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        ?探究種子萌發(fā)環(huán)境條件實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

        2020-09-14 09:48:19葉培毅
        中國教育技術(shù)裝備 2020年23期
        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)裝置種子萌發(fā)初中生物

        葉培毅

        摘? 要 通過改進(jìn)和完善探究種子萌發(fā)所需條件的實(shí)驗(yàn)裝置,并在泡沫保溫箱中設(shè)計出常溫和低溫兩個環(huán)境,使其具有便攜性和適用性等優(yōu)點(diǎn),更能適應(yīng)課堂教學(xué)要求,達(dá)到較為理想的效果。

        關(guān)鍵詞 種子萌發(fā);初中生物;實(shí)驗(yàn)教學(xué);實(shí)驗(yàn)裝置;半導(dǎo)體制冷片系統(tǒng)

        1 前言

        “探究種子萌發(fā)的環(huán)境條件”是初中生物教材中一個必做的對照實(shí)驗(yàn),學(xué)生通過探究實(shí)驗(yàn),能更好地學(xué)習(xí)理論知識。良好的實(shí)驗(yàn)效果,不僅會加深學(xué)生對相關(guān)知識的理解和掌握程度,也是對學(xué)生學(xué)習(xí)控制實(shí)驗(yàn)變量、掌握科學(xué)探究方法的一次實(shí)踐訓(xùn)練。

        以人教版生物學(xué)教材為例,實(shí)驗(yàn)中共用到四個罐頭瓶(編號1~4號),通過設(shè)計三組對照實(shí)驗(yàn)來探究種子萌發(fā)所需的條件。在構(gòu)成的三組對照實(shí)驗(yàn)中,1號瓶中種子因缺乏水分不發(fā)芽;3號瓶放入冰箱中,因缺乏適宜的溫度,種子不發(fā)芽;4號瓶中的種子則因?yàn)橥耆菰谒?,水中缺氧,所以也不能發(fā)芽;只有作為對照組的2號瓶,種子在符合適宜的溫度、充足的空氣、一定的水分的條件下,能夠正常萌發(fā)。

        這樣的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計,容易受各種不確定因素的干擾,而且實(shí)驗(yàn)周期長,器材煩瑣復(fù)雜,還需要冰箱等設(shè)備,確實(shí)很難在課堂內(nèi)進(jìn)行。課外學(xué)生更不可能花大量時間去進(jìn)行探究活動,使實(shí)驗(yàn)設(shè)計無法起到應(yīng)有的效果。因此,設(shè)計制作一種簡便易攜、成功率高的一體式“探究種子萌發(fā)的環(huán)境條件”裝置供實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用,是很有必要的。

        2 種子萌發(fā)的原理與裝置改進(jìn)思路

        根據(jù)潘瑞熾等人的研究,種子萌發(fā)的過程主要經(jīng)歷三個階段[1]。

        1)吸脹吸水階段。此階段是萌發(fā)的初始階段,其關(guān)鍵因素是水,溫度和氧氣的影響很小,種子通過吸水活化和激發(fā)萌發(fā)時的酶系統(tǒng)。

        2)無氧呼吸階段。此階段種子利用激活的酶系統(tǒng),通過無氧呼吸釋放能量,用于細(xì)胞分裂和生長,使胚根開始生長。酶的作用在這一階段至關(guān)重要,而酶活性受溫度的影響,因此影響此階段的關(guān)鍵因素是溫度。

        3)有氧呼吸階段。胚根生長突破種皮后,氧氣供應(yīng)量增加,使有氧呼吸取代無氧呼吸,細(xì)胞快速分裂生長。因此,溫度、水分、氧氣共同成為種子繼續(xù)萌發(fā)的關(guān)鍵因素。

        三組對照實(shí)驗(yàn)研究的變量分別是溫度、空氣、水分。實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計要易于操作、效果明顯,并且可以讓學(xué)生清楚地觀察到種子萌發(fā)的全過程。

        首先,可以利用泡沫保溫箱簡單加工,隔成大小相等的兩個封閉空間,一側(cè)保持低溫(類似于冰箱),另一側(cè)保持適宜的溫度,用來研究溫度這一變量。

        其次,課本中采用將種子浸沒在水中以達(dá)到隔絕空氣的目的,但水中溶解的少量氧仍可能使吸脹后的種子萌發(fā),只是在缺氧的情況下,種子萌發(fā)需要時間更長且發(fā)育情況不佳[2]。因此,實(shí)驗(yàn)時應(yīng)對種子種類進(jìn)行優(yōu)選,如果對實(shí)驗(yàn)時間要求不高時,可以選用體積較大、萌發(fā)時耗氧量多的蠶豆、蕓豆等的種子,4~5天后對比明顯。如果要在較短時間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn),可以在實(shí)驗(yàn)前將自來水煮沸一段時間以減少溶解的氧氣,以避免實(shí)驗(yàn)時浸沒水中的部分種子進(jìn)一步萌發(fā);然后選擇萌發(fā)率高的綠豆、小麥種子,適合條件下1~2天內(nèi)即可觀察到明顯的胚根結(jié)構(gòu)。

        最后,作為對照組,種子要在適宜的環(huán)境條件下萌發(fā),水量的把握要適宜,水分太少則過于干燥而不能發(fā)芽,水分過多則可能使種子漚爛發(fā)霉,降低實(shí)驗(yàn)的成功率。因此,要采用適當(dāng)?shù)霓k法,讓水分不多不少,既滿足種子萌發(fā)需要,又不致太多,導(dǎo)致萌發(fā)失敗[3]。

