李相玲

摘 要 通過設(shè)計金魚藻光合作用與呼吸作用時氣體轉(zhuǎn)化的探究性實驗，說明綠色沉水植物對維持生物圈碳氧平衡也具有重要作用。借助教材中可探究性實驗資源的開發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力。

關(guān)鍵詞 綠色沉水植物 光合作用 呼吸作用 實驗創(chuàng)新

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

1 實驗設(shè)計的背景

在學(xué)習(xí)蘇科版《生物學(xué)》八年級上冊“綠色植物與生物圈中的碳-氧平衡”一節(jié)時，為探究綠色植物光合作用下吸收二氧化碳放出氧氣，教科書上采用了分步實驗。先是選用綠色陸生中生植物來“驗證綠葉在光下吸收二氧化碳”，在進行第二階段“探究綠色植物在光下放出的氣體”時，教材卻提議選擇“水生綠色植物”進行探究，前后生物材料與實驗環(huán)境的不統(tǒng)一，沒有體現(xiàn)出同一種綠色植物對維持生物圈碳氧平衡所發(fā)揮的“自身”作用。此外，還缺乏對同一種綠色植物“呼吸作用時吸收氧氣、放出二氧化碳”的探究，使得證據(jù)鏈略顯“不足”。據(jù)研究，水生植物所釋放出來的氧氣可達地球大氣含氧量的70%左右，因此，增設(shè)一套連續(xù)探究同一綠色水生植物在呼吸作用與光合作用時氣體變化的實驗，能加深學(xué)生理解綠色水生植物對維持生物圈碳氧平衡所起的重要作用。對此，筆者選用綠色沉水植物金魚藻為代表進行了系列探究。

2 實驗材料、試劑和儀器

50 g金魚藻、1個700 mL塑料空瓶（圓柱形）、1個400 mL塑料空瓶、1根L型玻璃管、1根直玻璃管、1套PPW軟管（醫(yī)用輸液管）、1個雙孔橡膠塞、1根35 cm長乳膠管、溴麝香草酚藍溶液（BTB指示劑）、紅墨水、1根紅水玻璃溫度計（0～50℃）、1個鐵架臺、3張玻璃紙（紅、綠、藍色）、1根亞力克直尺（20 cm）、2個圓形磁鐵（直徑10 cm）、1個鋼珠、1支10 mL注射器、1根細檀香等。

3 實驗裝置的制作

3.1 制作過程

（1） 在400 mL空塑料瓶上配裝雙孔橡膠塞，并插入L型和直型2根玻璃短管。

（2） 將35 cm長乳膠管套裝在L型玻璃管上，吹氣端塞入1個鋼珠作為阻氣閥；出氣端玻璃管上套接帶滑動開關(guān)的PPW軟管，再套接PPW細管，將細管體緊貼20 cm刻度尺用透明膠固定；再將直尺橫向用夾子固定于鐵架臺上，夾柄懸掛溫度計。

（3） 在400 mL空塑料瓶中下部分散打數(shù)個小孔，在瓶體外壁粘貼帶防水的刻度條，瓶底固定一塊磁鐵。

（4） 將700 mL空塑料瓶從外套裝400 mL空塑料，外瓶邊緣高度比內(nèi)瓶口高出約5 cm，再在大瓶內(nèi)底部固定一塊磁鐵，兩個瓶體底部吸緊。

3.2 整套裝置（圖1）

4 探究金魚藻在自然光下光合作用時吸收二氧化碳釋放出氧氣

4.1 操作步驟

（1） 將金魚藻放于小塑料瓶內(nèi)，再將其置于大塑料瓶體內(nèi)，兩瓶底部接觸并吸牢；向大塑料瓶內(nèi)注水至內(nèi)瓶水滿為止，塞上帶雙玻璃管的橡膠塞。

（2） 向大瓶水中滴入3滴質(zhì)量分數(shù)為0.1%的BTB指示劑，觀察并記錄水體顏色；關(guān)閉PPW軟管上的滑動開關(guān)，從乳膠管口端向水內(nèi)不斷吹二氧化碳氣體，觀察水體顏色變化。

（3） 將整套裝置于光下照射，觀察內(nèi)外瓶體內(nèi)水體顏色及液面變化。

（4） 當內(nèi)瓶上方收集到一定量氣體后，打開滑動開關(guān)，將帶火星的細檀香置于PPW軟管粗短口，觀察是否復(fù)燃。

4.2 實驗現(xiàn)象

（1） 實驗初始水體無色；（2） 加3滴BTB溶液后水體呈淡藍色；（3） 吹入二氧化碳氣體，水體逐漸由淡藍色變?yōu)榈S色；（4） 關(guān)閉滑動開關(guān)，自然光照射2h后水體又重新變回淡藍色，內(nèi)瓶液面下降，外瓶液面上升；（5） 將帶火星細檀香置于出氣口，打開滑動開關(guān)，外瓶液面下降，內(nèi)瓶液面上升，氣體排出，檀香復(fù)燃。

實驗結(jié)論：金魚藻在光合作用時，吸收水體中的二氧化碳，并釋放出氧氣。

4.3 實驗結(jié)論

金魚藻在光合作用時，吸收水體中的二氧化碳，并放出氧氣。

5 探究金魚藻在三種不同色光下的光合效率

5.1 操作步驟

（1）和（2）同4.1。

（3） 用注射器在細PPW軟管左端連接口處注入一段約5 cm長紅墨水并調(diào)節(jié)到4刻度處，接好端口，打開滑動開關(guān)。

（4） 在環(huán)境溫度25℃下，分別將綠、藍和紅三色玻璃紙圈套于大瓶體外，置于自然光下分別照射20 min，觀察并記錄細管內(nèi)紅色液柱所對應(yīng)在直尺上的刻度變化情況。

