shí)到氣孔的開(kāi)閉原理。

(基金項(xiàng)目： 江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)資助課題“STEM教育理念下高中生物學(xué)跨學(xué)科教學(xué)的研究”，No.C-a/2016/02/18)