呼吸作用產生CO₂的實驗的改進

張洪平

摘 要：萌發(fā)種子的呼吸作用產生CO2演示實驗旨在讓學生直觀地認識到植物的呼吸作用能產生CO2。但是人教版教材中實驗設計和實驗裝置存在多處不足，使實驗結果效果不明顯并且缺乏嚴謹性。文章通過對教材實驗設計和實驗裝置進行改良，不僅有利于教師在課堂上進行演示實驗，而且有利于全班學生進行分組實驗。

關鍵詞：呼吸作用;CO2產生;實驗改進

教材中關于萌發(fā)種子的呼吸作用產生CO2演示實驗較煩瑣，教師課前花費的實驗準備時間較多，因此在實際的教學課堂中，本實驗的開出率比較低。然而，本實驗是呼吸作用三個重要演示實驗之一，是學生直觀地感受呼吸作用產生CO2，建構呼吸作用的概念，進而理解呼吸作用的本質的過程。為了解決教材中實驗不足，使實驗裝置簡化，操作更加簡單，筆者對本實驗的材料和裝置進行改進。以下將對實驗的改進內容進行詳細闡述。

一、教材實驗裝置和不足之處

（一）教材中的實驗裝置

（二）教材中實驗不足之處

1. 實驗器材較多，而且多是玻璃儀器，不易攜帶

教材實驗中很多儀器都是玻璃的，特別是玻璃彎管極其容易碎，不利于教師在上課時攜帶。如果在攜帶過程中破碎，不僅不能進行實驗，而且容易造成安全隱患。

2. 未設置對照實驗，實驗缺乏嚴謹性

教材實驗中僅僅用萌發(fā)的種子進行實驗，未設對照組，實驗結果說服力不強。很多教師用煮熟的種子作為對照組。萌發(fā)的種子是可以呼吸作用，煮熟種子不能進行呼吸作用，看似可以作為對照實驗。但煮熟種子具有水分，容易滋生細菌，細菌會進行呼吸作用干擾實驗結果。

3. 單套實驗裝置，不能在短時間內重復演示

如果只有一套教材中的實驗裝置，在一個班演示完畢后，想要下一個班進行同樣的演示，就要立刻將瓶中的水倒出，而且要使實驗現象明顯，需要2h～3h。無法滿足在多個平行班進行連續(xù)課堂上進行演示需要，原因有三個：

（1）教材中實驗裝置氣密性較差，無論是玻璃彎管還是漏斗，與廣口瓶活塞鏈接處都有縫隙，瓶內氣體會從瓶中泄漏;

（2）該裝置使用灌水排氣法，注水時有部分瓶內氣體順著漏斗溢出;

（3）瓶中部分CO2會溶解于水中，進一步降低了CO2的濃度。

二、實驗改進的方法

（一）實驗材料改進

煮熟的種子雖然滿足種子不能進行呼吸作用，但是由于有水分，適于細菌生長繁殖，干擾實驗結果。用炒熟的種子代替煮熟的種子，不僅符合種子不能進行呼吸作用的條件，而且炒熟的種子是干燥的，解決煮熟種子容易滋生細菌的問題。

（二）實驗裝置改進

實驗裝置改良方法一共有兩種。其一，實驗裝置是利用實驗室常見的洗瓶進行改進（如圖2）。利用洗瓶改進裝置僅需要把洗瓶平內吸管取出套在洗瓶尖嘴上即可。實驗完畢后，把吸管裝回瓶內，可以恢復洗瓶原有功能。該改良裝置適合學生進行分組實驗使用。

