“綠色植物的呼吸作用”實驗的改進(jìn)

湖北省武漢市武珞路實驗初級中學(xué)(430061) 李芳芳

“綠色植物的呼吸作用”是人教版七年級上冊生物教材第3單元第5章第2節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)通過3個演示實驗引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：植物的呼吸作用是細(xì)胞利用氧氣產(chǎn)生二氧化碳，并且釋放能量的過程。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計要有利于學(xué)生理解呼吸作用的概念和實質(zhì)。

1 實驗改進(jìn)的原因

1.1 冬天溫度低，大豆不易發(fā)芽

筆者按照課本的要求準(zhǔn)備實驗材料，該實驗要用到萌發(fā)的大豆種子，然而筆者在萌發(fā)大豆時遇到了大豆不發(fā)芽的問題，開始以為是大豆質(zhì)量有問題，換了一批大豆種子加水后仍然不發(fā)芽。原來是因為該實驗開展時正值1月上旬，此時的武漢溫度只有0～5 ℃，溫度太低不利于大豆種子的萌發(fā)。

1.2 用棉花塞暖水瓶瓶口，熱量容易散失

在實驗一“植物呼吸作用產(chǎn)生熱量”中，需要將等量萌發(fā)的種子和煮熟的種子分別裝入甲、乙兩個暖水瓶中，然后暖水瓶中各插入1支溫度計測量溫度的變化。筆者根據(jù)課本圖片提示，用棉花塞緊暖水瓶的瓶口以固定溫度計進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)24 h后甲、乙兩個暖水瓶中溫度計的示數(shù)并沒有明顯變化。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)是因為用棉花塞緊暖水瓶瓶口后，暖水瓶里的熱量還是會通過棉花慢慢地散失到空氣中，從而影響實驗效果。

1.3 實驗效果不理想

在實驗二“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”中，將萌發(fā)的種子裝進(jìn)廣口瓶，一段時間后，用加水排氣法將廣口瓶中的氣體排到澄清的石灰水中，澄清的石灰水變渾濁，從而證明植物呼吸作用產(chǎn)生了二氧化碳。然而筆者根據(jù)課本上的裝置進(jìn)行實驗，澄清的石灰水變渾濁并不明顯或者根本沒有變渾濁，沒有達(dá)到預(yù)期的實驗效果。筆者以為是種子呼吸作用的時間不夠長，產(chǎn)生的二氧化碳不夠多，于是延長了種子呼吸作用的時間，然而實驗效果也并不理想。筆者經(jīng)過反復(fù)的分析，發(fā)現(xiàn)是因為冬天溫度低，植物的呼吸作用強度很弱，產(chǎn)生的二氧化碳比較少，所以澄清的石灰水變渾濁的效果并不明顯。

1.4 蠟燭容易從燃燒匙上掉落

在實驗三“呼吸作用消耗氧氣”中，需要將燃燒的蠟燭放在燃燒匙上，然后將蠟燭伸進(jìn)裝有種子的廣口瓶中。筆者在實驗中遇到了一個問題，將燃燒的蠟燭伸進(jìn)廣口瓶的過程中，蠟燭很容易從燃燒匙上掉落，又要花時間去撿蠟燭從而影響實驗的順利進(jìn)行。

2 實驗改進(jìn)

2.1 將大豆種子換成綠豆種子

筆者在遇到大豆不發(fā)芽的問題后，開始嘗試用其他植物的種子。筆者先后嘗試了玉米、綠豆和小麥種子。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，玉米種子在溫度較低的環(huán)境中不易發(fā)芽，綠豆種子和小麥種子都能發(fā)芽，其中綠豆種子的發(fā)芽速度比小麥種子要快，而且煮熟的綠豆種子和萌發(fā)的綠豆種子顏色有差異，更利于學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象、得出實驗結(jié)論，經(jīng)過反復(fù)的比較，筆者最后選擇了綠豆種子作為實驗材料。

