徐力

摘要：以探究“影響光合作用和呼吸作用的因素”實驗為例，介紹了基于傳感器的數字化實驗在初中生物實驗教學中的應用。

關鍵詞：傳感器，實驗教學，光合作用，呼吸作用

中圖分類號Q-337文獻標志碼：B

“光合作用”和“呼吸作用”是七年級生物教學中的兩個重要概念，探究影響光合作用和呼吸作用的因素是在學完光合作用和呼吸作用的概念之后進一步深化概念的過程。實驗可以幫助學生在理解影響光合作用和呼吸作用的因素的基礎上，將光合作用和呼吸作用的原理應用到農業(yè)生產中。關注相關的知識在生活、生產上的應用，不僅可以提高學生的生物科學素養(yǎng)，還可以培養(yǎng)學生的社會責任感。傳統的實驗具有一定的局限性，并且往往是定性實驗，并不能精確地反應出光合作用和呼吸作用速率的變化。教師將傳感器應用到探究實驗中，可以精確地測出光合作用釋放的O₂含量及呼吸作用釋放的CO₂含量，將定性實驗轉變?yōu)槎繉嶒灒沟脤嶒灥慕Y果更加準確，更具有說服力。

1 利用傳感器探究“光照強度對植物光合作用的影響”

1.1 實驗設計背景

在學習光照強度對光合作用的影響時，教師往往是直接告知學生或者出示一些資料讓學生了解光照強度對光合作用是有影響的。學生無法通過真實的數據直觀感受，也無法發(fā)展科學思維。在之前的實驗設計中，筆者曾使用金魚藻為探究材料，用燒杯和試管組裝裝置，通過改變燈與燒杯間的距離，分別測金魚藻一定時間內放出的氣泡數。但是該實驗操作起來復雜，氣泡的計數容易受到人為影響，實驗并不能很精確地說明問題。因此，教師可以借助傳感器設備來設計實驗，讓學生探究光照強度對光合作用的影響。

1.2 實驗材料

塑料箱、天竺葵（喜光植物）、LED燈帶、凡士林（用于密封處理）、碳酸氫鈉溶液（用于維持箱內CO₂含量的相對穩(wěn)定）、氧氣傳感器、光照強度傳感器。

1.3 實驗過程

將LED燈帶圍繞塑料箱內部上方一圈。在塑料箱中放入天竺葵和裝有一定量碳酸氫鈉溶液的燒杯，將光照強度傳感器和氧氣傳感器的探頭放入塑料箱中。然后，將兩個傳感器與數據采集器和計算機相連。先測定室內自然光照下光合作用的速率，采集數據后，打開LED燈帶，重復以上實驗過程，記錄打開照明燈后采集的實驗數據，進行數據的統計和分析。

1.4 實驗結果

學生測定了一定時間內在室內自然光和打開照明燈兩種不同的光照處理下，天竺葵光合作用釋放O₂的量，并且將實驗數據匯總處理（表1）。

1.5 試驗分析

根據表1中的數據，光照強度增加后，O₂的濃度增加，光合作用的強度也增加。同時，光照的時間也會影響光合作用，一定時間內，隨著光照時間增加，光合作用強度也會增加.但光照強度會限制光合作用的強度，因此在100min后，光合作用強度幾乎不再變化。當增加光照強度之后，會發(fā)現O₂濃度再次增加。通過數據采集，系統可以測量到具體的光照強度，并可以監(jiān)測到一定時間內O₂濃度的變化。

通過列表，可以很直觀地看出光照強度對于光合作用強度的影響，學生可以發(fā)現不同光照強度下O₂的釋放量是不同的。由此，教師可引導學生得出結論：光照強度是影響光合作用的重要因素，在一定范圍內，光照強度越強，光合作用的速率越快。該實驗設計結合了現代化的數字設備，也體現了信息技術和生物學科的融合。學生通過探究不僅可以理解光合作用這個重要概念的內涵，也可以掌握光合作用的原理在農業(yè)生產上的應用。

2 利用傳感器探究“溫度對植物呼吸作用的影響”

2.1 實驗設計背景

CO₂是植物細胞呼吸作用的產物之一，教師往往通過CO₂釋放的多少來展示細胞呼吸作用的強弱。傳統的實驗往往是將不同溫度下植物細胞呼吸作用產生的CO₂通入澄清石灰水，通過對比澄清石灰水的渾濁程度來對比呼吸作用的強度。但這樣操作時，往往會出現各種各樣的問題，如塑料袋的密封性可能會影響實驗效果，澄清石灰水的質量也會影響渾濁程度的變化。而對于不同溫度下植物細胞通過呼吸作用究竟釋放了多少CO₂，學生并不清楚。因此，在探究溫度對植物呼吸作用的影響時，教師可以借助CO₂傳感器，設計探究實驗的裝置，精確測量實驗數據，得到科學準確的實驗結果。

2.2 實驗材料

帶孔的塑料容器、CO₂傳感器、黑色塑料袋、新鮮青菜。

2.3實驗過程

在塑料容器中裝入一定量新鮮的青菜，將CO₂傳感器的探頭插入塑料容器中，將該裝置密封，并且用黑色塑料袋遮蓋容器，避免青菜進行光合作用。按照此方法設置A、B兩組裝置。注意A、B兩組裝置中青菜的質量要基本相等。

教師引導學生將兩組裝置分別置于不同溫度的環(huán)境中，如一組置于室溫下，一組置于空調環(huán)境溫度下。先利用CO₂傳感器測量到起始狀態(tài)裝置內CO₂濃度，然后再測得一段時間后裝置內CO₂濃度。接著，計算CO₂濃度的變化值，比較不同溫度下CO₂釋放量的不同，得出結論。教學中，學生可分多個小組進行測量，使結果更加精確。

2.4 實驗結果

表2是小組學生測得的一次實驗結果。

2.5 實驗分析

根據表中的數據可以分析得知，在22.3℃的環(huán)境下，青菜細胞呼吸作用3h共釋放CO₂為4405ppm;在10.1℃的環(huán)境下，青菜細胞呼吸作用3h共釋放CO₂為3046ppm。教師利用這樣的教具進行教學，減少了實驗的人為干擾，提高了學生的實驗數據處理的能力和數據分析的理性思維。學生可以得到結論：在一定條件下，溫度越高，植物的呼吸作用越強。學生會加深對“呼吸作用”這個概念的理解，明確呼吸作用的條件和產物，掌握光合作用和呼吸作用聯系與區(qū)別，并能將呼吸作用的原理運用到生產實踐中。

3 總結

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息轉換成所需形式輸出，以滿足顯示、記錄等要求。目前，傳感器應用于初中生物課堂探究實驗的案例還不是很多，相比于傳統的探究實驗，利用傳感器進行生物實驗探究可以得到更加精確的數據，通過對圖表的繪制，也能夠更直觀地顯示實驗結果，幫助學生得出實驗結論。學生在對數據的處理和分析中，也提高了自己的思維能力。