白 華 （河北泊頭市教師發(fā)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(xué)7 年級(jí)上冊(cè)第5 章“綠色植物與生物圈中的碳氧平衡”第2 節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)課內(nèi)容以實(shí)驗(yàn)為主，通過幾個(gè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)揭示呼吸作用這一重要概念的內(nèi)涵，讓學(xué)生理解呼吸作用的實(shí)質(zhì)及意義［1］。課程內(nèi)容涉及實(shí)驗(yàn)較多，以往教學(xué)中存在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，或?qū)嶒?yàn)受外界因素干擾而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗的現(xiàn)象發(fā)生。筆者反思教學(xué)過程中的成敗，不斷摸索實(shí)踐，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了系列改進(jìn)創(chuàng)新，實(shí)踐證明，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)極大提高了科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具說服力。

1 探究呼吸作用釋放能量實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1，由2 個(gè)暖水瓶和2個(gè)帶有溫度計(jì)的橡膠塞組成。

圖1 探究呼吸作用釋放能量實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置

1.1 實(shí)驗(yàn)步驟

1.1.1 準(zhǔn)備甲、乙2 個(gè)大小完全相同的暖水瓶，甲瓶中裝滿萌發(fā)的種子，乙瓶中裝滿炒熟的種子。

1.1.2 用帶有溫度計(jì)的橡膠塞密封瓶口，并記錄2 個(gè)瓶內(nèi)的初始溫度。

1.1.3 24 h 后，觀察甲、乙2 瓶的溫度計(jì)刻度值，與初始溫度的數(shù)值進(jìn)行比較，記錄甲、乙暖水瓶內(nèi)溫度變化情況。

1.2 探究實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1.2.1 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，提高了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和可操作性 教材介紹的實(shí)驗(yàn)方法（圖2）：用棉花進(jìn)行密封。向裝滿萌發(fā)種子的甲瓶和裝炒熟種子的乙瓶中各插入1 支溫度計(jì)，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(jì)與棉花之間有空隙，瓶內(nèi)溫度易受外界環(huán)境溫度的影響，溫度變化對(duì)比不明顯，導(dǎo)致對(duì)呼吸作用釋放大量能量這一觀點(diǎn)的說服力較弱。改進(jìn)方法：用帶溫度計(jì)的橡膠塞密封暖水瓶。先用打孔器在橡膠塞打1 個(gè)適宜的孔，孔內(nèi)插入溫度計(jì)，用石蠟密封溫度計(jì)與橡膠塞之間的空隙，再用橡膠塞密封瓶口。實(shí)驗(yàn)中觀察甲、乙2 個(gè)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(duì)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(shí)驗(yàn)裝置［2］

1.2.2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)材料，節(jié)約資源，降低實(shí)驗(yàn)發(fā)生意外的風(fēng)險(xiǎn) 教材中的實(shí)驗(yàn)是將甲、乙2 個(gè)暖水瓶分別裝滿萌發(fā)的種子和炒熟的種子。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為：先在甲、乙2 個(gè)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(fā)的種子和炒熟的種子，這樣既減少了實(shí)驗(yàn)材料的使用，避免了資源浪費(fèi)，又可防止由于長時(shí)間發(fā)熱使萌發(fā)種子發(fā)生腐爛現(xiàn)象。

2 探究呼吸作用釋放二氧化碳實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖3 所示：實(shí)驗(yàn)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(jìn)后探究呼吸作用釋放二氧化碳實(shí)驗(yàn)裝置

2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

1）將萌發(fā)種子和炒熟種子分別裝入甲、乙2個(gè)等大廣口瓶中。

2）分別將裝有分液漏斗和玻璃導(dǎo)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(jìn)入相對(duì)應(yīng)的A 試管和B 試管中。

4）觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：裝有炒熟種子瓶內(nèi)的氣體不能使澄清的石灰水變渾濁；裝有萌發(fā)種子瓶內(nèi)產(chǎn)生的氣體使澄清石灰水變渾濁。說明呼吸作用產(chǎn)生了二氧化碳。

2.2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)（對(duì)照?qǐng)D4 教材實(shí)驗(yàn)裝置）

圖4 教材探究呼吸作用釋放二氧化碳實(shí)驗(yàn)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(jìn)實(shí)驗(yàn)中將普通漏斗改為分液漏斗，一方面增強(qiáng)裝置的氣密性，另一方面也使向瓶內(nèi)加水環(huán)節(jié)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(nóng)村中學(xué)幾乎找不到這樣的閥門，即使勉強(qiáng)擁有也僅夠演示實(shí)驗(yàn)使用，不能滿足全體學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)器材易獲得且操作方便，解決了農(nóng)村中學(xué)實(shí)驗(yàn)器材匱乏的問題，滿足全員參與實(shí)驗(yàn)的需要。

3 探究呼吸作用吸收氧氣實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)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(huán)保型氣體發(fā)生器組成。

