蘇教版“植物的呼吸作用”實驗改進(jìn)的一舉多得

黃艷梅 （南京外國語學(xué)校河西初級中學(xué) 江蘇南京 210019）

1 實驗改進(jìn)背景

在蘇教版《生物學(xué)》第六章第四節(jié)“植物的呼吸作用”一節(jié)中，為了驗證植物呼吸作用消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳和水，設(shè)計了植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳的實驗和植物呼吸作用消耗氧氣兩個實驗。筆者在教學(xué)時發(fā)現(xiàn)，這兩個實驗有以下一些不便于操作的地方：①這兩個實驗的器材各不相同，無法做到器材共用；②這兩個實驗均是以植物的葉作為研究對象，研究對象單一；③植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳的實驗中，所使用的塑料袋如果漏氣或者袋口扎不緊，直接影響實驗效果，同時，利用塑料袋作為氣體的收集裝置，攜帶很不方便；④沒有設(shè)計觀察呼吸作用中水的產(chǎn)生的實驗。基于該實驗存在的上述不足，對植物呼吸作用進(jìn)行如下實驗改進(jìn)。

2 實驗改進(jìn)設(shè)計

2.1 實驗名稱

驗證植物呼吸作用的氣體變化。

2.2 實驗器材

植物體的器官（根、莖、葉、花、果實和種子）、玻璃瓶、橡膠塞、針筒、澄清石灰水、燃燒匙、蠟燭。

2.3 實驗一：證明植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳

實驗過程：

①取植物體器官平均分成兩份，一份放在玻璃瓶中為A組，另一份充分蒸煮過后再放入玻璃瓶中為B組，塞緊橡膠塞。然后，把兩組玻璃瓶放入黑暗處。

②12 h后，取出玻璃瓶。

③將兩個注射器（已裝有5 mL澄清的石灰水）從橡膠塞中扎進(jìn)，分別抽取A、B兩組玻璃瓶內(nèi)的氣體刻度至10 mL。

④將注射器拔出，并將注射口密封，同時搖晃注射器至少20下。

⑤觀察兩個注射器中澄清石灰水的變化。

注意事項：

①該實驗在選用植物體的器官時，應(yīng)對六大器官全部選用，并通過分組實驗進(jìn)行。本實驗中筆者選擇的是蘿卜、馬鈴薯、青菜、花椰菜、西紅柿、黃豆作為研究對象。

②玻璃瓶橡膠塞上的小孔提前扎好，并用透明膠帶粘好，以免漏氣。

③注射器中5 mL澄清石灰水需要提前準(zhǔn)備好。

觀察實驗現(xiàn)象，并記錄在表1中。

表1 實驗現(xiàn)象記錄表

實驗分析：

①本實驗選擇新鮮的植物器官（活細(xì)胞）和蒸煮過的植物器官（死細(xì)胞）作為對照實驗，新鮮植物體的各個器官在一晝夜的時間里進(jìn)行呼吸作用，產(chǎn)生的二氧化碳使得澄清的石灰水變渾濁，而蒸煮過的植物體由于細(xì)胞是死亡的，無法進(jìn)行呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳。因此，把玻璃瓶中的氣體通入到澄清的石灰水中就不會出現(xiàn)明顯變化，可以證明植物體中的活細(xì)胞可以進(jìn)行呼吸作用。

②實驗時，把兩組玻璃瓶都放入到黑色的塑料袋中，避免植物進(jìn)行光合作用，保證植物體只進(jìn)行了呼吸作用。

③本實驗選擇了植物體的根、莖、葉、花、果實和種子作為研究對象，實驗現(xiàn)象表明，新鮮的植物體不光葉可以進(jìn)行呼吸作用，植物體的根、莖、花、果實和種子也進(jìn)行呼吸作用，產(chǎn)生二氧化碳。由此說明，植物體所有器官中的活細(xì)胞都可以進(jìn)行呼吸作用。

