基于創新實驗的“植物的葉與蒸騰作用”的深度探究

黃建林 （浙江省杭州市文海實驗學校 浙江杭州 310018）

1 教材分析

“植物的葉與蒸騰作用”是浙教版科學8年級下冊第4章第5節的內容。本節重點是知道蒸騰作用的概念并探究影響蒸騰作用快慢的因素。難點是設計探究影響蒸騰作用快慢的影響因素的實驗裝置并加以改進。由于在本節之前學生已儲備根、莖、蒸發的相關知識，對于葉散失水分并不陌生。因此，本課設計是通過學生自主學習、自主設計實驗，并以此自主探究影響蒸騰作用快慢的因素，并進一步挖掘和拓展教材的知識和內涵，從而提高學生的生物學核心素養。

2 教學目標

1）知識目標：知道葉的結構和了解植物蒸騰作用的影響因素、作用及意義；描述蒸騰作用的現象及解釋植物散失水分的主要原因，知道葉表皮氣孔的結構、分布及作用。

2）能力目標：通過設計和改進植物蒸騰作用的實驗裝置培養觀察、設計和創新實驗的能力及針對現象提出問題、分析問題和解決問題的能力。通過葉結構的觀察及植物氣孔的結構和分布情況，理解結構和功能相統一的生物學觀點。

3）情感態度與價值觀目標：通過自主探究、小組合作，培養團結、協作的科學態度，通過實驗裝置的評價、改進，培養質疑、批判的科學態度。通過蒸騰作用的學習樹立保護植物、關注生態的意識。

3 教學過程

3.1 啟動思維，引入新課 教師呈現2幅圖：一幅是噴霧器向空中噴霧下的人們，一幅是在樹蔭底下的人們。設問：人們總體的感覺有什么相同點？這可能與什么知識有關？學生在生活中原有的知識經驗基礎上提出：噴霧下的人們感覺涼爽是因為水蒸發需吸熱，導致溫度降低。坐在樹下感覺涼爽的原因可能是樹上也會有水分散失，從而導致溫度下降。這時教師可以拿出上課前準備好的用塑料袋包著樹葉的植物，讓學生觀察，塑料袋內壁有什么？從而引出植物蒸騰作用散失水分。

設計意圖：讓思維在生活化的情境中啟動，從生活走向探究，特別是“樹蔭底下的人們”這個情境的出現為后續學生提出影響蒸騰作用快慢因素的假設埋下伏筆，同時生活化的情境更能引起學生的共鳴和喜歡。

3.2 交流評價，改進實驗 教師提問：你認為影響蒸騰作用散失水份的（強弱）因素有哪些？通過思考學生提出以下幾個猜測：1）植物體上方的空氣流動快慢；2）植物體上方的溫度高低；3）植物體的表面積（葉的多少及大?。?）植物體上方空氣的濕度；5）光照等。教師追問：針對這些假設，你將運用什么科學方法及具體的實驗設計方案證明你的觀點？學生討論后提出用控制變量的方法，同時教師將學生設計的方案通過同屏投影到屏幕，例如要研究蒸騰快慢與空氣流動快慢的因素，只要保證其他量都一樣，一個植物體上方吹冷風，一個不吹風，看蒸騰快慢。教師追問：如何判斷蒸騰快慢？學生說出2種方案：一種是將植物體用塑料袋套住后以附著在袋壁的小水珠多少判斷；第2種是用圖1教材實驗證明。通過評價認為第2種方案較好，理由是用紅墨水可以更清楚觀察到壓強計U型管液面的變化情況，用轉換法即液面變化情況看蒸騰散失水分的快慢，而U型管兩邊的數據可以化定性為定量，更有效地比較散失水分的快慢。教師提問：該實驗成功的關鍵是什么？你可以如何改進此實驗？學生討論后認為：枝條與U型管接口處密封性一定要好。為了使實驗現象更明顯，植物可以選得大葉植物，例如法國梧桐，下面的U型管管徑越細越好。在教師的引導下，最終學生設計出如圖5所示的裝置，即用去掉下端玻璃泡的溫度計代替U型管中觀察示數的變化。

具體制作及使用方法：

1）找一支廢舊的普通溫度計，例如酒精溫度計，將兩端去掉，為便于直接讀數，一端從溫度計示數0℃的地方截斷，另一端從100℃的地方截斷，如圖2所示。

2）按教材圖示組裝好圖1裝置,并將帶橡皮管的溫度計插入U型管中，如圖3所示。

3）為保證裝置的氣密性，在樹枝與U型管的接口處涂些許凡士林。

4）用滴管在溫度計的上端滴一點紅墨水,如圖4所示，要求不能太多，由于蒸騰作用散失水，紅墨水馬上會順著溫度計向下吸，這時根據單位時間內溫度計上液面的下降距離即可直接比較蒸騰作用散失水的快慢。如圖6是滴上紅墨水10 s后的效果，溫度計的示數從0℃下降至30℃左右的位置。

