利用生活器材開發“高見度”生物學演示實驗實例*

黃建林 朱春鳳

（1浙江省紹興市柯橋區蘭亭鎮中學浙江紹興312041 2浙江省紹興市柯橋區齊賢鎮中學浙江紹興312065）

目前，生物學實驗因其特有的魅力和作用引起了廣大教師和學生的重視，不過，在教學過程中也發現了一些生物學實驗存在的問題，主要表現為：1）實驗時間太長，將嚴重影響上課進度。2）實驗效果不明顯，導致不能得出正確的實驗結果或是得出的結果不能讓學生完全信服，從而使得學生對實驗結果半信半疑。3）是可見度差，例如心臟中的瓣膜單向流動性實驗，學生根本看不到瓣膜的結構。可見度差就會使學生產生猜疑，對知識也只能是知其然而不知其所以然，長此以往學生就會對生物學這門課失去興趣。

為此，通過開發“高見度”的生物學演示實驗，可以有效解決上述問題，從而提高生物學實驗教學的有效性和教學質量。本文以植物的呼吸作用及人類心臟瓣膜單向流動性實驗為例，利用簡單的生活器材，開發新的實驗教具，進行了教學實踐和嘗試。

1 植物的呼吸作用

1.1 實驗簡介浙教版《科學》8年級下第3章第5節“生物的呼吸和呼吸作用”一課中有2個演示實驗（圖1），一個是將植物呼吸作用后塑料袋中收集的氣體通入澄清石灰水中，出現澄清石灰水變渾濁的現象（如圖1b中一樣，放置幾天看澄清石灰水變渾濁），從而讓學生知道呼吸作用釋放二氧化碳；另一個是通過插入的溫度計示數的變化，讓學生明白呼吸作用還會放出熱量。

圖1 探究植物的呼吸作用

1.2 問題分析

1）石灰水變化及耗時的問題。采用教材中的演示實驗探究植物的呼吸作用會產生二氧化碳的現象，理論上是可行的，但在實際實驗操作中，由于塑料袋中產生的二氧化碳量很少，很難看到澄清石灰水變渾濁的現象。學生看不到明顯的實驗現象，就會失去對實驗的可信度。如果按圖1的第2個實驗操作（圖1 b），因為實驗時間太長，不利于學生課堂觀察和研究。

2）熱量散失的問題。呼吸作用會釋放熱量，按照教材的實驗演示，當把溫度計放入塑料袋中時，會出現溫度計示數升高。但實際操作時，溫度計示數幾乎不變，原因是打開塑料袋口時，袋里面的氣體就會與外界氣體混合在一起，從而使袋中的熱量迅速散失，導致溫度計示數變化不明顯，而且溫度計還難以固定，不利于讀數。

3）實驗循環上的問題。演示實驗最基本的特點是可以重復操作，但本實驗的設計卻只能做1次。實驗后，所有氣體都逸出，更會存在熱量散失的問題。這種一次性的實驗，容易出現偶然性，不利于得出正確的科學結論。

1.3實驗改進

1.3.1 實驗材料飲料瓶（最好選瓶口較大的）2個，玻璃瓶（容積要大，以容下飲料瓶為宜）2個，數字傳感器2支，綠豆種子若干，洗手液蓋2個，橡皮管2根。

1.3.2 實驗操作過程及現象

1）收集以上實驗所需材料。

2）將綠豆浸泡在水中一晝夜，待其萌發后，將萌發的綠豆種子和等量未經浸泡的綠豆種子分別放入2個塑料瓶中，然后將塑料瓶插入到玻璃瓶中，玻璃瓶和塑料瓶的交界處用玻璃膠粘住（防止因夾層中空氣對流而導致大量熱量散失）。在塑料瓶口用一個適當大小的橡皮塞塞住，中間鉆洞后，先將洗手液蓋插入洞中，再將溫度傳感器也一同插入其中（因為實驗材料中的塑料瓶口較大，足夠容納洗手液蓋和傳感器同時插入），最后在瓶壁上貼上對照組（未萌發種子）和實驗組（萌發的種子）字樣（圖2）。

圖2 呼吸作用新裝置

3）將裝置在上課前靜置約1.5 h（以后演示只要過10 min即可進行）。上課時，只需打開溫度傳感器按鈕，就能清楚地看到對照組的溫度明顯低于實驗組。取2根橡皮管，連接洗手液蓋口，將瓶內氣體導出通入澄清石灰水，按幾下洗手液蓋，可以發現實驗組澄清石灰水馬上變渾濁，對照組卻不變渾濁，從而證明呼吸作用可釋放二氧化碳。

1.4 使用該裝置的優點

1）多用途。不但可以驗證呼吸作用釋放二氧化碳，還可證明呼吸作用會放出熱量。

2）循環操作。經實踐測試，利用該裝置進行“二氧化碳使澄清石灰水變渾濁”實驗可以循環操作30次左右。

3）熱量散失少。此裝置在塑料瓶和玻璃瓶中間做了一個夾層，使得熱量散失降到最少，并且溫度差變化更明顯。

4）溫度讀數方便。使用了溫度傳感器后，讀數更方便、更準確。

5）驗證二氧化碳更方便。增加洗手液蓋后，解決了澄清石灰水怎么放入塑料瓶中的問題。

6）節省時間。用此裝置，只需靜置10 min即可進行第2次實驗，為上課贏得了寶貴時間，提高了課堂效率。

2 人心臟瓣膜單向流動性實驗

2.1 實驗簡介此實驗是浙教版《科學》9年級上第4章第3節“體內物質的運輸”的內容，主要是在解剖心臟時觀察瓣膜單向流動性。

2.2 實驗存在的問題傳統方法是通過直接解剖豬心或利用豬心進行灌水實驗，從而使學生了解瓣膜的結構和功能。但不足之處是解剖無法看清瓣膜的功能，而如果不解剖心臟（因為心臟是不透明的），學生不能直接觀察到瓣膜是如何防止血液倒流。

