“驗證植物呼吸作用氣體變化”實驗的創新與實踐

宋靜

[摘? ?要]農村學校因條件限制導致許多生物實驗無法開展，教師必須因地制宜地利用生活中的材料自制教具，創新完成各類實驗和探究。“驗證植物呼吸作用氣體變化”的實驗是《能量的釋放和利用》一節的重點和難點。教材中的實驗方案不易操作，對此，教師嘗試指導學生利用飲料瓶和身邊的材料自制教具，分組探究，完成實驗創新。創新后的實驗，現象明顯，效果顯著。

[關鍵詞]自制教具;創新實驗;呼吸作用

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）02-0079-02

一、背景

“驗證植物呼吸作用氣體變化”的實驗是蘇科版教材生物學七年級上冊第七章第一節《能量的釋放和利用》第一課時的內容。本節課的重點內容是能量的釋放及其原理。在多年的教學中，筆者發現對于“人體和植物呼吸”部分章節的學習，學生大多存在一定的困難。這種不直觀的生命過程對學生來說過于抽象，而且學生對呼吸和呼吸作用的概念容易混淆。甚至有許多學生錯誤地認為“植物呼吸吸入的氣體是二氧化碳，呼出的氣體是氧氣”，這給教學帶來很大的困難。其實，植物呼吸過程消耗的是氧氣，產生的是二氧化碳，它們都是無色無味的氣體。因此，若能讓學生親歷實驗過程，清晰地看到實驗產生的現象，直觀地體驗植物呼吸作用中氣體的變化，將有利于他們理解呼吸作用的概念和內涵。教材中的實驗方案在學校現有條件下不易完成。對此，筆者帶領學生充分利用身邊的材料自制教具，對實驗進行了創新設計，效果非常好。

二、實踐案例

實驗創新案例：驗證植物呼吸作用氣體的變化。實驗創新的亮點是自制飲料瓶作為實驗容器。首先，用電烙鐵或剪刀在飲料瓶的肩部打一個小孔，安裝一個自行車氣門，固定后連接上一段30厘米的橡膠管。實驗時用尾夾夾住橡膠管尾端，這樣封閉性好，易操作。其次，使用同一組器材進行兩組實驗，不僅操作簡便，節省時間，還能促進學生更好地理解呼吸作用。實驗中選材的創新：教材為防止植物光合作用采用了遮光的辦法。對此，筆者引導學生選取植物沒有葉綠體的器官（如萌發的種子等），不需要遮光，在透明可見的情況下做實驗，這樣更具有說服力，同時提高了學生的創造能力和探究能力。

1.第一組實驗：植物呼吸作用產生二氧化碳

（1）教材實驗存在的問題

如圖1-1，教材實驗選用菠菜葉作為實驗材料，將其裝入透明塑料袋暗處理一晝夜。首先，該實驗選用只有葉子的植物，有局限性，應全面考慮植物的其他器官。其次， 實驗中暗處理所需的時間長，容易失誤，在課內不能完成。

