“驗證綠葉在光下吸收CO2”實驗的2次改進

翟小梅（東海縣安峰初級中學(xué) 江蘇連云港 222311）

“驗證綠葉在光下吸收CO2”實驗屬于蘇科版《生物學(xué)·8年級·上冊》第18 章第2 節(jié)“綠色植物與生物圈的碳－氧平衡”，教材通過1 個原理、2 個變量和3 個裝置的巧妙設(shè)計，使學(xué)生透過直觀的實驗現(xiàn)象，獲得綠色植物在光下進行光合作用并吸收CO2的理性認識。同時，與本節(jié)的第2 個實驗“探究綠色植物在光下放出的氣體”相結(jié)合，使學(xué)生認同綠色植物在維持生物圈碳-氧平衡中的重要作用。因此，認真設(shè)計、組織和開展這2 個實驗至關(guān)重要，對于學(xué)生科學(xué)思維和探究能力的培養(yǎng)大有裨益。

1 教材實驗的不足之處

筆者根據(jù)教材的方案（圖1）開展實驗，發(fā)現(xiàn)以下幾個問題。

圖1 驗證綠葉在光下吸收CO2 示意圖

首先，適宜放置盆栽植物的廣口瓶不易尋找，既要體積大、帶軟木塞、能插入玻璃導(dǎo)管，做分組實驗又要保證足夠的數(shù)量。由于實驗室和日常生活中均較難找到這樣的廣口瓶，筆者改用較大的塑料袋，并用繩子將塑料袋袋口扎緊，這樣做雖然實驗材料方便易得，但是向塑料袋內(nèi)滴加BTB（溴麝香草酚藍）水溶液時操作并不方便。

其次，教材對于所使用的盆栽植物種類沒有明確，教師必須根據(jù)生活經(jīng)驗或者查閱資料確定使用哪種植物效果更好。在反復(fù)嘗試的過程中，教師需要采購多種植物，而且要盡可能地保持2 株植物長勢接近，如果再安排分組實驗，將需要較大的時間成本和經(jīng)濟成本。

再者，BTB 水溶液滴加的位置不易把控，滴在植物葉片上或者塑料袋內(nèi)壁上都會影響實驗結(jié)果，且實驗現(xiàn)象均不明顯，3 個裝置內(nèi)基本上都是呈現(xiàn)黃色。

2 對教材實驗的改進

2.1 改進方案1 經(jīng)過對教材實驗不足的原因分析，筆者從實驗材料、實驗方法等方面對該實驗進行了初步改進，裝置如圖2所示。

圖2 實驗改進方案1 裝置圖

2.1.1 實驗材料 錐形瓶3 個，銅錢草（Hydrocotyle vulgaris）若干株、塑料吸管1 只、皮筋3 根、注射器1 個、保鮮膜、BTB 標準溶液（濃度為0.1%），1 種變色范圍為pH=6.0（黃）～7.6（藍）的酸堿指示劑、清水。

2.1.2 實驗步驟

1）甲、乙、丙3 個錐形瓶中分別加入等量的清水。2）甲和乙中分別放入大小相似、數(shù)量一致的銅錢草，丙中不放。3）用吸管向清水中深呼氣10余次，使清水中溶解大量的CO2，并用保鮮膜和皮筋分別將3 個錐形瓶的瓶口密封。4）將甲裝置放在黑暗處，乙和丙裝置放在陽光下照射3～4 h。5）3～4 h 后，用注射器分別向3 個裝置中注入少量的棕色BTB 標準溶液，觀察裝置中溶液顏色變化。

2.1.3 實驗現(xiàn)象及結(jié)論 如表1、圖3所示，丙中溶液變成黃色，因為其中溶解了大量的CO2；甲中溶液也變成黃色，因為銅錢草在遮光條件下還進行呼吸作用，產(chǎn)生的CO2也溶解在水中；乙中溶液變成藍色，說明銅錢草在光下進行光合作用消耗了CO2。甲與乙、乙與丙分別形成對照，說明綠葉在光下吸收了CO2。