2.2 將棉花塞換成橡皮塞

筆者在實驗一“植物呼吸作用產(chǎn)生熱量”中，遇到了棉花塞緊暖水瓶瓶口不易保溫的問題，特地請教了學(xué)校的化學(xué)實驗教師，化學(xué)實驗教師幫筆者想到了一個好辦法，按照暖水瓶瓶口的大小選擇大小合適的橡皮塞，用打孔機在橡皮塞上打1個孔，孔的大小剛好適合插入1支溫度計。將插有溫度計的橡皮塞塞緊暖水瓶瓶口，24 h后，萌發(fā)的種子溫度可以上升8～10 ℃，實驗效果較好，分析24 h前后溫度計的示數(shù)變化，學(xué)生很容易得出種子萌發(fā)過程中產(chǎn)生熱量的結(jié)論。

2.3 將種子放在酸奶機或恒溫箱里以加快種子萌發(fā)速度、增大呼吸作用的強度

雖然綠豆種子在室溫下可以萌發(fā)，但是萌發(fā)的速度很慢，需要3天左右的時間才能萌發(fā)好，而且因為溫度低，萌發(fā)的種子呼吸作用的強度很弱，產(chǎn)生的二氧化碳很少，從而影響實驗二“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”的效果。筆者在家里做酸奶的時候突然想到，酸奶機的溫度高于室溫，將種子放在酸奶機里是否會加快種子萌發(fā)的速度？筆者經(jīng)過嘗試后驚喜地發(fā)現(xiàn)，將綠豆種子放在酸奶機中萌發(fā)，種子萌發(fā)所需的時間由3天縮短到1.5天，產(chǎn)生的二氧化碳也足夠讓澄清的石灰水變渾濁。將種子放在酸奶機中萌發(fā)，不僅加快了種子的萌發(fā)速度，而且有效提高了種子呼吸作用的速率，從而產(chǎn)生足夠多的二氧化碳，解決了低溫條件下呼吸作用弱、實驗效果不好的問題。條件好的學(xué)校有恒溫箱，則可以將種子放在恒溫箱中，溫度控制在合適數(shù)值，也可以大大加快種子萌發(fā)的速度。

另外，在實驗二“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”中，需要將萌發(fā)的種子密封以收集種子呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳，于是筆者將萌發(fā)的綠豆種子放在廣口瓶中，用橡皮塞將廣口瓶瓶口塞緊。然而筆者發(fā)現(xiàn)，如果密封時間過長，綠豆種子會因為缺乏氧氣而死亡，再打開瓶塞時綠豆種子散發(fā)出濃濃的臭味。為了使種子保持活性，筆者在實驗前每隔半天打開瓶塞讓種子獲取氧氣，并且給種子換一次水，這樣才能一直保持種子的活性，實驗效果才不受影響。

2.4 將蠟燭固定在燃燒匙上

在實驗三“呼吸作用消耗氧氣”中，筆者遇到了蠟燭容易從燃燒匙上掉落的問題，嘗試用雙面膠將蠟燭粘到燃燒匙上，因為燃燒匙底部不是平的，怎么也粘不牢。筆者嘗試將蠟燭放在燃燒匙上，然后用酒精燈對燃燒匙加熱，燃燒匙上的蠟燭底部遇熱融化，待其冷卻后蠟燭就會牢牢地固定在燃燒匙上。經(jīng)過小小的改造，蠟燭再也不會掉下來，從而使實驗三順利地進(jìn)行。

3 其他改進(jìn)

因為七年級的學(xué)生還沒有學(xué)習(xí)化學(xué)，對二氧化碳可以使澄清的石灰水變渾濁的特點并不熟悉，因此在實驗二“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”中，學(xué)生看到澄清的石灰水變渾濁的現(xiàn)象后，不能順利地得出“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”的結(jié)論。為了幫助學(xué)生更好地分析實驗結(jié)論，筆者在實驗二之前，加了一個讓學(xué)生吹澄清石灰水的小實驗，讓學(xué)生知道二氧化碳可以使澄清的石灰水變渾濁，有了這個知識點作鋪墊，學(xué)生可以在實驗二中順利得出“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”的結(jié)論。