（2）改進辦法

①用黑色塑料袋或貼遮光紙的可樂瓶代替白色塑料袋，遮光效果更加理想。

②選取植物沒有葉綠體的器官（如果實、種子等）代替菠菜葉進行實驗，不需要遮光處理。

（3）創新后的實驗（如圖1-2）

實驗原理：二氧化碳使澄清石灰水變渾濁。

實驗材料：自制飲料瓶，橡膠管，尾夾，試管，澄清石灰水，煮熟的豆芽，萌發的豆芽，菠菜，芹菜，辣椒，胡蘿卜，等等。

實驗步驟：

①取編號為A、B、C的3個自制的飲料瓶，在A瓶中不放任何材料，B瓶中裝入煮熟的豆芽，C瓶中裝入等量萌發的豆芽，蓋上瓶蓋，并用尾夾夾緊橡膠管。

②將3個瓶子放置到溫暖處，4～6小時后取出。

③把3個瓶中的氣體輕輕擠入裝有澄清石灰水的試管中，同時一名同學向裝有澄清石灰水的D試管吹氣，觀察和記錄石灰水的變化，分析實驗結果。

實驗現象：A、B試管中的石灰水無變化，C、D 試管中的石灰水變渾濁。

實驗結論：實驗中，空氣和死亡的植物不能產生二氧化碳。植物（活細胞）和人體一樣具有呼吸作用，產生二氧化碳。

創新的意義：實驗中大量塑料袋的使用會造成環境污染，而自制飲料瓶則可以重復使用。用自制飲料瓶代替教材的塑料袋，不僅做到了廢物利用，還避免了由于塑料袋質量問題和袋口扎得不緊而引起的實驗失敗。同時，在實驗中增加了人體呼出氣體使澄清石灰水變渾濁的對照組，證明植物和人體一樣具有呼吸作用，糾正了學生認為“植物呼吸作用與人體呼吸作用不同”的錯誤觀念。

2.第二組實驗：植物呼吸作用消耗氧氣

（1）教材實驗存在的問題

如圖2-1，教材實驗使用兩個廣口瓶，分別裝入沸水處理過的菠菜和新鮮的菠菜作為對照。首先，購買廣口瓶的成本高，在農村學校很難找到充足的數量用于學生分組實驗。其次，廣口瓶體積小，放入的菠菜少，產生的二氧化碳就少，常常不能使蠟燭熄滅。學生在遮光環節稍有失誤就更難觀察到明顯的實驗現象了。

（2）創新后的實驗（如圖2-2）

實驗原理：氧氣可以助燃。

實驗材料：自制飲料瓶，橡膠管，尾夾，燃燒匙，蠟燭，煮熟的豆芽，萌發的豆芽，菠菜，芹菜，辣椒，胡蘿卜，等等。

實驗步驟：

①仍然使用第一組實驗后的自制飲料瓶和材料。

②分別將點燃的蠟燭迅速伸入到3個瓶子中，觀察蠟燭的燃燒情況，分析實驗結果。

實驗現象：A、B瓶中的火苗繼續燃燒，C瓶中火焰明顯變小或熄滅。

實驗結論：植物（活細胞）呼吸作用消耗了氧氣。

創新的意義：教材選用的廣口瓶容積小，現象不明顯，而飲料瓶容積大可以放入較多的豆芽等植物呼吸作用旺盛的材料，暗處理時間4～6小時即可。如果使用1.5 L可樂瓶，放在溫暖處，2小時就能有理想的實驗效果。

三、實驗反思

在本節課的實驗中，學生選材時能從根、莖、葉、花、果實、種子著手，六大器官一個不少，更有說服力。甚至產生了很多的奇思妙想，如把瓶子的側壁切開，放入體積較大的絲瓜、胡蘿卜等，再用寬膠帶粘住，材料色彩斑斕，形態各異，課堂氣氛特別活躍，大大激發了學生的學習熱情。“我要學”是這節課成功的起點。學生積極尋找實驗材料，熱烈商討實驗方案，千方百計創新與改進實驗。教師在教學中引導學生思考，發掘學生的潛能，以提高學生探究問題的內驅力，培養學生的求異思維和創新精神。

分組設計并完成探究性實驗“驗證植物呼吸作用氣體變化”是本節課的重中之重。把演示實驗變成分組實驗，讓學生更深入地參與學習，并對實驗從器材到原理再到設計進行創新，在提高學生探究能力的同時幫助他們更好地理解與掌握概念。用多種對照組、多種實驗反復證明植物呼吸作用中氣體的變化，使學生體驗到一個科學結論的產生需要反復進行驗證。

總之，實驗教學是培養學生生物學科素養的主要陣地，但是農村學校因條件限制導致許多生物實驗無法開展。因此，教師必須因地制宜地利用生活中的材料自制教具，創新完成各類實驗和探究，從而最大限度地提升實驗教學效果。

（責任編輯 黃春香）