表1 改進方案1 實驗方法及現(xiàn)象

2.1.4 實驗方案評價

1）使用小型的水生植物，例如銅錢草，不僅可以與液體環(huán)境相適應(yīng)，而且可方便地置于常用的玻璃器皿中，操作簡單。2）一定量的清水能維持水生植物的正常生長，且與BTB 標準溶液相結(jié)合之后顏色變化非常明顯。3）注射器針頭從瓶口的保鮮膜刺穿一個小孔，操作方便，瓶內(nèi)氣體不會泄漏，氣密性較好。4）實驗現(xiàn)象直觀、生動、明顯，學(xué)生能觀察到BTB 標準溶液與裝置內(nèi)溶液混合之后瞬間所發(fā)生的顏色變化，促進對實驗現(xiàn)象的感性認識和理性分析。

2.2 改進方案2 《義務(wù)教育生物學(xué)課程標準（2011年版）》教學(xué)建議部分提出“實驗設(shè)計應(yīng)該多樣化，可以采用比較規(guī)范的實驗儀器設(shè)備設(shè)計實驗，也可以設(shè)計低成本實驗”［1］?？紤]到學(xué)生都有參與實驗的積極性，但并非都有機會使用實驗室器材，筆者對實驗進一步修改、設(shè)計并實踐，獲得了更為簡便的實驗裝置（圖4）。

2.2.1 實驗材料 塑料瓶（瓶口粗一些）3 個、銅錢草若干株、BTB 水溶液。

2.2.2 實驗步驟

1）甲、乙、丙3 個塑料瓶中分別加入等量的BTB 水溶液（藍色）。2）甲和乙中分別放入大小相似、數(shù)量一致的銅錢草，丙中不放。3）用吸管向溶液中深呼氣10 余次，使溶液中溶解大量的CO2，直至溶液變成黃色，擰緊瓶蓋密封。4）將甲裝置放在黑暗處，乙和丙裝置放在陽光下照射3～4 h。5）3～4 h 后，觀察3 個裝置中溶液顏色變化情況。

2.2.3 實驗現(xiàn)象及結(jié)論 如表2、圖5所示，甲中溶液仍然為黃色，因為銅錢草在遮光條件下仍然進行呼吸作用，產(chǎn)生的CO2也溶解在水中；乙中溶液由黃色變成藍色，說明銅錢草在光下進行光合作用消耗了CO2；丙中溶液顏色不變，因為其中溶解的CO2含量沒有發(fā)生變化。甲與乙、乙與丙分別形成對照，說明綠葉在光下吸收了CO2。

表2 改進方案2 實驗方法及現(xiàn)象

圖3 改進方案1 實驗現(xiàn)象

圖4 改進方案2 實驗裝置

圖5 改進方案2 實驗現(xiàn)象

2.2.4 實驗方案評價 與教材實驗方案相比，本方案的實驗材料在生活中極易獲得，所有學(xué)生都可以積極參與實驗過程，實驗步驟更加簡單，實驗現(xiàn)象更加明顯。

與改進方案1 相比，本方案將實驗材料和步驟又進行了改進，呈現(xiàn)出一些更加貼近教學(xué)實際的特征。其一，在沒有實驗室專用器材的情況下，學(xué)生利用身邊的物品即可開展實驗。其二，不需要使用注射器注入BTB 溶液，不僅消除了注射器針頭存在一定危險性的弊端，而且在不打開瓶蓋的情況下就可以直接觀察實驗現(xiàn)象，實驗步驟得以簡化。其三，在實驗進行過程中，改進方案1 裝置中溶液的顏色變化是看不見的靜態(tài)過程，只有滴入BTB 標準溶液并根據(jù)溶液由無色變?yōu)樗{色的現(xiàn)象，方可說明CO2被綠色植物吸收。而改進方案2 中溶液顏色隨著時間的推移逐漸發(fā)生變化，直至其中的乙裝置液體顏色完全變?yōu)樗{色時，實驗即可完成，可直接觀察到綠色植物通過光合作用吸收CO2的動態(tài)變化過程。

3 總結(jié)

實驗是一種科學(xué)研究方法，也是一種教學(xué)方法，是生物學(xué)課堂教學(xué)的重要組成部分，也是“格物致知”的一種路徑，對學(xué)生的認知發(fā)展、方法習(xí)得、能力進階及思維表達等起到重要的作用。針對實驗教學(xué)面臨的現(xiàn)實困境，教師作為課程的設(shè)計者、引導(dǎo)者、組織者和實踐者，應(yīng)當(dāng)通過不斷的創(chuàng)新，努力改善實驗環(huán)境和實驗方法，促進實驗教學(xué)的落地、生根，促進學(xué)生科學(xué)探究和科學(xué)思維素養(yǎng)的提升。