自制初中生物學實驗裝置兩例

吳笑臣

(贛南師范大學生命與環境科學學院 贛州 341000)

我國一些經濟較落后地區特別是農村中學，由于缺乏實驗設備、材料與用具，實驗開出率并不高[1]。近年來，筆者在執教“中學生物學實驗研究”課程的過程中，利用生活化材料設計制作一些簡易的生物學實驗裝置，取得較好的效果。現舉兩例，供實驗條件不足學校的教師參考。

1 視覺、近視的形成及矯正模擬實驗裝置

在人教版生物學教材七年級(下)第6章第1節“人體對外界環境的感知”一節中，安排了“眼和視覺”“近視及其預防”的教學內容，其知識基礎——凸透鏡成像要到八年級才學。為了彌補這項不足，設計制作如下實驗裝置(圖1)，在教學中模擬視覺、近視的形成及矯正過程。

圖1 視覺、近視的形成及矯正模擬實驗裝置示意圖 (A白屏，B放大鏡，C架子，D手電筒)

1.1 材料用具 白屏(1張A4紙大小的白色塑料板或紙板)、2個焦距大小不同的放大鏡(帶柄，能插在架上)、1個架子(可用礦泉水瓶代替)、手電筒(LED光源)、1副近視眼鏡(500度以上)。

1.2 安裝器材 ①放大鏡甲(薄)模擬正常眼睛的晶狀體，放大鏡乙(厚)模擬用眼過度晶狀體變凸不能恢復原狀。將放大鏡插在架上，通過左右移動架子就能調整放大鏡的位置，使像落在白屏上。②手電筒發光模擬外界物體反射的光，進入人眼成像，人就看見該物體。在手電筒光源前的玻璃上貼一個帶小箭頭的標簽，白屏上會出現倒立的小箭頭，便于觀察。③白屏模擬視網膜，手電筒發出的光經放大鏡折射后在白屏上成像，上面顯示倒立的小箭頭。白屏插在1個簡易的底座上面，可以左右移動，展示成像位置的不同。④近視眼鏡用于演示近視的矯正。

1.3 模擬視覺實驗的教學過程 具體實驗教學過程如下：

1.3.1 模擬視覺的形成 讓手電筒與放大鏡甲的中心處于相同高度，打開手電筒開關，調整手電筒、放大鏡和白屏三者之間的距離，直至在白屏上形成清晰的像。教師設問：“模擬實驗中放大鏡、白屏分別相當于眼球的哪個結構？”稍后揭示答案(放大鏡相當于晶狀體，白屏相當于視網膜)。然后講述視覺的形成過程。

1.3.2 模擬近視的產生 教師設問：“近視時，外界物體在視網膜成像將發生什么變化？”教師更換放大鏡乙，引導學生觀察像的變化(變得模糊)。然后，將白屏逐漸往中間移動，再次引導學生觀察像的變化(在某個位置像又變清晰)。引導學生說出兩次成像的區別，即“與薄放大鏡相比，厚放大鏡會聚光線能力更強，光線透過厚放大鏡后在更近的地方成像”。接著，教師講解近視的成因包括：“晶狀體過度變凸且不能恢復原狀，或者先天性的眼球前后徑過長”。

1.3.3 模擬近視的矯正 近視后又如何矯正呢？教師將白屏退回至最初位置，在放大鏡與手電筒之間放置一副近視鏡。調整眼鏡的位置，使像重新變得清晰。教師講解：“近視鏡是凹透鏡，它具有發散光線的作用。經過凹透鏡的矯正，外界物體所成的像又可重新落在視網膜上，形成清晰的物像。”

1.4 模擬視覺實驗的教學效果 這個自制的實驗裝置是利用放大鏡、手電筒和塑料板或紙板等生活化材料，模擬眼球中的晶狀體、視網膜等結構，模擬視覺、近視的形成及矯正過程，不但激發學生學習生物學的興趣，而且化解視覺形成、近視產生等知識難點，加深對眼球結構和功能的認識。

2 種子萌發、集氣及檢驗裝置

在人教版生物學教材七年級(上)第5章第2節“綠色植物的呼吸作用”一節中，安排“種子萌發產生二氧化碳”的演示實驗。教材中該實驗裝置在實際教學中存在如下問題：①注水排氣時，注入的清水會溶解部分二氧化碳，導致二氧化碳量的減少，實驗現象不明顯；②在引導學生分析實驗時，少數學生不理解通過漏斗向廣口瓶內注入清水的目的，即不理解注水排氣的原理；③實驗裝置較為復雜，組裝起來較麻煩，如果組裝不好會漏氣。為了解決這些存在的問題，自制了“種子萌發集氣及檢驗”的實驗裝置。

2.1 材料用具 2個透明的塑料瓶、2個帶粘性底板的掛鉤、2個紗布袋、2支醫用注射器、燒杯、吸管、新制的澄清石灰水。

2.2 安裝器材 ①2個塑料瓶的瓶蓋做如下處理：用帶粘性底板的掛鉤粘在瓶蓋的里面，便于掛住紗布袋。每個瓶蓋都用針預先鉆一個小孔，然后用透明膠帶封住。實驗時，用注射器從此孔向瓶內注入澄清石灰水。②實驗課前做好紗布袋，用來裝萌發的種子和滅活的種子。稱量2份綠豆種子，一份萌發，另一份煮熟滅活。待種子出芽后與滅活的種子裝入紗布袋，分別掛在1號和2號塑料瓶蓋的掛鉤上。放置24 h左右，保證活的種子瓶內產生足量的二氧化碳。

2.3 演示種子實驗教學過程 具體實驗教學過程如下：

2.3.1 提出問題 種子萌發的過程中是否產生二氧化碳？

2.3.2 實驗方案 因為七年級的學生沒有學習過化學，所以教學程序確定為：如何檢驗二氧化碳？如何獲得種子萌發產生的氣體，并且檢驗是不是二氧化碳？前者利用向澄清石灰水吹氣實驗來解決，后者利用種子萌發集氣及檢驗裝置來解決。

2.3.3 實驗操作 向澄清石灰水吹氣實驗：教師首先說明二氧化碳具有使澄清石灰水變混濁的性質，然后拿出預先準備的2個小燒杯，往里面倒入少量的澄清石灰水，用吸管往其中一個燒杯內吹氣，提示學生仔細觀察澄清石灰水的變化。此實驗目的在于讓學生知道二氧化碳的檢測方法。種子萌發集氣及檢驗實驗：首先介紹實驗裝置，讓學生理解實驗設計原理。然后請一個學生做助手，兩人同時用注射器抽取約10 mL澄清石灰水，刺破小孔上的透明膠帶并注入石灰水，注意石灰水要從瓶壁流到底部，而不要沾到紗布袋上。然后輕輕晃動瓶子，觀察現象。其間設置3個關鍵問題：①預測幾號瓶中的石灰水會變混濁？②為什么要用兩個瓶子？③為什么要在大約一天前放入種子，臨時放置種子行不行？通過這些問題，引導學生體會對照實驗的必要性，明白只有存活的種子才具有呼吸作用。

2.4 演示種子實驗后的結論 引導學生仔細觀察實驗現象，解答上述3個問題，得出結論：種子在萌發過程中會產生二氧化碳。種子萌發集氣及檢驗裝置與教材中的不同之處在于沒有采用注水排氣法，而是將生成的二氧化碳保留在塑料瓶中，這種逆向思維有利于學生創新思維的形成與發展。