鄒永劍 朱曉燕

（1 福建省南平第一中學(xué) 福建南平 35300 2 福建省南平市教師進(jìn)修學(xué)院 福建南平 354200）

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》提出，科學(xué)探究是為了促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變，使學(xué)生能主動(dòng)地獲取知識(shí)，體驗(yàn)科學(xué)過程，培養(yǎng)創(chuàng)新精神[1]。圍繞對(duì)“光合作用”和“呼吸作用”的探究，本文從實(shí)驗(yàn)檢測(cè)對(duì)象入手，改變實(shí)驗(yàn)類型，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)程序，整合拓展實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和科學(xué)思維能力。

1 變更檢測(cè)對(duì)象，培養(yǎng)探究思維

在完成“驗(yàn)證綠葉在光下合成淀粉”的實(shí)驗(yàn)后，教師可引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，引發(fā)思考：該實(shí)驗(yàn)通過檢測(cè)是否產(chǎn)生淀粉以探究光合作用，若將檢測(cè)對(duì)象變更為二氧化碳是否可行？怎樣才能準(zhǔn)確地檢測(cè)二氧化碳的消耗量？在沒有二氧化碳分析儀的情況下，如何設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單而直觀的實(shí)驗(yàn)也能達(dá)到類似的效果？教師介紹補(bǔ)充知識(shí)：二氧化碳溶于水形成碳酸，水體的pH 值會(huì)發(fā)生變化，加入酸堿指示劑后，通過水體顏色的變化可觀測(cè)二氧化碳的增、減。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生展開討論，提出在水中檢測(cè)二氧化碳的可行性方案。學(xué)生嘗試將“檢驗(yàn)光合作用需要二氧化碳”確立為優(yōu)化目標(biāo)實(shí)驗(yàn)（表1）。

表1 變更檢測(cè)對(duì)象實(shí)驗(yàn)對(duì)照表

2 整合教材實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

北師大版初中生物學(xué)教材第5 章第1～2 節(jié)設(shè)置的9 個(gè)實(shí)驗(yàn)中有6 個(gè)演示實(shí)驗(yàn)[2]。將演示實(shí)驗(yàn)改為活動(dòng)類實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生構(gòu)建概念，提高科學(xué)探究能力和科學(xué)思維能力，但需注意變更后的實(shí)驗(yàn)應(yīng)滿足可操作、易觀察、低風(fēng)險(xiǎn)等條件。基于檢測(cè)對(duì)象變更的可行性，教師引導(dǎo)學(xué)生從教材中篩選出5 個(gè)實(shí)驗(yàn)并著手展開優(yōu)化整合（表2）。

表2 光合作用及呼吸作用的部分實(shí)驗(yàn)整合

2.1 實(shí)驗(yàn)原理 溴麝香草酚藍(lán)（BTB）試劑在弱酸性溶液中呈黃色，在堿性溶液中呈藍(lán)色。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料 新鮮和煮熟的綠菊花草、550 mL礦泉水瓶、0.1%BTB 試劑、試劑瓶、滴管、鑷子、大燒杯、開水、新鮮河水、火柴、木條、長(zhǎng)吸管、溫度計(jì)。

2.3 預(yù)實(shí)驗(yàn)

1）水生植物的篩選：備選植物有銅錢草、綠菊花草、蜈蚣草和鹿角鐵皇冠，發(fā)現(xiàn)在22～28℃范圍內(nèi)，綠菊花草的光合作用速率最快，效果最明顯，空白組是為了檢測(cè)光照是否對(duì)BTB 溶液顏色變化有影響（圖1）。

圖1 光照后BTB 溶液顏色對(duì)比

2）酸堿指示劑的篩選：備選指示劑有石蕊、酚酞和溴麝香草酚藍(lán)（BTB）試劑，發(fā)現(xiàn)BTB 試劑顯色效果最為理想（圖2）。

圖2 吹氣前、后BTB 溶液顏色對(duì)比

3）BTB 毒性測(cè)試：未發(fā)現(xiàn)BTB 試劑對(duì)綠菊花草會(huì)造成傷害。

2.4 實(shí)驗(yàn)過程 將開水注入甲燒杯冷卻至室溫，將新鮮河水注入乙燒杯，各加入0.1%BTB 試劑攪拌均勻，試劑與水的混合比為1∶400。取7 個(gè)同款式礦泉水瓶標(biāo)號(hào)為A～G。向A～E 瓶中注入400 mL 的BTB 冷開水溶液，向F、G 瓶中注入等量BTB 新鮮河水溶液。每瓶加入20 g 綠菊花草，水溫控制在22～28℃。