另外，在實驗三“植物呼吸作用消耗氧氣”的實驗中，學(xué)生看到蠟燭熄滅后也不能順利得出“植物呼吸作用消耗氧氣”的結(jié)論。為了幫助學(xué)生更好地分析實驗結(jié)論，筆者在實驗三“植物呼吸作用消耗氧氣”之前，加了一個讓學(xué)生將燃燒的蠟燭放進(jìn)廣口瓶并塞緊瓶塞的小實驗，學(xué)生看到蠟燭熄滅后，知道了蠟燭的燃燒需要氧氣，從而在實驗三中可以順利得出“植物呼吸作用消耗氧氣”的結(jié)論。

本節(jié)課的3個實驗均為演示實驗，擔(dān)心坐在后排的學(xué)生看不清實驗過程和實驗現(xiàn)象，筆者借助希沃白板的“實時投屏”功能，實驗時由學(xué)生來操作，筆者將學(xué)生的操作過程和產(chǎn)生的實驗現(xiàn)象通過手機上的希沃白板軟件拍攝下來，并實時投屏到大屏幕上，這樣，全班的學(xué)生都可以清晰地看到實驗過程和實驗現(xiàn)象。為了提高學(xué)生實驗操作的規(guī)范性，筆者在課前對操作實驗的學(xué)生進(jìn)行了簡短而規(guī)范的培訓(xùn)。

4 實驗中的其他發(fā)現(xiàn)

4.1 煮熟的種子放兩天后蠟燭也會熄滅

在實驗三“植物呼吸作用消耗氧氣”中，筆者將燃燒的蠟燭伸進(jìn)裝著煮熟種子的廣口瓶內(nèi)，發(fā)現(xiàn)蠟燭竟然也熄滅了。筆者反復(fù)分析其中的原因，發(fā)現(xiàn)是因為種子煮熟后放了兩天，滋生了很多細(xì)菌，這樣的種子摸起來黏黏的，細(xì)菌呼吸作用消耗掉了廣口瓶中的氧氣，所以燃燒的蠟燭伸進(jìn)廣口瓶后也會熄滅。找到原因后，筆者在后面的實驗中都是提前一天將種子煮熟，再也沒有發(fā)生煮熟的種子這一組蠟燭熄滅的情況。

4.2 種子見光部分變成綠色

在萌發(fā)種子時，筆者發(fā)現(xiàn)見光的種子會變成綠色，這樣的種子可以進(jìn)行光合作用，從而影響學(xué)生得出實驗結(jié)論。因此，筆者在萌發(fā)種子的過程中，將酸奶機進(jìn)行遮光處理，如果是在恒溫箱中萌發(fā)種子，則用黑色的卡紙將恒溫箱門上的玻璃蓋住，不讓萌發(fā)的種子見光，從而讓整個實驗更加嚴(yán)密。

4.3 實驗裝置氣密性問題

在實驗二“植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳”中，筆者遇到了實驗裝置氣密性不好的問題，導(dǎo)致裝置中的二氧化碳跑走了，嚴(yán)重影響了實驗現(xiàn)象，向化學(xué)組的同事請教后，同事建議筆者將凡士林涂抹在可能漏氣的地方，果然有效解決了問題。

另外，在讓學(xué)生用吸管向澄清的石灰水中吹氣時，開始筆者嘗試用15 mm×150 mm的小試管裝澄清的石灰水，用吸管向澄清的石灰水中吹氣時，因為試管比較短，試管中的石灰水很容易從試管口濺出來，甚至濺到臉上影響實驗的安全。換用20 mm×200 mm的大試管后，因為大試管比較長，石灰水不會濺出來，從而大大提高了實驗的安全性。為了讓學(xué)生更容易觀察到石灰水變渾濁的現(xiàn)象，筆者將一張黑色卡紙放在試管的背后作為背景，在黑色卡紙的對比下，石灰水變渾濁的現(xiàn)象非常明顯。

在“綠色植物的呼吸作用”實驗中，筆者遇到了很多問題，其中很多問題是筆者向其他教師請教后找到解決辦法的，這也提醒了筆者，學(xué)無止境，遇到問題多向有經(jīng)驗的教師請教，反復(fù)摸索，想辦法解決實驗中遇到的各種問題，將“不可能”變?yōu)椤翱赡堋保蛯W(xué)生一起發(fā)現(xiàn)生物實驗的各種精彩。