“綠色植物的呼吸作用”實驗改進

白 華 （河北泊頭市教師發展中心 河北泊頭 062150）

“綠色植物的呼吸作用”是人教版初中生物學7 年級上冊第5 章“綠色植物與生物圈中的碳氧平衡”第2 節的內容。本節課內容以實驗為主，通過幾個驗證實驗揭示呼吸作用這一重要概念的內涵，讓學生理解呼吸作用的實質及意義［1］。課程內容涉及實驗較多，以往教學中存在實驗現象不明顯，或實驗受外界因素干擾而導致實驗失敗的現象發生。筆者反思教學過程中的成敗，不斷摸索實踐，對實驗進行了系列改進創新，實踐證明，改進后的實驗極大提高了科學性、嚴謹性，實驗現象明顯，實驗結果更具說服力。

1 探究呼吸作用釋放能量實驗改進

改進后的實驗裝置如圖1，由2 個暖水瓶和2個帶有溫度計的橡膠塞組成。

圖1 探究呼吸作用釋放能量實驗改進裝置

1.1 實驗步驟

1.1.1 準備甲、乙2 個大小完全相同的暖水瓶，甲瓶中裝滿萌發的種子，乙瓶中裝滿炒熟的種子。

1.1.2 用帶有溫度計的橡膠塞密封瓶口，并記錄2 個瓶內的初始溫度。

1.1.3 24 h 后，觀察甲、乙2 瓶的溫度計刻度值，與初始溫度的數值進行比較，記錄甲、乙暖水瓶內溫度變化情況。

1.2 探究實驗改進

1.2.1 改進實驗裝置的氣密性，提高了實驗的科學性和可操作性 教材介紹的實驗方法（圖2）：用棉花進行密封。向裝滿萌發種子的甲瓶和裝炒熟種子的乙瓶中各插入1 支溫度計，并用棉花密封。棉花密封性較弱，保溫性也較差，容易散熱，且溫度計與棉花之間有空隙，瓶內溫度易受外界環境溫度的影響，溫度變化對比不明顯，導致對呼吸作用釋放大量能量這一觀點的說服力較弱。改進方法：用帶溫度計的橡膠塞密封暖水瓶。先用打孔器在橡膠塞打1 個適宜的孔，孔內插入溫度計，用石蠟密封溫度計與橡膠塞之間的空隙，再用橡膠塞密封瓶口。實驗中觀察甲、乙2 個暖水瓶的初始溫度均為27℃，24 h 后甲瓶溫度上升至31℃，乙瓶溫度仍為27℃，溫度變化對比明顯，很好地說明了呼吸作用釋放能量。

圖2 教材探究呼吸作用釋放能量實驗裝置［2］

1.2.2 改進實驗材料，節約資源，降低實驗發生意外的風險 教材中的實驗是將甲、乙2 個暖水瓶分別裝滿萌發的種子和炒熟的種子。實驗改進為：先在甲、乙2 個暖水瓶的下半部裝入等量泡沫顆粒，然后再分別加入等量萌發的種子和炒熟的種子，這樣既減少了實驗材料的使用，避免了資源浪費，又可防止由于長時間發熱使萌發種子發生腐爛現象。

2 探究呼吸作用釋放二氧化碳實驗改進

改進后的實驗裝置如圖3 所示：實驗裝置由分液漏斗、雙孔橡膠塞、玻璃彎管、軟膠管、止水夾組成。

圖3 改進后探究呼吸作用釋放二氧化碳實驗裝置

2.1 實驗步驟

1）將萌發種子和炒熟種子分別裝入甲、乙2個等大廣口瓶中。

2）分別將裝有分液漏斗和玻璃導管的雙孔橡膠塞密封廣口瓶。

3）放置4～5 h 后，通過分液漏斗分別向廣口瓶中注入清水，打開止水夾，瓶中的氣體分別緩慢進入相對應的A 試管和B 試管中。

4）觀察實驗現象：裝有炒熟種子瓶內的氣體不能使澄清的石灰水變渾濁；裝有萌發種子瓶內產生的氣體使澄清石灰水變渾濁。說明呼吸作用產生了二氧化碳。

2.2 實驗改進（對照圖4 教材實驗裝置）

圖4 教材探究呼吸作用釋放二氧化碳實驗裝置［2］

2.2.1 用分液漏斗代替普通漏斗 教材中使用是普通漏斗，并在漏斗口處加少量棉花密封。改進實驗中將普通漏斗改為分液漏斗，一方面增強裝置的氣密性，另一方面也使向瓶內加水環節操作更簡便易行。

2.2.2 用軟膠管上的止水夾代替玻璃管上的閥門 在玻璃管上裝上閥門，操作方便，但此儀器不易尋找，尤其是農村中學幾乎找不到這樣的閥門，即使勉強擁有也僅夠演示實驗使用，不能滿足全體學生參與實驗。改為用軟膠管上加止水夾代替玻璃管上的閥門，因陋就簡，實驗器材易獲得且操作方便，解決了農村中學實驗器材匱乏的問題，滿足全員參與實驗的需要。

