“植物光合作用吸收二氧化碳”的實驗教學(xué)設(shè)計

莊旭芬

(1 蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院 215000； 2 江蘇省丹陽市華南實驗學(xué)校 212300)

1 問題提出

“植物光合作用吸收二氧化碳”實驗是蘇科版《生物》八年級上冊“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定”中的演示實驗。本實驗是對七年級綠色植物進(jìn)行光合作用這一知識點的補(bǔ)充和完善。教材中，該實驗的裝置是大廣口瓶中放置盆栽植物，光照2h后，揭開瓶塞，滴加溴麝香草酚藍(lán)試劑。在實際的實施過程中，遇到多個不利于該實驗開展的困難，如：如此大的廣口瓶不易購置；滴加溴麝香草酚藍(lán)溶液量少，不利演示；2h內(nèi)測試的植物是否能把瓶內(nèi)的二氧化碳消耗完等。為使實驗更加有效，在教學(xué)實施過程中，根據(jù)實驗要求，對實驗裝置和步驟做了重新設(shè)計，取得很好的效果。

2 原理和方法

2.1 實驗原理 溴麝香草酚藍(lán)試劑(BTB試劑)是一種酸堿指示劑，在堿性溶液中呈藍(lán)色，在酸性溶液中呈黃色。BTB試劑也是一種生物活性指示劑，對生物活性沒有影響。當(dāng)水中溶有二氧化碳后會形成碳酸，而碳酸是弱酸性，可使BTB溶液由藍(lán)色變成黃色。水生植物光合作用消耗了水中的二氧化碳后，水體偏向堿性，指示劑也發(fā)生相應(yīng)的顏色變化。

2.2 實驗材料 白色透明礦泉水瓶4個，溴麝香草酚藍(lán)試劑1瓶，2000mL大容器1個，吸管1支，金魚藻6株，黑色塑料袋1個。

2.3 實驗方法 具體如下：

(1) 材料準(zhǔn)備 將4個礦泉水瓶進(jìn)行編號1、2、3、4，用大容器準(zhǔn)備2000mL水。

(2) 加入BTB試劑 在水中加入溴麝香草酚藍(lán)試劑(BTB)10mL，攪拌均勻后溶液呈現(xiàn)藍(lán)色。

(3) 加入CO2取上述溶液將1號瓶加滿，向剩下的溶液中吹氣以加入CO2，直至溶液變?yōu)辄S色。

(4) 加入植物 溶液顏色發(fā)生變化后，分裝入2、3、4號瓶直至裝滿。在3號、4號瓶中加入等量金魚藻各3株，加蓋密封。將4號瓶套上黑色塑料袋，進(jìn)行遮光處理。

(5) 光照 將實驗裝置4個瓶子一起移至光下進(jìn)行光照，3號瓶顏色發(fā)生變化時則實驗結(jié)束。

(6) 收回裝置，觀察記錄實驗現(xiàn)象，并分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 結(jié)果 表1記錄了實驗前后各瓶中水體(酸堿指示劑)顏色變化。光照后，1號瓶溶液仍然為藍(lán)色，2號和4號瓶溶液仍然黃色，說明其中水體的酸堿度沒有明顯變化；3號瓶溶液由原來的黃色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)色，水體酸性減弱。

表1 實驗處理及結(jié)果記錄

3.2 結(jié)果分析 ① 1號瓶溶液中沒有二氧化碳，呈現(xiàn)藍(lán)色，2號瓶中吹入二氧化碳，呈現(xiàn)黃色，說明有酸性。1號瓶和2號瓶分別代表沒有二氧化碳和有二氧化碳的對照。經(jīng)受陽光照射后顏色無變化，由此也可以排除光對溴麝香草酚藍(lán)試劑的影響，使實驗更有說服力。② 3號瓶溶液由原來和2號瓶相同的黃色轉(zhuǎn)變成了與1號瓶相同的藍(lán)色，由此證明，3號瓶溶液中原有的二氧化碳消失，證明植物光合作用吸收二氧化碳。③3號瓶和4號瓶進(jìn)行對比，遮光的4號瓶溶液仍然為黃色，證明植物光合作用需要在有光的條件下才可以進(jìn)行，植物光合作用可以吸收二氧化碳。

4 設(shè)計優(yōu)勢

(1) 材料易尋：礦泉水瓶具有易得、容易操作不易碎等優(yōu)點。金魚藻是常見的水生植物，就算沒有金魚藻，只要能在水中生長的植物都可以替換，如蜈蚣藻、椒草等常見植物。如果沒有以上植物，可以將瓶子在實驗前先放小半瓶水開蓋培養(yǎng)幾天，過不了多久，瓶底就可以長出一層青苔，這時就可以繼續(xù)本實驗。筆者通過實驗對比，發(fā)現(xiàn)用青苔做實驗，現(xiàn)象依舊明顯。

(2) 操作簡單：無需考慮容器大小、密封等問題，操作步驟也很簡單。3號和4號瓶的對比不僅可以證明光合作用需要二氧化碳，還可以證明光合作用需要光。該實驗即節(jié)約了實驗材料和實驗時間，又提高了效率。

(3) 時間可控：在本實驗中3號瓶顏色發(fā)生變化的時刻就是實驗結(jié)束的時刻。實驗時間變得明顯可控，既不用如教材所說等上2h，也不用擔(dān)心二氧化碳沒有被利用完。根據(jù)本人預(yù)實驗所得出的結(jié)果，在上午8：00～9：00晴天正常光照下，40min左右3號瓶顏色即可變化。

(4) 現(xiàn)象明顯：相比較于教材中的幾滴試劑，本實驗中水量增加后藍(lán)色和黃色還是區(qū)分很明顯的。不管是用于學(xué)生分組實驗還是教師演示實驗，從中分析都很容易得到實驗結(jié)論，證明植物光合作用吸收了二氧化碳。

(5) 課內(nèi)課外：當(dāng)給學(xué)生提供BTB試劑后，學(xué)生回家可以依照實驗設(shè)計單，利用自己家中的植物，在家就可以完成實驗，觀察現(xiàn)象。這樣設(shè)計可以讓生物學(xué)實驗不限于課堂之上，還可以延伸到課外甚至家中。