2.3 改進方法有教師用捕魚的地籠講解心臟瓣膜的作用，聽課教師一片贊嘆，很直觀且效果很好，因為有此經驗的教師都知道，魚從一邊進入網內，再要出去就困難了，因為入口大而出口小，所以魚只能單向游動。如果用此模型的作用類比瓣膜的作用需要解決2個問題：1）學生必須有此生活經驗即對地籠很熟悉。但現在的學生，即使是農村學生也很少知道地籠。2）地籠中進出的是魚，雖然這個較水直觀，但無形中偷換了一個概念，像魚這樣的固體不容易出去，而其實水是能進出的。所以用地籠類比欠妥，不利于學生理解和掌握相關的知識。

2.4 再次改進

2.4.1 實驗材料防臭地漏芯1個，礦泉水瓶2個，玻璃膠若干。

2.4.2 實驗裝置圖如圖3所示。

2.4.3 裝置制作及現象

1）取防臭地漏芯1個（圖4），最好去掉地漏芯下面的鐵塊（鐵塊的用途是沒水時，在重力作用下會自動關閉），2個礦泉水瓶（或飲料瓶），按圖5所示剪裁。

2）將地漏芯套在一個剪好的礦泉水瓶上，然后用玻璃膠密封邊緣，防止漏水。

圖3 實驗裝置

圖4 地漏芯

圖5 上、下2個瓶組裝前

3）將上面的礦泉水瓶倒套在地漏芯的另一端，然后也用玻璃膠封好。

4）從上向下倒水，水順利流出，將裝置倒過來后倒水，水沒有倒出去，說明裝置安裝成功，液體只能單向流動。

該實驗仍存在缺點，所看到的瓣膜只有1個，有沒有2個的？

2.5 第3 次改進

2.5.1 實驗材料油煙機止逆閥1個，200型水管1根，玻璃膠若干。

圖6 實驗裝置

2.5.2 實驗裝置制作及現象實驗裝置的制作如圖6所示，需1個油煙機止逆閥，在其兩端分別套上200型水管一段，不需太長，用玻璃膠封住邊緣，防止水從邊緣漏出即可。然后向一邊倒水（如向圖6c裝置1倒水），水不會流出，倒過來倒（如向圖6d裝置2倒水），水馬上流出，而可以看到瓣膜也是2片的，完全符合心臟和靜脈中瓣膜的結構和功能。

2.6 裝置優點

1）可見度高。這2個實驗都是肉眼看得見，而且還摸得著，在實驗演示時，視覺效果好，臺下的學生也都能很清楚看到全過程。

2）低成本。實驗用的都是生活器材，有的是廢棄物，成本低［1］，例如礦泉水瓶隨處可見。成本低但所含的智慧卻不少，比較親近學生，完全體現出生物學來源于生活，又應用于生活的科學理念。

3）制作簡單。制作很簡單，只需幾步即可完成，而且操作簡單方便。

4）可重復性。該裝置做好后可以長期使用且質量較好。

2.7 止回閥

2.7．1 止回閥工作原理止回閥是指依靠介質本身流動而自動開、閉閥瓣，用于防止介質倒流的閥門，又稱逆止閥、單向閥、逆流閥和背壓閥。這種類型閥門的作用是只允許介質向一個方向流動，而阻止向另一方向流動。通常這種閥門是自動工作的，在一個方向流動的流體壓力作用下，閥瓣打開；流體反方向流動時，由流體壓力和閥瓣的自重作用于閥座，從而切斷流動。上述2種止回閥都利用了這種原理，它們都能成功地模擬心臟瓣膜單向流動性實驗，能更好地讓學生理解和掌握瓣膜的結構和功能，在教學過程中都能達到一定的效果。

2.7.2 2種不同類型止回閥實驗對比及分析（表1）。

表1 2種不同型號止回閥實驗對比及分析

3 后續思考

實驗是為教學服務的，教師制作的生物學演示實驗不僅要制作簡單、操作方便，更要具有高見度，使實驗現象能在實驗過程中成功顯現，同時所做的實驗時間也不能太長，最好是能做到形象且耗時短。從制作成本來看：制作過程中要考慮實驗成本，因為許多學校，特別是農村學校，經費相對緊張，所以在創新教具時，一定要在滿足實驗高見度和高成功率的前提下，用低成本的生活器材或生活廢棄物制作。從制作的對象來看：絕大多數創新教具還是教師在制作，為了更好地挖掘實驗功能和培養學生創新的能力，以后在開發或制作創新實驗時應多讓學生參與，讓學生也加入到創新教具的制作活動中，這樣不但可以拓展書本知識，還能培養創新意識和提高動手能力。從制作視野來看：為了使自身的創新視野更寬廣，教師還可以借助互聯網，建立QQ群，微信公眾平臺等，與全國各地的創新愛好者研究討論，讓創新教具更好、更強地服務于教育教學。

［1］趙力紅.低成本,高智慧,深探究（二）家庭小實驗在物理教學中的開發與運用.教學儀器與實驗，2006(3):12.