3 探究呼吸作用吸收氧氣實驗改進

實驗改進裝置見圖5：由玻璃水槽、氫氧化鈉溶液、帶有燃燒匙的橡膠塞、蠟燭、火柴、環保型氣體發生器組成。

圖5 改進后探究呼吸作用吸收氧氣的實驗裝置

3.1 實驗步驟

1）實驗前6～7 h，準備好改進的安全環保型氣體發生器2 個，分別標為甲、乙。將已萌發的種子放入甲瓶中，將等量未萌發的干種子放入乙瓶中，瓶口密封；密封瓶塞上裝有燃燒匙，并在燃燒匙上放置小蠟燭，注意蠟燭要短小。

2）分別將改進后甲、乙安全環保型氣體發生器置于水槽內，同時在水槽底部倒入氫氧化鈉溶液約1 cm，以能淹沒塑料瓶底部為準，進行密封放置。

3）實驗時分別點燃甲、乙2 個瓶中的蠟燭，觀察實驗現象。可觀察到，甲裝置中燃燒的小蠟燭迅速熄滅，乙裝置內小蠟燭繼續燃燒，即可判斷甲裝置蠟燭熄滅是因為缺少氧氣，說明呼吸作用消耗了氧氣。

3.2 實驗創新及改進原因

1）實驗裝置的改進。制作環保型氣體發生器替代廣口瓶，制作過程如圖6 所示：取廢舊飲料瓶或食用油桶，注意選取材料瓶口稍大的為好。在距離其底部4 cm 處進行切割，切下瓶底，并在其上均勻打15～20 個孔，孔不宜太大，以能通氣且種子不漏即可。將打孔后的瓶底反向重新安裝在塑料瓶的底部，與瓶子內壁的結合處用502 膠粘合。

圖6 環保型氣體發生器的制作

2）改進原理及創新性。對照圖7，分析教材實驗中甲瓶內蠟燭熄滅的原因可能有2 種：一是廣口瓶中由于呼吸作用氧氣被消耗減少使蠟燭熄滅；二是廣口瓶中的萌發種子呼吸作用產生大量的二氧化碳使蠟燭熄滅，教材實驗設計忽略了二氧化碳這一因素。本實驗中，將廣口瓶換為改進的安全環保型氣體發生器，在水槽中加入20%氫氧化鈉溶液，這樣不但起到密封容器的作用，又能吸收因種子呼吸作用產生的二氧化碳，遵循實驗單一變量的原則，從而避免二氧化碳氣體對本實驗的干擾，使實驗設計更科學嚴謹。學生根據氣體發生器的原理，采用身邊易獲得的廢塑料瓶制造簡易氣體發生器，在學校、在家都可進行實驗，提高了學生的參與度，同時，也起到了宣傳環保及廢物再利用的作用。此外，環保型氣體發生器相對于廣口瓶而言，具有瓶內空間大、易操作、實驗現象明顯、易于觀察及實驗器材不易破碎的優點。

圖7 教材探究呼吸作用吸收氧氣的實驗裝置［2］

4 拓展試驗，豐富概念內涵

教材中探究植物呼吸作用只采用了種子為實驗材料，為豐富綠色植物呼吸作用的內涵，在教學中又設計增加一個探究土豆塊莖呼吸作用吸收氧氣的實驗。

探究土豆塊莖呼吸作用吸收氧氣實驗，采用一套全新裝置（圖8）：由三腳架、帶孔的圓瓷片、玻璃鐘罩、水槽、燃燒匙、橡膠塞、蠟燭、20%氫氧化鈉溶液、火柴組成。

圖8 土豆塊莖呼吸作用吸收二氧化碳實驗裝置

實驗步驟：1）將等量生土豆和煮熟土豆切片，分別放在圓瓷片上并各置于三腳架上，蓋上玻璃鐘罩。將20%氫氧化鈉溶液同時倒入2 個水槽中使鐘罩底部密封（實踐證明土豆切片使用，比用整個土豆實驗現象更加明顯）。2）放置4 h后，將燃燒的蠟燭伸入容器內，觀察蠟燭燃燒情況。實驗現象：裝有生土豆片的玻璃鐘罩內燃燒的蠟燭迅速熄滅，裝有煮熟土豆片的玻璃鐘罩內蠟燭正常燃燒。

本實驗的優點：裝置內部空間大，能放置較多的土豆片，實驗效果更加明顯。氫氧化鈉溶液既起到密封作用，又能排除呼吸作用產生二氧化碳氣體對本實驗的干擾,有利于證明呼吸作用吸收氧氣使蠟燭熄滅。當鐘罩內二氧化碳濃度減小時，植物的呼吸作用加強，從而加快反應速度，可在短時間內觀察到實驗現象。 增加土豆塊莖呼吸作用實驗，目的是讓學生理解綠色植物各個器官都進行呼吸作用，學生可再自行拓展用綠色植物的花和葉等器官進行探究，使綠色植物呼吸作用這一重要概念的內涵更加豐富全面。

本實驗教學打破常規，突破教材的約束，實驗材料的選擇、實驗器材的改進、實驗內容的安排，每一項微小的改進都是在教學實踐過程中不斷摸索而產生，立足鄉村學校課堂教學實際情況，聯系學生的生活實際，充分挖掘和利用學生身邊熟悉的課程資源，在進行探究性學習的過程中培養學生的創新精神，同時，也在不斷創新實踐中實現教學相長。