圖5 改進(jìn)后探究呼吸作用吸收氧氣的實(shí)驗(yàn)裝置

3.1 實(shí)驗(yàn)步驟

1）實(shí)驗(yàn)前6～7 h，準(zhǔn)備好改進(jìn)的安全環(huán)保型氣體發(fā)生器2 個(gè)，分別標(biāo)為甲、乙。將已萌發(fā)的種子放入甲瓶中，將等量未萌發(fā)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(jìn)后甲、乙安全環(huán)保型氣體發(fā)生器置于水槽內(nèi)，同時(shí)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(zhǔn)，進(jìn)行密封放置。

3）實(shí)驗(yàn)時(shí)分別點(diǎn)燃甲、乙2 個(gè)瓶中的蠟燭，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?？捎^察到，甲裝置中燃燒的小蠟燭迅速熄滅，乙裝置內(nèi)小蠟燭繼續(xù)燃燒，即可判斷甲裝置蠟燭熄滅是因?yàn)槿鄙傺鯕?，說明呼吸作用消耗了氧氣。

3.2 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新及改進(jìn)原因

1）實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)。制作環(huán)保型氣體發(fā)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(jìn)行切割，切下瓶底，并在其上均勻打15～20 個(gè)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(nèi)壁的結(jié)合處用502 膠粘合。

圖6 環(huán)保型氣體發(fā)生器的制作

2）改進(jìn)原理及創(chuàng)新性。對(duì)照?qǐng)D7，分析教材實(shí)驗(yàn)中甲瓶內(nèi)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(fā)種子呼吸作用產(chǎn)生大量的二氧化碳使蠟燭熄滅，教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)忽略了二氧化碳這一因素。本實(shí)驗(yàn)中，將廣口瓶換為改進(jìn)的安全環(huán)保型氣體發(fā)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(chǎn)生的二氧化碳，遵循實(shí)驗(yàn)單一變量的原則，從而避免二氧化碳?xì)怏w對(duì)本實(shí)驗(yàn)的干擾，使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。學(xué)生根據(jù)氣體發(fā)生器的原理，采用身邊易獲得的廢塑料瓶制造簡易氣體發(fā)生器，在學(xué)校、在家都可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生的參與度，同時(shí)，也起到了宣傳環(huán)保及廢物再利用的作用。此外，環(huán)保型氣體發(fā)生器相對(duì)于廣口瓶而言，具有瓶內(nèi)空間大、易操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、易于觀察及實(shí)驗(yàn)器材不易破碎的優(yōu)點(diǎn)。

圖7 教材探究呼吸作用吸收氧氣的實(shí)驗(yàn)裝置［2］

4 拓展試驗(yàn)，豐富概念內(nèi)涵

教材中探究植物呼吸作用只采用了種子為實(shí)驗(yàn)材料，為豐富綠色植物呼吸作用的內(nèi)涵，在教學(xué)中又設(shè)計(jì)增加一個(gè)探究土豆塊莖呼吸作用吸收氧氣的實(shí)驗(yàn)。

探究土豆塊莖呼吸作用吸收氧氣實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)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(shí)倒入2 個(gè)水槽中使鐘罩底部密封（實(shí)踐證明土豆切片使用，比用整個(gè)土豆實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯）。2）放置4 h后，將燃燒的蠟燭伸入容器內(nèi)，觀察蠟燭燃燒情況。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：裝有生土豆片的玻璃鐘罩內(nèi)燃燒的蠟燭迅速熄滅，裝有煮熟土豆片的玻璃鐘罩內(nèi)蠟燭正常燃燒。

本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：裝置內(nèi)部空間大，能放置較多的土豆片，實(shí)驗(yàn)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(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w對(duì)本實(shí)驗(yàn)的干擾,有利于證明呼吸作用吸收氧氣使蠟燭熄滅。當(dāng)鐘罩內(nèi)二氧化碳濃度減小時(shí)，植物的呼吸作用加強(qiáng)，從而加快反應(yīng)速度，可在短時(shí)間內(nèi)觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 增加土豆塊莖呼吸作用實(shí)驗(yàn)，目的是讓學(xué)生理解綠色植物各個(gè)器官都進(jìn)行呼吸作用，學(xué)生可再自行拓展用綠色植物的花和葉等器官進(jìn)行探究，使綠色植物呼吸作用這一重要概念的內(nèi)涵更加豐富全面。

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)打破常規(guī)，突破教材的約束，實(shí)驗(yàn)材料的選擇、實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排，每一項(xiàng)微小的改進(jìn)都是在教學(xué)實(shí)踐過程中不斷摸索而產(chǎn)生，立足鄉(xiāng)村學(xué)校課堂教學(xué)實(shí)際情況，聯(lián)系學(xué)生的生活實(shí)際，充分挖掘和利用學(xué)生身邊熟悉的課程資源，在進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)的過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，同時(shí)，也在不斷創(chuàng)新實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長。