初中生物“植物的光合作用”教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

摘 要：“植物的光合作用”是初中生物教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可以提升實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。筆者對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)及教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，在課堂設(shè)計(jì)上利用探究的方式，并使用BTB指示劑、改進(jìn)裝置等方法改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，以期在課堂上激發(fā)學(xué)生的興趣，使實(shí)驗(yàn)更具可操作性。

關(guān)鍵詞：植物的光合作用;初中生物;實(shí)驗(yàn)教學(xué);金魚藻;BTB溶液

中圖分類號(hào)：G427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-624X（2021）10-0073-02

引 言

浙教版八年級(jí)下冊(cè)第三章第六課“植物的光合作用”是初中生物教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，在已知光合作用的條件和產(chǎn)物的情況下，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光合作用的產(chǎn)物（淀粉）、條件和場(chǎng)所，是初中階段的重要實(shí)驗(yàn)。目前初中教學(xué)任務(wù)重，教師在課堂上難以有效提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，但提升這一能力對(duì)學(xué)生而言非常重要。因此，筆者對(duì)教學(xué)思路和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一定的調(diào)整。

在第一課時(shí)的學(xué)習(xí)后，學(xué)生已經(jīng)了解了光合作用的條件、原料及生成物，本節(jié)課主要通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)使學(xué)生理解植物光合作用的原理，學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康募翱刂谱兞糠ㄔ瓌t設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[1]。

本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證植物光合作用的產(chǎn)物有淀粉，條件有光照和葉綠體[2]。

一、“植物的光合作用”教學(xué)設(shè)計(jì)第一課時(shí)

（一）引入

浙教版教材中直接呈現(xiàn)驗(yàn)證過程，實(shí)驗(yàn)過程較為科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)。深度學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，教師創(chuàng)設(shè)促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的課堂情境，可提出一個(gè)令學(xué)生感興趣的真實(shí)問題，將知識(shí)遷移至情境中，引導(dǎo)學(xué)生思考，以實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)問題的解決。

因此，筆者將該實(shí)驗(yàn)改為以杭州亞運(yùn)會(huì)為背景的活動(dòng)。筆者將班級(jí)分為若干小組，分給各組經(jīng)過紙片（HZ2022字樣）遮光處理的葉片，活動(dòng)目標(biāo)為讓樹葉上的字浮現(xiàn)出來。筆者為學(xué)生提供了一定的信息：葉片上的隱形字需要通過一定技術(shù)顯現(xiàn)出來，有無字部分區(qū)別在于遇碘液是否會(huì)變藍(lán)。

（二）驗(yàn)證“光合作用需要光照”的實(shí)驗(yàn)

當(dāng)教師請(qǐng)學(xué)生初步設(shè)想實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，學(xué)生會(huì)提出將碘液滴在葉片上。教師可提問有無需要糾正的內(nèi)容，引出脫色處理：葉片原有顏色對(duì)實(shí)驗(yàn)有所干擾，需先將顏色褪去。教師可提示學(xué)生葉綠素只能溶解在酒精中。學(xué)生提出將葉片放入酒精中并加熱。教師繼續(xù)提問是否有需要改進(jìn)的地方，學(xué)生提出酒精加熱會(huì)燃燒，可用水浴加熱法來漂洗葉片，滴加碘液，再洗去浮色。

教師可提問學(xué)生葉片變藍(lán)的原因，同時(shí)給出信息“碘遇淀粉會(huì)變藍(lán)”，同時(shí)提示學(xué)生“植物光合作用產(chǎn)生淀粉，光是光合作用必備條件”。學(xué)生回答，因?yàn)橛袩o光照決定了有無進(jìn)行光合作用，是否產(chǎn)生淀粉，從而驗(yàn)證了植物光合作用需要光照。教師可以提問，有的學(xué)生已經(jīng)對(duì)葉子進(jìn)行了遮光處理，但葉子整張都變藍(lán)是什么原因。學(xué)生猜測(cè)是之前的淀粉對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，從而提出暗處理一晝夜。

（三）驗(yàn)證“光合作用需要葉綠體”的實(shí)驗(yàn)

教師提問：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明光合作用的場(chǎng)所是葉綠體？教師通過資料小卡片告訴學(xué)生，銀邊天竺葵是天竺葵的變種，葉片邊緣呈白色，不含葉綠體。此時(shí)，教師為學(xué)生預(yù)留5分鐘時(shí)間，讓學(xué)生進(jìn)行小組合作討論，并請(qǐng)每個(gè)小組派一名代表介紹實(shí)驗(yàn)方案。