2.4 實驗二：植物呼吸作用產(chǎn)生水

實驗步驟：將蒸煮過的植物冷卻至室溫，并充分擦干其表面的水分。分別將新鮮植物和蒸煮過的植物放入一組玻璃瓶內(nèi)，觀察玻璃瓶的瓶壁。

觀察實驗現(xiàn)象，并記錄在表2中。

表2 實驗現(xiàn)象記錄表

實驗分析：從理論上來說，新鮮的植物在黑暗處因為進(jìn)行呼吸作用，消耗有機物，產(chǎn)生二氧化碳和水，產(chǎn)生的水貼附在瓶壁上；而蒸煮過的植物已經(jīng)死亡，在黑暗處不能進(jìn)行呼吸作用，無法進(jìn)行呼吸作用產(chǎn)生水，因此瓶壁上不會有水。事實上，不論是新鮮植物還是蒸煮過后的植物，容納它們的玻璃瓶的瓶壁上都發(fā)現(xiàn)了水珠。筆者推測，這是由于夜間溫度較低，瓶子的溫度容易受到外界環(huán)境溫度的影響，從而使得瓶壁的溫度較低，當(dāng)瓶內(nèi)空氣遇冷液化時就會形成水珠，貼附在瓶壁之上，影響最終的實驗結(jié)果。

進(jìn)一步改進(jìn)實驗：選用對溫度變化不敏感的塑料袋作為呼吸作用過程中產(chǎn)生的水的收集裝置，將新鮮的植物器官和蒸煮過后的植物（冷卻至室溫并擦干其表面水分）放入塑料袋內(nèi)，扎緊，避光放置一晝夜后觀察塑料袋內(nèi)表面的現(xiàn)象。實驗后發(fā)現(xiàn)，裝有新鮮植物的塑料袋內(nèi)表面布滿水汽，而裝有蒸煮過的植物的塑料袋內(nèi)表面沒有水汽，以此可以說明活細(xì)胞在呼吸作用過程中產(chǎn)生了水。

2.5 實驗三：植物呼吸作用消耗氧氣

實驗過程：先點燃燃燒匙上的蠟燭，再打開瓶蓋，將蠟燭放在瓶中進(jìn)行觀察火焰是否熄滅。

觀察實驗現(xiàn)象，并記錄在表3中。

表3 實驗現(xiàn)象記錄表

實驗分析：此實驗現(xiàn)象說明：新鮮的植物在黑暗處因為進(jìn)行呼吸作用，消耗了密封瓶中的氧氣，當(dāng)火苗伸入瓶內(nèi)時，瓶內(nèi)的氣體中氧氣大量減少使得火苗因缺少氧氣而熄滅；而蒸煮過的植物已經(jīng)死亡，沒法進(jìn)行呼吸作用，密封的瓶中的氧氣仍舊存在，火苗可以繼續(xù)燃燒。由此可以看出，植物呼吸作用需要氧氣。

3 實驗改進(jìn)體會

生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，生物的實驗教學(xué)可以提高學(xué)生生物核心素養(yǎng)。然而，教材中的個別實驗有的過程繁瑣，有的操作困難，這就需要生物教師對實驗進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。

對植物呼吸作用實驗進(jìn)行改進(jìn)，其優(yōu)勢在于改進(jìn)過后的實驗不光便于操作，避免的塑料袋的漏氣現(xiàn)象。同時，降低了實驗成本，規(guī)范了實驗設(shè)備的使用，簡單的實驗器材可以完成三個實驗，達(dá)到一舉多得的效果。《義務(wù)教育生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》要求“在重視定性實驗的同時，也應(yīng)重視定量實驗，讓學(xué)生在量的變化中了解事物的本質(zhì)”。在實驗的過程中使用針管進(jìn)行定量取氣體和澄清的石灰水，讓學(xué)生感受到在設(shè)計對照實驗時，控制實驗材料的量也是重要的。更為關(guān)鍵的是，通過對植物呼吸作用實驗的改進(jìn)和創(chuàng)新，不僅調(diào)動了教師教學(xué)的積極性和主動性，也拓寬了學(xué)生的科學(xué)思維，增強了學(xué)生批判性思維的能力和優(yōu)化實驗的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。