“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)

王婧晗

摘 要：為了更好地凸顯實(shí)驗(yàn)效果，通常要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。光合作用的知識(shí)作為高中生物的重要內(nèi)容，其相關(guān)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)關(guān)系到我們高中生對(duì)植物生長(zhǎng)部分知識(shí)的有效學(xué)習(xí)。本文站在高中生的角度下，討論了“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)，希望能對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)光合作用原理及其應(yīng)用提供幫助。

關(guān)鍵詞：高中生物;實(shí)驗(yàn);改進(jìn)設(shè)計(jì)

一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析

本實(shí)驗(yàn)屬于植物生長(zhǎng)部分光合作用范圍的內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)主要探究二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度、等外部環(huán)境因素給植物光合作用強(qiáng)度帶來的影響。本實(shí)驗(yàn)一般用材為菠菜，主要選擇“真空滲水法”。大量結(jié)果表明，以菠菜為材料的情況下，實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，且時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)于我們來說，并不能在一節(jié)課上完成。但是不做實(shí)驗(yàn)，又不利于我們對(duì)這部分內(nèi)容的深入理解。為了簡(jiǎn)化具體操作流程，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從實(shí)驗(yàn)材料、用具、裝置及步驟等方面入手對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)是十分有必要的。

二、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

（一）實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)

為消除教室自然光對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，防止強(qiáng)度相異的光之間相互影響，將一門式暗箱改進(jìn)成多門式。光源則用五檔位可控LED代替以往的不可控白熾燈，有效規(guī)避后者散熱對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。至于光合作用強(qiáng)度的顯示，則用U型管液面進(jìn)行直觀地表示。以貼有濾光片的透明塑料板制造出不同波長(zhǎng)的光，改進(jìn)過去頻繁換燈泡的問題。

（二）實(shí)驗(yàn)材料、用具改進(jìn)

通過對(duì)菠菜、番薯葉、落葵、水藻等的比較，發(fā)現(xiàn)落葵、水藻是較為理想的實(shí)驗(yàn)材料，前者葉片大而厚，具有較多的葉綠體，后者光合作用旺盛，在保證光照充足的情況下，很短的時(shí)間內(nèi)就可以看到后者切口冒出氣泡。因此，用水藻代替菠菜。為了維持光合作用中二氧化碳濃度，采用緩沖液碳酸氫鈉溶液，改進(jìn)以往的吸管吹氣法。制作脫氣葉片常用到醫(yī)用注射器，根據(jù)相關(guān)研究中的方法，在其前端接頭皮針，并用夾子夾好。置于脫氣葉片的大小，則以直徑0.4厘米為宜。

三、實(shí)驗(yàn)過程

（一）確定探究思路

探究過程中，我們首先要解決的問題是“誰為自變量、因變量”、“具體如何設(shè)置與檢測(cè)”。根據(jù)所學(xué)的光合作用知識(shí)對(duì)其進(jìn)行確定，為實(shí)驗(yàn)操作創(chuàng)造良好條件。同時(shí)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果猜想。其次，解決“如何在實(shí)驗(yàn)中實(shí)施控制變量法，從而得出較為準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果”的問題。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，通過調(diào)節(jié)自變量觀察因變量的變化。最后，解決“如何處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論”的問題。記錄觀察到的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證自己的猜想。

（二）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)一（二氧化碳濃度的影響）：打開LED燈，創(chuàng)造相同的光源條件;在四個(gè)濃度依次為50、100、150、200毫摩爾每升的碳酸氫鈉溶液中浸泡5個(gè)直徑為0.4厘米的水藻脫氣葉片，置于暗箱中進(jìn)行觀察，記錄每個(gè)燒杯中葉片上升到葉面的時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)二（光照強(qiáng)度的影響）：U型管主管上安裝玻璃閥門，支管接廣口瓶;將暗箱與安裝好的U型管連接，接5個(gè)U型管、5個(gè)廣口瓶，并在管上貼刻度紙;廣口瓶中加入濃度、質(zhì)量相同的有色液體，浸泡生理狀態(tài)接近相同的水藻;打開LED燈，確定暗箱第一個(gè)門到第五個(gè)門光強(qiáng)依次增大，記錄葉面刻度。

實(shí)驗(yàn)三（光質(zhì)的影響）：打開LED燈，創(chuàng)造相同的光源條件;暗箱內(nèi)放置貼有不同濾光片的透明塑料板，制造不同波長(zhǎng)的光質(zhì)，儀器安裝等其他操作和實(shí)驗(yàn)二相同，記錄葉面刻度。

（三）預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)一：二氧化碳濃度越高，光合作用越強(qiáng);

實(shí)驗(yàn)二：光照強(qiáng)度越大，光合作用越強(qiáng);

實(shí)驗(yàn)三：光質(zhì)為白光，光合作用越強(qiáng);光質(zhì)為綠光，光合作用越弱。物理知識(shí)告訴我們，人眼看到什么樣的顏色，是物體反射出了什么樣的光。綠色植物并不吸收綠光，所以綠光下光合作用最弱。

（四）記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)一：同一光照條件下，濃度為50毫摩爾每升的碳酸氫鈉溶液中，水藻脫氣葉片的上升時(shí)間最長(zhǎng)，為986秒，而濃度為200毫摩爾每升的碳酸氫鈉溶液中，水藻脫氣葉片上升時(shí)間最短，為685秒。中間濃度100、150則分別為800、722秒。

實(shí)驗(yàn)二：LED燈為五檔位時(shí)，五號(hào)U型管液面上升高度最高，為4.5厘米;LED燈為一檔位時(shí)，一號(hào)U型管液面上升高度最低，為0.8毫米。二、三、四號(hào)液面上升高度依次為1.6、2.7、3.5厘米。

實(shí)驗(yàn)三：同一強(qiáng)光條件下，光質(zhì)為白光時(shí)，五號(hào)U型管液面上升高度最高，為4.6厘米;光質(zhì)為綠光時(shí)，二號(hào)U型管液面上升高度最低，為2.75厘米。

（五）驗(yàn)證預(yù)設(shè)結(jié)果

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，所得出的結(jié)論與預(yù)設(shè)結(jié)論基本一致，也與教材上的知識(shí)點(diǎn)相符合。

四、結(jié)語(yǔ)

生物實(shí)驗(yàn)在我們高中生的生物學(xué)習(xí)中起輔助作用，它能將抽象的知識(shí)以直觀的形式展示出來，加深我們的理解。我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)的過程中，不僅要學(xué)習(xí)如何用實(shí)驗(yàn)儀器、材料及用具改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)操作解決自己學(xué)習(xí)中的困惑，還要充分地把握生物基礎(chǔ)知識(shí)，由此入手進(jìn)行深入式的探究，獲得科學(xué)的思維方法。只要這樣，我們的生物學(xué)習(xí)水平才會(huì)得到進(jìn)一步的提升。

參考文獻(xiàn)

[1]李勇，楊玲，劉明泉.“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)及教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)生物教學(xué)，2018（Z1）：74-76.

[2]王菁.“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].生物學(xué)教學(xué)，2018，43（08）：63-64.

本文指導(dǎo)老師：丁娟。