在學(xué)生展示方案后，教師請(qǐng)各組學(xué)生提出意見并改進(jìn)方案。教師總結(jié)內(nèi)容，完善實(shí)驗(yàn)方案：第一步，取暗處理的銀邊天竺葵;第二步，用兩張黑紙片上下夾住葉片遮光，此時(shí)的變量為是否有光照;第三步，放在光下照射4小時(shí);第四步，摘下葉片，去掉黑紙片;第五步，將葉片放在酒精中隔水加熱;第六步，葉片褪成黃白色時(shí)，取出用清水洗凈，滴上碘液觀察。學(xué)生可以觀察到有光照的部分葉片變藍(lán)，遮光部分的葉片不變藍(lán)，從而得出結(jié)論：光合作用需要光照。

（四）課外拓展

教師可請(qǐng)學(xué)生思考，應(yīng)如何提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，提示學(xué)生從原料和條件的角度進(jìn)行思考。學(xué)生回答可以在一定范圍內(nèi)增強(qiáng)光照;提高氣體肥料（二氧化碳）的濃度，加強(qiáng)光合作用;合理密植。此時(shí)，教師提問：合理密植的原理是什么？學(xué)生回答：合理密植能充分利用光能，加強(qiáng)光合作用。

二、“植物的光合作用”教學(xué)設(shè)計(jì)第二課時(shí)

第二課時(shí)的目的為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光合作用產(chǎn)生氧氣，需要原料二氧化碳。在浙教版初中科學(xué)中，植物的生命活動(dòng)是非常重要的一部分內(nèi)容，而植物的光合作用尤為重要。其中，探討光合作用的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)在杭州中考中經(jīng)常出現(xiàn)，且作為實(shí)驗(yàn)探究題出現(xiàn)，所占分值較高。由此可見，這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)十分重要。

（一）引入

在平時(shí)的教學(xué)過程中，教師習(xí)慣將該部分實(shí)驗(yàn)方案直接展示給學(xué)生，沒有為學(xué)生提供充足的思考時(shí)間。在本節(jié)課的教學(xué)中，教師可以讓學(xué)生先自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)了然于心，并體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究過程。

（二）驗(yàn)證“光合作用產(chǎn)生氧氣”的實(shí)驗(yàn)

第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)：驗(yàn)證光合作用產(chǎn)生氧氣。為了讓學(xué)生理解選擇水生植物的原因，教師應(yīng)讓學(xué)生思考收集氧氣的方法。學(xué)生答向上排空氣法及排水法，排水法收集到的氧氣更加純凈，因此選擇排水法。而陸生植物不便使用排水法，因此選擇水生植物金魚藻。在此基礎(chǔ)上，教師請(qǐng)學(xué)生任選儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證光合作用能否產(chǎn)生氧氣。學(xué)生會(huì)提出各種實(shí)驗(yàn)方案，如通過蟲子是否存活檢驗(yàn)是否產(chǎn)生氧氣;在針筒中放置植物，將產(chǎn)生的氧氣從針頭排出，用帶火星木條檢驗(yàn)等。教師應(yīng)對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的不足之處進(jìn)行分析。教師可為學(xué)生展示改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)：錐形瓶上連接橡膠，橡膠上夾緊止水夾，打開止水夾用帶火星木條檢驗(yàn)即可。另外，教師可為學(xué)生介紹能自行完成的實(shí)驗(yàn)——用塑料瓶中裝滿水和金魚藻來檢驗(yàn)。

在驗(yàn)證光合作用產(chǎn)生氧氣的實(shí)驗(yàn)中，教材中的實(shí)驗(yàn)將水生植物金魚藻扣在漏斗中，并在漏斗上方放一支試管，通過排水法收集一試管氧氣，再將試管移出燒杯，用大拇指堵住試管口以防氧氣逸出。但在現(xiàn)實(shí)操作中，這一實(shí)驗(yàn)難以很好地達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，原因在于漏斗大小有限，而金魚藻的光合作用很難收集滿一試管氧氣。并且，在試管轉(zhuǎn)移的過程中，實(shí)際操作非常不方便，容易導(dǎo)致氧氣泄露。教師可引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，將漏斗上方用橡膠連接一段小導(dǎo)管，并在橡膠上夾一個(gè)止水夾作為開關(guān)，在檢驗(yàn)時(shí)只需打開開關(guān)即可使產(chǎn)生的氧氣逸出，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果，且需要的時(shí)間較短。另外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生利用身邊的廢舊物品，如空塑料瓶，在瓶中裝滿水和金魚藻，將金魚藻放在光下，讓學(xué)生每天觀察，發(fā)現(xiàn)水中不斷有氣泡產(chǎn)生，水位線不斷下降，由此可以看出的確產(chǎn)生了不溶于水的氣體——氧氣。學(xué)生利用身邊最簡(jiǎn)單的儀器抓住實(shí)驗(yàn)的精髓，并用排水法收集光合作用產(chǎn)生的氧氣，但這個(gè)實(shí)驗(yàn)難以使帶火星的木條復(fù)燃，因?yàn)榇蜷_瓶蓋的過程中氧氣會(huì)散掉。