5.2 實驗現(xiàn)象

實驗現(xiàn)象：（1） 無玻璃紙時，紅色液柱處于4 cm刻度處；（2） 在套裝綠色玻璃紙并光照20 min后，紅色液柱移至6.5 cm刻度處；（3） 在套裝綠色玻璃紙并光照20 min后，紅色液柱移至15.5 cm刻度處；（4） 在套裝綠色玻璃紙并光照20 min后，紅色液柱移至19.6 cm刻度處。

實驗結(jié)論：在25℃環(huán)境溫度下，金魚藻在紅色光照下的光合效率最大，綠色光照下的光合效率最小。

6 探究金魚藻呼吸作用時水中氣體變化情況

6.1 操作步驟

（1）和（2）同上。

（3） 將套裝的大瓶裝置罩上黑色布袋置于暗處5 d后，取出觀察瓶內(nèi)水體顏色變化。

6.2 實驗現(xiàn)象

實驗現(xiàn)象：向內(nèi)置金魚藻的清水內(nèi)滴加3滴BTB指示劑，水體變?yōu)榈{色；在將裝置套上黑布袋暗處理5 d后，取出觀察瓶內(nèi)水體顏色變?yōu)榈S色。

實驗結(jié)論：避光下，金魚藻進行呼吸作用時可使水體中二氧化碳含量增加。

實驗現(xiàn)象：向內(nèi)置金魚藻的清水內(nèi)滴加3滴BTB指示劑，水體呈淡藍色；將裝置套上黑布袋暗處理5d后，取出觀察瓶內(nèi)水體顏色變?yōu)榈S色。endprint

實驗結(jié)論：避光下，金魚藻進行呼吸作用時可使水體中二氧化碳含量增加。

7 延伸實驗：探究金魚呼吸作用時水中氣體變化情況

在大塑料瓶內(nèi)注入清水，向內(nèi)滴加3滴BTB溶液并記錄水體顏色，放進6條金魚，2 h后可觀察到水體顏色由淡藍色逐漸變?yōu)闇\黃色，說明金魚在水內(nèi)進行呼吸作用時，會使得水中二氧化碳含量增加。

8 設(shè)計特點與教學(xué)實效

8.1 設(shè)計的多功能性

本套教具從設(shè)計上可做四個不同實驗：（1）定性地探究綠色沉水植物光合作用時氣體的轉(zhuǎn)化情況；（2） 探究不同色光下綠色沉水植物的光合效率，通過紅色液柱（刻度）變化情況，還可定量地探究光照時間和溫度對水生綠色植物光合作用的影響程度。（3） 定性地探究綠色沉水植物呼吸作用時氣體的轉(zhuǎn)化情況。（4） 通過探究水中動物呼吸時氣體的變化情況，說明水中動物在維持生物圈中碳氧平衡時所起的作用。另外，還可將金魚藻光合作用下產(chǎn)生的氧氣進行連續(xù)收集并存儲，便于后續(xù)教學(xué)中使用。

8.2 教學(xué)的實際效果

新課標要求教師在本節(jié)教學(xué)中幫助學(xué)生形成重要概念：“綠色植物的光合作用和呼吸作用有助于維持生物圈中的碳氧平衡”。在數(shù)量龐大的綠色水生植物中，即便是缺乏氣孔的植物對生物圈中碳氧平衡的維持也至關(guān)重要。在教學(xué)實踐中增添本實驗設(shè)計可以獲得如下效果：（1） 應(yīng)用自制教具將全真實驗微型化，順利突破教學(xué)重難點。借助BTB指示劑的顏色變化，能很好地驗證了綠色水生植物在光合作用時吸收二氧化碳放出氧氣；避光下，進行呼吸作用時消耗氧氣放出二氧化碳的客觀事實。讓學(xué)生認識到，同樣環(huán)境下其光合作用明顯強于呼吸作用，多余的氧排放到大氣中，為生物圈中的生物進行生命活動提供氧氣。（2） 運用日常生活中常見材料輔助實驗教學(xué)，消除學(xué)生對生物實驗的神秘感并激發(fā)其求知欲。實驗過程簡易，學(xué)生易操作，參與度高，利于學(xué)生在實踐中體驗學(xué)習(xí)生物知識的樂趣。（3） 借用該實驗裝置的多功能性，有助于提高生物課堂教學(xué)的實效性。該套設(shè)備克服了常見實驗設(shè)計上的單一性，可進行多個不同實驗，且安全可靠，造價低廉，便于攜帶。另外，該實驗還可探究水生動物呼吸過程中氣體的變化情況，充分利用了實驗資源?？傊?，對課程資源的再開發(fā)不僅可以滿足新課程實施的需要，促進課程資源的動態(tài)生成，還可為推進和深化課程改革奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1] 匡廷云，曹慧玲.義務(wù)教育教科書：生物學(xué)：七年級下冊[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2013：50.

[2] 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育生物學(xué)課程標準：2011年版[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012：10-11.

[3] 汪忠.新編生物學(xué)教學(xué)論[M].北京：華東師范大學(xué)出版社，2006：226-228.endprint