植物光合作用吸收二氧化碳的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

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摘要:利用金魚藻為實(shí)驗(yàn)材料，重新設(shè)計(jì)“植物光合作用吸收二氧化碳”實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)操作更加簡(jiǎn)單、現(xiàn)象更加明顯、時(shí)間更加可控，便于學(xué)生觀察和操作。

關(guān)鍵詞:初中生物學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);光合作用;二氧化碳

1問題提出

“植物光合作用吸收二氧化碳”實(shí)驗(yàn)是蘇科版《生物》八年級(jí)上冊(cè)“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定”中的演示實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)是對(duì)七年級(jí)綠色植物進(jìn)行光合作用這一知識(shí)點(diǎn)的補(bǔ)充和完善。教材中，該實(shí)驗(yàn)的裝置是大廣口瓶中放置盆栽植物，光照2h后，揭開瓶塞，滴加溴麝香草酚藍(lán)試劑。在實(shí)際的實(shí)施過程中，遇到多個(gè)不利于該實(shí)驗(yàn)開展的困難，如:如此大的廣口瓶不易購(gòu)置;滴加溴麝香草酚藍(lán)溶液量少，不利演示;2h內(nèi)測(cè)試的植物是否能把瓶?jī)?nèi)的二氧化碳消耗完等。為使實(shí)驗(yàn)更加有效，在教學(xué)實(shí)施過程中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置和步驟做了重新設(shè)計(jì)，取得很好的效果。

2原理和方法

2．1實(shí)驗(yàn)原理

溴麝香草酚藍(lán)試劑(BTB試劑)是一種酸堿指示劑，在堿性溶液中呈藍(lán)色，在酸性溶液中呈黃色。BTB試劑也是一種生物活性指示劑，對(duì)生物活性沒有影響。當(dāng)水中溶有二氧化碳后會(huì)形成碳酸，而碳酸是弱酸性，可使BTB溶液由藍(lán)色變成黃色。水生植物光合作用消耗了水中的二氧化碳后，水體偏向堿性，指示劑也發(fā)生相應(yīng)的顏色變化。

2．2實(shí)驗(yàn)材料

白色透明礦泉水瓶4個(gè)，溴麝香草酚藍(lán)試劑1瓶，2000mL大容器1個(gè)，吸管1支，金魚藻6株，黑色塑料袋1個(gè)。2．3實(shí)驗(yàn)方法具體如下:(1)材料準(zhǔn)備將4個(gè)礦泉水瓶進(jìn)行編號(hào)1、2、3、4，用大容器準(zhǔn)備2000mL水。(2)加入BTB試劑在水中加入溴麝香草酚藍(lán)試劑(BTB)10mL，攪拌均勻后溶液呈現(xiàn)藍(lán)色。(3)加入CO2取上述溶液將1號(hào)瓶加滿，向剩下的溶液中吹氣以加入CO2，直至溶液變?yōu)辄S色。(4)加入植物溶液顏色發(fā)生變化后，分裝入2、3、4號(hào)瓶直至裝滿。在3號(hào)、4號(hào)瓶中加入等量金魚藻各3株，加蓋密封。將4號(hào)瓶套上黑色塑料袋，進(jìn)行遮光處理。(5)光照將實(shí)驗(yàn)裝置4個(gè)瓶子一起移至光下進(jìn)行光照，3號(hào)瓶顏色發(fā)生變化時(shí)則實(shí)驗(yàn)結(jié)束。(6)收回裝置，觀察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并分析。

3結(jié)果與分析

3．1結(jié)果

記錄了實(shí)驗(yàn)前后各瓶中水體(酸堿指示劑)顏色變化。光照后，1號(hào)瓶溶液仍然為藍(lán)色，2號(hào)和4號(hào)瓶溶液仍然黃色，說明其中水體的酸堿度沒有明顯變化;3號(hào)瓶溶液由原來的黃色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)色，水體酸性減弱。

3．2結(jié)果分析

①1號(hào)瓶溶液中沒有二氧化碳，呈現(xiàn)藍(lán)色，2號(hào)瓶中吹入二氧化碳，呈現(xiàn)黃色，說明有酸性。1號(hào)瓶和2號(hào)瓶分別代表沒有二氧化碳和有二氧化碳的對(duì)照。經(jīng)受陽(yáng)光照射后顏色無變化，由此也可以排除光對(duì)溴麝香草酚藍(lán)試劑的影響，使實(shí)驗(yàn)更有說服力。②3號(hào)瓶溶液由原來和2號(hào)瓶相同的黃色轉(zhuǎn)變成了與1號(hào)瓶相同的藍(lán)色，由此證明，3號(hào)瓶溶液中原有的二氧化碳消失，證明植物光合作用吸收二氧化碳。③3號(hào)瓶和4號(hào)瓶進(jìn)行對(duì)比，遮光的4號(hào)瓶溶液仍然為黃色，證明植物光合作用需要在有光的條件下才可以進(jìn)行，植物光合作用可以吸收二氧化碳。

4設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

(1)材料易尋:礦泉水瓶具有易得、容易操作不易碎等優(yōu)點(diǎn)。金魚藻是常見的水生植物，就算沒有金魚藻，只要能在水中生長(zhǎng)的植物都可以替換，如蜈蚣藻、椒草等常見植物。如果沒有以上植物，可以將瓶子在實(shí)驗(yàn)前先放小半瓶水開蓋培養(yǎng)幾天，過不了多久，瓶底就可以長(zhǎng)出一層青苔，這時(shí)就可以繼續(xù)本實(shí)驗(yàn)。筆者通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)用青苔做實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象依舊明顯。(2)操作簡(jiǎn)單:無需考慮容器大小、密封等問題，操作步驟也很簡(jiǎn)單。3號(hào)和4號(hào)瓶的對(duì)比不僅可以證明光合作用需要二氧化碳，還可以證明光合作用需要光。該實(shí)驗(yàn)即節(jié)約了實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)時(shí)間，又提高了效率。(3)時(shí)間可控:在本實(shí)驗(yàn)中3號(hào)瓶顏色發(fā)生變化的時(shí)刻就是實(shí)驗(yàn)結(jié)束的時(shí)刻。實(shí)驗(yàn)時(shí)間變得明顯可控，既不用如教材所說等上2h，也不用擔(dān)心二氧化碳沒有被利用完。根據(jù)本人預(yù)實(shí)驗(yàn)所得出的結(jié)果，在上午8:00～9:00晴天正常光照下，40min左右3號(hào)瓶顏色即可變化。(4)現(xiàn)象明顯:相比較于教材中的幾滴試劑，本實(shí)驗(yàn)中水量增加后藍(lán)色和黃色還是區(qū)分很明顯的。不管是用于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)還是教師演示實(shí)驗(yàn)，從中分析都很容易得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論，證明植物光合作用吸收了二氧化碳。(5)課內(nèi)課外:當(dāng)給學(xué)生提供BTB試劑后，學(xué)生回家可以依照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)單，利用自己家中的植物，在家就可以完成實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象。這樣設(shè)計(jì)可以讓生物學(xué)實(shí)驗(yàn)不限于課堂之上，還可以延伸到課外甚至家中。

作者:莊旭芬 單位:蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院 江蘇省丹陽(yáng)市華南實(shí)驗(yàn)學(xué)校