（三）驗(yàn)證“光合作用需要二氧化碳”的實(shí)驗(yàn)

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證光合作用需要二氧化碳。教師給學(xué)生提供水生植物和BTB溶液，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。大多數(shù)學(xué)生都能設(shè)計(jì)出在燒杯中放置水、金魚藻和BTB溶液，通入二氧化碳，BTB溶液剛開始為黃色，光照一段時(shí)間后變綠的實(shí)驗(yàn)。但實(shí)驗(yàn)有如下缺點(diǎn)：第一，未設(shè)置對(duì)照組，對(duì)照組中沒有通入二氧化碳，學(xué)生經(jīng)常會(huì)遺忘設(shè)計(jì);第二，整個(gè)儀器未密封，并未排除外界環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾;第三，水中也會(huì)有氣體影響，因此應(yīng)選擇煮沸后的冷水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。確定以上因素后，教師將改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供給學(xué)生，并將結(jié)果展示給學(xué)生。在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，教師不再限定實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生任選儀器。學(xué)生會(huì)選擇用陸生植物驗(yàn)，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)后，教師需提醒學(xué)生注意設(shè)置對(duì)照組，且對(duì)照組中一定要放一杯清水，檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)使用淀粉，實(shí)驗(yàn)前需暗處理一晝夜。介紹完實(shí)驗(yàn)后，教師請(qǐng)學(xué)生預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果。學(xué)生能答出裝清水的塑料袋中的葉片變?yōu)樗{(lán)色，而裝氫氧化鈉的塑料袋中的葉片不變藍(lán)。師生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論是植物光合作用需要二氧化碳。

在證明光合作用需要二氧化碳的實(shí)驗(yàn)中，教材中的實(shí)驗(yàn)選擇一棵植株的兩片葉片，兩片葉片均套上透明塑料袋，為排除外界環(huán)境影響，將袋子扎緊并在封口處纏上膠帶，一個(gè)袋中裝清水作為對(duì)照組，另一個(gè)袋中裝氫氧化鈉來吸收空氣中的二氧化碳，作為實(shí)驗(yàn)組，放在光下照射一段時(shí)間后用淀粉驗(yàn)證葉片是否變藍(lán)來檢驗(yàn)植物是否進(jìn)行光合作用。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的缺陷是扎上的袋子重量太大，容易造成枝條彎曲甚至折斷，且實(shí)驗(yàn)效果不明顯，有二氧化碳和沒有二氧化碳組的區(qū)別并不大。因此，在實(shí)驗(yàn)中，教師可以選擇金魚藻，在水中加入BTB溶液，與石蕊試劑進(jìn)行對(duì)比。BTB溶液是一種十分靈敏的酸堿指示劑，變色范圍在pH6.0～7.6之間，對(duì)弱酸或者弱堿十分敏感。BTB溶液在弱酸性溶液中呈黃色，在中性溶液中呈綠色，在弱堿性溶液中呈藍(lán)色。在水中通入二氧化碳時(shí)，BTB溶液顏色很快變黃，而普通水呈中性，呈綠色。教師引導(dǎo)學(xué)生分別在兩組錐形瓶中加入金魚藻、清水和BTB溶液，兩組溶液均為中性，因此呈綠色;在實(shí)驗(yàn)組通入二氧化碳，二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸，碳酸呈酸性，因此BTB溶液變?yōu)辄S色。將兩個(gè)錐形瓶放在光下照射24小時(shí)之后，學(xué)生能發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的黃色逐漸消失，直至變綠，而對(duì)照組的綠色不變。通過兩組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以看出原來通了二氧化碳的實(shí)驗(yàn)組在經(jīng)過一段時(shí)間光合作用后由黃色變成了綠色，證明水中的二氧化碳被消耗，光合作用消耗了二氧化碳。

結(jié) 語

科學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)做到實(shí)事求是，應(yīng)盡量確保簡(jiǎn)單而效果明顯，本文分析的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)策略都是為了達(dá)到這一目的。本節(jié)課的主要目標(biāo)是讓學(xué)生學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)光合作用驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的基本思路，并理解為何要暗處理、光合作用如何檢驗(yàn)等。通過自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力得到大幅提升。

[參考文獻(xiàn)]

李志燕.“光合作用吸收二氧化碳釋放氧氣”（第一課時(shí)）的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].生物學(xué)教學(xué)，2014（06）：37-38.

閻乃勝.深度學(xué)習(xí)視野下的課堂情境[J].教育發(fā)展研究，2013（12）：82-85.

作者簡(jiǎn)介：高燁楠（1993.8—），女，浙江溫州人，碩士研究生。