        3 實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)成

        限制這一實(shí)驗(yàn)無法在課堂內(nèi)進(jìn)行的一個重要原因,是當(dāng)以溫度作為變量時,要將一個實(shí)驗(yàn)組放在冰箱內(nèi)才能作對照實(shí)驗(yàn),因此要解決的就是便攜性低溫環(huán)境的構(gòu)建。利用現(xiàn)在被廣泛使用的半導(dǎo)體制冷片來實(shí)現(xiàn)小范圍制冷,在外接散熱良好的情況下,具有降溫迅速、制冷效率高、使用壽命長、安全和價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。利用半導(dǎo)體制冷片作為冷源,將其用導(dǎo)熱硅膠與鋁板、水冷頭相連,如圖1所示,構(gòu)成半導(dǎo)體制冷片系統(tǒng),鋁板即成為制冷端放置于泡沫保溫箱內(nèi)一端,而水冷頭則外接水冷循環(huán)散熱裝置,即可達(dá)到移動小冰箱的效果。

        整套實(shí)驗(yàn)裝置的主體由半導(dǎo)體制冷片系統(tǒng)(包含水泵和散熱裝置)、溫控調(diào)節(jié)器、區(qū)隔為常溫和低溫兩區(qū)的泡沫保溫箱三部分組成,通過12 V低壓供電,形成循環(huán)水路,以達(dá)到散熱目的。組裝完成后,接入溫控器,利用溫控器進(jìn)行恒溫控制(0~4 ℃),如圖2所示。

        選用兩個透光性好的塑料瓶,依泡沫箱高度剪去瓶口部分,使其能放置于箱內(nèi)。用鐵絲網(wǎng)(或花盆用的底孔塑料網(wǎng)格墊片)剪成瓶身直徑大小相同的圓片,圓片兩端各留下一個凸起的承托架,如圖3左側(cè)所示。在塑料瓶距瓶底一定高度分別剪出平行的兩個洞,均剪至瓶身直徑一半,厚度和兩個洞相對,便于分別從兩側(cè)插入圖3所示放置種子的塑料網(wǎng)格片或鐵絲網(wǎng)。在洞口同樣高度的另一側(cè),再剪一個小孔以承托塑料片(或鐵絲網(wǎng))的另一端。在中層剪出幾個透氣的小孔,實(shí)驗(yàn)時將塑料網(wǎng)格片插入兩個瓶子中,如圖3右側(cè)所示。在塑料網(wǎng)格上鋪上一層紗布或?yàn)V紙,紗布或?yàn)V紙可以包裹住網(wǎng)格邊緣便于吸水,然后加水,過多的水分會從網(wǎng)格片插入的洞中溢流出,使中層的網(wǎng)格在較長時間內(nèi)保持含有一定的水分。

        4 實(shí)驗(yàn)裝置操作方法

        1)在甲、乙兩瓶內(nèi)及鋪有紗布或?yàn)V紙的塑料網(wǎng)格上放入相同數(shù)量的種子,分別置于泡沫保溫箱常溫室和低溫室中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

        2)以甲瓶為例,下層的種子浸沒在水中無法接觸空氣,上層的種子則無法接觸到水,只有中層的種子既有充足的空氣,又有一定的水分,可以探究水分和空氣對種子萌發(fā)的影響。甲乙兩瓶的種子置于不同的溫度下,可以探究溫度對種子萌發(fā)的影響。

        3)在低溫天氣或隔熱不佳時,可以在泡沫箱另一側(cè)的常溫區(qū)用PTC恒溫發(fā)熱片連接溫控器進(jìn)行恒溫設(shè)置,將溫度設(shè)置在適宜種子發(fā)芽的最適溫度,以增加實(shí)驗(yàn)成功率。

        5 創(chuàng)新特點(diǎn)

        1)適用性廣,便攜性強(qiáng),能夠克服實(shí)驗(yàn)設(shè)計中場地和空間限制,在教室內(nèi)即可進(jìn)行,也方便學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中觀察和探究整個過程。

        2)操作簡便,取材容易,安全性高,能滿足長時間工作的要求。

        3)從效果上看,能很好地達(dá)到設(shè)置對照、控制變量、減少誤差的探究實(shí)驗(yàn)原則,有利于學(xué)生主動參與實(shí)驗(yàn)過程,拓展思路,培養(yǎng)實(shí)踐能力和觀察能力。

        4)可以根據(jù)需要對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行個性化設(shè)計,進(jìn)行拓展實(shí)驗(yàn),由學(xué)生按自己的思路對實(shí)驗(yàn)器材、方法、過程等進(jìn)行拓展和改進(jìn),如增加光照、改變種子種類等,開展進(jìn)一步探究。

        參考文獻(xiàn)

        [1]潘瑞熾,王小菁,李娘輝.植物生理學(xué).北京:高等教育出版社,2012:238-241.

        [2]姜麗,殷作民.改進(jìn)種子萌發(fā)條件實(shí)驗(yàn)裝置的探究[J].生物學(xué)教學(xué),2010(3):31-32.

        [3]楊小會,殷從江,徐作英.對“種子的萌發(fā)”實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)[J].中學(xué)生物教學(xué),2016(20):56-57.

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