“細胞呼吸”一節中的實驗設計

從生物學科特點來看：生物學是一門以實驗為基礎的學科，生物學教學應該緊扣實驗這一學科基石。從高考來看，生物學考試大綱中也指出：“理解所學的實驗內容，包括實驗原理、方法和操作步驟，掌握相關的操作技能；具備驗證簡單生物學事實的能力，并能對實驗現象和結果進行分析，能對一些生物學問題進行初步的探究性研究，并能制訂研究方案。”

所以，在生物學教學中，教師不但要重視知識傳授，還要培養學生實驗能力；不但要重視課本實驗，還要挖掘教材中的實驗素材，自主設計實驗。下面結合“細胞呼吸”一節教學內容，淺談如何挖掘教材中實驗素材來設計實驗。

實驗的類型按實驗中量和質的關系，可分為定性、定量、結構分析等實驗。

1 定性實驗

定性實驗是指只判斷某因素是否存在、某種聯系是否存在。在細胞呼吸這一節內容中，我主要設計了以下幾個定性實驗：

請你將圖1中裝置的序號連接起來，從而驗證有氧呼吸產生C02(要求：所給裝置均要用到)。參考答案：3456127。請你設計一個實驗驗證細胞呼吸能夠放熱。用具：若干錐形瓶、塞子、溫度計、若干保溫材料。材料：萌發的消毒過的(不影響種子活力)小麥種子、消毒過的死種子。

步驟：(1)用1個錐形瓶，外面包有保溫材料，內裝有萌發的種子。

(2)插入一個溫度計，2～3 h后，觀測這個錐形瓶內的溫度有沒有變化。

預測結果：溫度計讀數上升。

結論：細胞呼吸能夠放熱。

思考：此實驗是否有不嚴密之處?

參考答案：有不嚴密之處，缺乏對照，實驗裝置如圖2所示。

請設計一個實驗來驗證有氧呼吸消耗氧氣。

用具：若干錐形瓶、塞子、點燃的蠟燭。

材料：萌發的消毒過的(不影響種子活力)小麥種子、消過毒的死種子。

步驟：(1)用1個密閉的錐形瓶，內裝有萌發的種子，放在條件適宜的地方。

(2)若干小時后，取下塞子，將點燃的蠟燭放入錐形瓶中，觀察點燃的蠟燭是否立即熄滅。

預測結果：點燃的蠟燭立即熄滅。

結論：有氧呼吸吸收氧氣。

思考：此實驗是否有不嚴密之處?

參考答案：有不嚴密之處，缺乏對照，對照裝置如圖3所示。

請你設計一個實驗驗證有氧呼吸產物CO₂中的O不是來自O₂，而是來自H₂O和C6H₁₂O₆。

步驟：(1)用氧的同位素¹⁸O分別標記H₂O、C₆H₁₂O₆和O₂，使它們分別成為H₂¹⁸O、C₆H₁₂¹⁸O₆、¹⁸O₂。

(2)然后進行4組有氧呼吸實驗：第一組向萌發的種子提供¹⁸O₂；第二組向同樣的萌發的種子提供H₂¹⁸O；第三組向同樣的萌發的種子提供C₆H₁₂¹⁸O₆；第四組作為對照。

(3)在相同的條件下，對3組呼吸作用實驗釋放出的CO₂進行分析。

預測結果：第二、三組中的C02中的O是¹⁸O。

結論：有氧呼吸產物CO₂中的O不是來自O₂，而是來自H₂O和C₆H₁₂O₆。

2 定量實驗

所謂定量實驗，是為了深入了解事物和現象的性質，揭露各因素之間的數量關系，確定某些因素的數值而進行的實驗。

請你設計一個實驗測量種子萌發時吸收的O₂量。

用具：若干錐形瓶、塞子、小試管、有刻度的玻璃管、紅色酒精。

材料：萌發的消毒過的(不影響種子活力)小麥種子、消毒過的死種子。

過程：略。

實驗裝置如圖4所示。

請你在上述實驗的基礎上設計一個實驗測量種子萌發時釋放的CO₂量。

用具：若干錐形瓶、塞子、小試管、有刻度的玻璃管、紅色酒精。

材料：萌發的消毒過的(不影響種子活力)小麥種子、消毒過的死種子、水

過程：略。

實驗裝置如圖5所示。

通過一系列的實驗設計，學生不但加深了對課本實驗的理解，同時也提高他們的實驗設計能力。