實(shí)驗(yàn)①：A、B 瓶中加入新鮮綠菊花草，用長(zhǎng)吸管向瓶?jī)?nèi)溶液吹氣直至顏色變黃，擰緊瓶蓋后A 瓶置于光下，B 瓶置于暗處，觀察溶液顏色變化情況。

實(shí)驗(yàn)②：C、D 瓶各加入新鮮綠菊花草，用長(zhǎng)吸管向C 瓶溶液內(nèi)吹氣直至顏色變黃，D 瓶不吹氣，擰緊瓶蓋后同時(shí)置于光下，觀察溶液顏色變化情況。

實(shí)驗(yàn)③：E 瓶加入新鮮綠菊花草，用長(zhǎng)吸管向瓶?jī)?nèi)溶液吹氣直至顏色變黃，擰緊瓶蓋后置于光下，觀察氣泡產(chǎn)生情況。每隔3 min 擰松瓶蓋5 s后再重新擰緊，擰松瓶蓋是為了排出瓶?jī)?nèi)原有氣體。重復(fù)2 ～3 次后，將帶有火星的木條迅速伸入瓶?jī)?nèi)，觀察現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)④：F 瓶加入新鮮綠菊花草，G 瓶加入煮熟綠菊花草，擰緊瓶蓋后同時(shí)置于暗處，過夜后，觀察溶液顏色變化情況。

實(shí)驗(yàn)⑤：將點(diǎn)燃的木條分別伸入F 瓶和G 瓶中，觀察燃燒情況。

2.5 實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)論

實(shí)驗(yàn)①：A 瓶溶液顏色由黃變綠（圖3），B 瓶顏色不變。A 瓶植物能吸收二氧化碳進(jìn)行光合作用；B 瓶植物缺乏光照不能進(jìn)行光合作用。說明綠色植物光合作用需要光。

圖3 光照90 min 前、后BTB 溶液顏色對(duì)比

實(shí)驗(yàn)②：C 瓶溶液顏色由黃變綠，D 瓶顏色不變。C 瓶植物能進(jìn)行光合作用；D 瓶植物缺乏二氧化碳不能進(jìn)行光合作用。說明綠色植物光合作用需要二氧化碳。

實(shí)驗(yàn)③：E 瓶溶液顏色由黃變綠，說明植物能吸收二氧化碳進(jìn)行光合作用；帶有火星的木條復(fù)燃，說明光合作用釋放的氣體為氧氣。

實(shí)驗(yàn)④：F 瓶溶液顏色由綠變黃，G 瓶顏色不變。F 瓶植物能進(jìn)行呼吸作用釋放二氧化碳；G瓶植物死亡無法釋放二氧化碳。說明綠色植物進(jìn)行呼吸作用能釋放二氧化碳。

實(shí)驗(yàn)⑤：F 瓶木條伸入后立即熄滅，G 瓶木條伸入后短時(shí)間內(nèi)能繼續(xù)燃燒。F 瓶植物進(jìn)行呼吸作用，氧氣被大量吸收，無法支持木條繼續(xù)燃燒；G 瓶植物死亡無法進(jìn)行呼吸作用，不消耗氧氣。說明綠色植物進(jìn)行呼吸作用能吸收氧氣。

3 借助相同裝置，進(jìn)行拓展實(shí)驗(yàn)

改進(jìn)原有的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，換以二氧化碳作為檢測(cè)對(duì)象，只需在原有裝置的基礎(chǔ)上，適當(dāng)添加材料器具，即可對(duì)光合作用和呼吸作用的原料、產(chǎn)物及各種條件展開拓展探究，有利于學(xué)生認(rèn)知的發(fā)展，也為后續(xù)高中階段的學(xué)習(xí)做好銜接，達(dá)成同時(shí)實(shí)現(xiàn)多級(jí)目標(biāo)的教學(xué)預(yù)期（表3）。

表3 光合作用及呼吸作用相關(guān)拓展實(shí)驗(yàn)

優(yōu)化整合后的實(shí)驗(yàn)無需暗處理即可進(jìn)行，可極大縮短時(shí)間。采用礦泉水瓶代替玻璃鐘罩，可實(shí)現(xiàn)廢物再利用，增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。將陸生植物（天竺葵）替換為水生植物（綠菊花草），利用水溶液的顏色變化檢測(cè)二氧化碳，可拓展學(xué)生的思維，起到鼓勵(lì)積極探索、提升科學(xué)素養(yǎng)的目的。設(shè)計(jì)BTB 毒性測(cè)試環(huán)節(jié)，可培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、全面的科學(xué)思維習(xí)慣。摒棄氫氧化鈉的使用和酒精脫色處理，可消除強(qiáng)腐蝕、易燃燒等因素造成危害的隱患。這些措施有助于切實(shí)有效開展中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基本技能及生物學(xué)科核心素養(yǎng)。