第二種方法，實驗裝置（如圖3），利用200mL大注射器改進的裝置在注射端接上一段長30cm的輸液管即可代替教材中的裝置。兩種方法都可以把原來復雜的裝置化繁為簡。

三、改進后實驗過程

（一）實驗前準備

1. 實驗裝置準備

教師在實驗前準備兩支200mL的大針筒（課堂演示實驗使用），并按照每4人為一個實驗小組，每小組兩個洗瓶的標準為學生準備分組實驗使用的裝置。

讓學生按照圖2和圖3進行簡單的組裝。

2. 實驗材料準備

提前一天，讓各實驗小組回家準備萌發(fā)的綠豆和炒熟的綠豆（綠豆在室溫26℃左右萌發(fā)只需要一天）。

（二）課堂實驗演示及分組實驗

1. 課堂實驗演示

在第一個平行班上課前30min，讓生物課代表分別把等量的萌發(fā)綠豆和炒熟綠豆分別裝入兩個針筒內備用。

課堂上，先把輸液管伸入澄清石灰水中（如圖4），再將針筒倒置在講臺擠壓出針筒內氣體進行驗證。實驗完畢，輕拉活塞補充瓶內空氣，準備在下個班進行同樣的演示實驗。

2. 分組實驗

提前一個課間，讓各實驗小組長帶領組員分別把等量的萌發(fā)綠豆和炒熟綠豆分別裝入兩個洗瓶內備用。

教師演示完畢后，各實驗小組把洗瓶嘴上的吸管伸入澄清石灰水中（如圖5），擠壓洗瓶瓶壁把瓶中氣體擠出進行驗證（注意務必等吸管離開試管后才可以松開手，防止洗瓶回吸試管中的石灰水）。

四、使用的好處

（一）容易攜帶，操作簡單

改進后的實驗裝置，除裝澄清石灰水試管外均無玻璃器材，只需要兩支200mL的大針筒或者兩個洗瓶，結構簡單，容易攜帶，不存在因為攜帶或放置不得當損壞而使演示實驗不能進行的問題。同時也不存在實驗過程中安全問題，可以放心讓學生參與實驗準備和實驗過程。而且改進后的實驗裝置操作簡單，僅需要推動針筒活塞或者擠壓洗瓶瓶壁就可以讓瓶中的氣體流經澄清石灰水進行檢驗。因此，改進后的裝置不僅方便教師在課堂上進行演示實驗，而且可以作為全體學生都可以進行的分組探究實驗。這樣讓學生參與實驗準備和整個實驗過程，鍛煉學生運用實驗進行探究獲取知識能力，更能突出學生在課堂上的主體地位。

（二）避免水的影響，短時間內可重復操作

改進后實驗裝置是利用手壓排氣法，而不是原來的灌水排氣，不僅避免水進入瓶中吸收其中的CO2，使實驗效果更明顯，而且種子沒有被水浸泡，不易腐爛，可多次重復使用，減少材料的消耗。

演示實驗完畢后，可隨時補充瓶內的空氣。用針筒改良的裝置，只要輕輕拉動活塞就可以補充針筒內的氣體。洗瓶改良的裝置更加方便，實驗完畢只要松開手，由于洗瓶具有彈性，洗瓶自動補充瓶內空氣。而且實驗裝置的氣密性良好，補充瓶內氣體后靜置30min就可以同樣的演示實驗。由于實驗在短時間內可重復操作，這樣有利于教師用同一套裝置在多個平行班連續(xù)課堂演示教學。不僅能減少實驗材料的消耗，更可以減輕教師課前準備的工作量。

（三）實驗更具科學嚴謹性

改進后的實驗設置了對照組，對照組實驗材料是使用炒熟的種子，而不是煮熟種子。炒熟的種子與煮熟種子相比較，炒熟的種子是干燥的，不具有水分，剛炒熟不久的種子沒有細菌，排除細菌在種子上生長繁殖進行呼吸作用的干擾，使實驗過程和結構更加科學嚴謹。

由于基本上不需要組裝，單套實驗裝置就可以滿足多個平行班連續(xù)課堂需要，而且裝置簡單，容易攜帶，改進后的實驗在本校沒有專職實驗員的情況下，實驗開出率達到百分之百。學生通過實驗過程直觀認識呼吸作用過程確實產生CO2。綜上所述，經過改良后實驗過程更加嚴謹，操作更加簡便，材料更加低耗，效果更加明顯。

參考文獻：

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