設計意圖：對教材的質疑、對權威的的挑戰瞬間點燃學生探究的熱情，活躍了他們的思維，尤其是對實驗改進的思考，培養了學生思維的批判性和深刻性。當然在這過程中教師并不是直接將創新裝置呈現在學生面前，而是通過學生的設計、討論、修正等過程，最終水到渠成地得到了一個全新的裝置，這時教師再呈現出來。這樣學生參與了整個實驗設計過程，感受了實驗設計的喜悅感和成功感，當然也會對實驗過程感到親切且充滿期待。

3.3 應用實驗，展開探究 學生按已設計好的實驗方案進行實驗（桌面上已經放了一些實驗材料，包括吹風機、燈泡之類）。教師根據實驗情況可安排每組只探究一個實驗，也可根據時間調整，讓每一組都做，然后進行交流討論。設計表格如表1。

表1 探究植物蒸騰作用影響因素記錄表

設計意圖：運用對照法，更清楚地得出結論：溫度、流速及濕度對植物蒸騰作用的影響。在表格填寫過程中，給予學生學法指導，使他們以后在設計實驗時，要運用對照法進行設計。

3.4 拓展實驗 深度探究 在前面探究的基礎上，教師再拋出一個問題，在無風、微風、大風3種情況下哪一種蒸騰作用更強？學生的猜測都是大風，在猜測的基礎上，讓學生在上面實驗的基礎上再次設計實驗方案。方案為：第1種（無風）在教室里正常情況下做實驗；第2種（微風）學生的設計是用電風扇最小檔吹；第3種（大風）用電風扇最大檔吹。最后得出的數據為：微風時5 s溫度計中的紅墨水示數下降25格（25℃）；無風時5 s下降15格；強風時5s下降9格。微風時植物的蒸騰作用最強。教師再適時地追問：這又是為什么？

設計意圖：創新實驗不僅僅是為了驗證教材知識，而是為了更好地拓展，進行深度探究。通過對葉風力大小因素的深度探究，不但更好地學習了教材知識，更拓闊了學生的視野，同時激發了他們的思維，更好地培養了學生的動手動腦的習慣及實證精神。

3.5 歸納總結，構建新知 師生歸納總結：影響植物蒸騰作用的因素包括：溫度、流速及濕度，而且植物體上方的溫度越高、流速越大及濕度越小，植物的蒸騰作用越強。學生自主構建蒸騰作用的概念及自主學習蒸騰作用的意義。教師追問：蒸騰作用跟葉及葉上的某些構造有什么關系？學生通過自學葉的結構及氣孔的相關知識后，教師展示自制的創新實驗，即先將葉放入水中，用打氣筒通過橡皮導管向莖中打氣，然后讓學生通過與教材實驗的對比，評價自制教具的優點。

設計意圖：通過自主學習，對蒸騰作用的概念、意義及葉的結構和氣孔的相關知識進行有效自主構建，實現了從感性到理性的提升。通過實驗評價，提升了思維，培養了質疑精神和批判性思維的能力。

3.6 知識應用，拓展提升 教師提出一些生活中的實際問題，引導學生將所學知識應用到生活中：

1）浮水植物葉的氣孔分布是水上多還是朝水下的一面多，為什么雨水多的地方植物的葉片較寬？

2）移栽花木時，最好是中午還是早晨，為了提高成活率，還可以怎么做？

3）蒸騰作用的影響因素是否只有剛才所學的3種，例如葉的形狀，葉的厚薄、葉的新老、有無角質層、還有紅墨水的濃度等是否也是影響因素，你怎樣設計實驗？

設計意圖：第1個、第2個問題直面現實生活，使學生明白，科學與生活是緊密聯系在一起的，同時，也讓他們明白要學以致用。特別是第3個問題，對本節課的知識進行了拓展，同時也進行了一定的提升，指出蒸騰作用的影響因素可能還有很多，有待于進一步探索，為后續教學奠定一定基礎，同時使學生對以后的學習充滿期待。

4 教學反思

在實驗教學中，特別是生物學實驗教學中，可以放手大膽地讓學生自己設計實驗，對實驗方案進行評價，并用實證法檢驗他們所設計的裝置在實際應用過程中是否有效，這樣不但能培養學生的創新意識，更能培養他們質疑、批判、團結、協作的科學精神和科學品質。當然最好是利用身邊廢棄物組裝或制作創新實驗，一是廢物的合理利用，二是滲透了環保理念，使學生認識到科學就在身邊，只要多思考，勤動手，創新實驗也不難。同時，將教師已經設計好的實驗方案，改成是讓學生自主設計，自主探索，積極創新、質疑、討論、歸納和總結，體驗探究的整個過程，真正像科學家一樣在探索科學的道路上勇往直前。