提高呼吸作用相關實驗效率的自制裝置

夏曙華

(福建省三明市第四中學 365001)

朱毅鴻

(福建省三明市三元區進修學校 365001)

筆者經過實踐探索，設計制作了簡易實驗裝置，利用該裝置可以完成“種子在萌發過程中消耗氧氣” “種子在萌發過程中產生二氧化碳” “發酵現象”等與呼吸作用相關的多個實驗，實驗裝置制作簡便，操作過程簡單，效果直觀明顯。

1 實驗裝置制作

1.1 材料用具 有蓋(螺口)廣口塑料瓶(400mL左右)、一次性輸液器、一次性注射器(20mL)、氣球、雙面膠、尖頭鑷子等。

1.2 裝置安裝 如圖1所示，瓶蓋的處理方法是：尖頭鑷子尖燒紅，從瓶蓋外向內分別刺兩個小孔(孔的大小分別與輸液器針頭和去掉針頭的注射器針筒下端相同)，兩孔都貼上兩層雙面膠(用于接縫處密封，其優點是不像橡皮泥、凡士林會受季節影響)，截取一次性輸液器連針帶管(帶閥門)45cm長，將輸液器針頭刺入相應小孔。將一次性注射器針筒上的針頭去掉，將針筒上端突出的邊緣剪去，修順，將針筒下端刺入另一相應小孔，取一氣球套在針筒上端。

圖1 裝置圖

2 裝置應用

2.1 探究“植物的呼吸作用” 利用自制的裝置實驗，可以將人教版生物學七年級上冊 “綠色植物的呼吸作用”這節課中“種子在萌發過程中產生二氧化碳” “種子在萌發過程中消耗氧氣”兩個實驗合二為一。

(1)實驗準備 ①準備兩個相同的裝置，分別稱取相同的新鮮綠豆各50g，分裝在2個瓶中，各量取100mL清水浸泡綠豆，24h后，將其中一裝置中正在萌發的綠豆取出，用剛煮開的水燙5min，密封冷卻或用涼開水沖涼(主要是減少雜菌污染)后，裝回原瓶中。將兩裝置貼上標簽，分別標注甲(萌發的種子)、乙(燙過的種子)。兩個裝置旋緊瓶蓋，關閉閥門，氣球套在注射器針筒上端，因為氣球只是用于封口，可將氣球打個結，再過12～15h后可開始實驗。②將一段鐵絲繞在注射器針頭上，截取一小段生日蠟燭，插在注射器針頭的上端開口中(圖2)，用于檢驗氧氣是否被消耗。

圖2 檢驗的裝置

(2)實驗教學過程 ①“種子在萌發過程中產生二氧化碳”：將兩裝置的膠管分別通入等量的澄清石灰水，打開閥門，若通入的氣體不足，可稍擠瓶身。(實驗完畢及時關閉閥門，注意避免石灰水回吸)。觀察并描述現象：甲裝置(萌發的種子)產生的氣體使石灰水變渾濁(圖3)，乙裝置通入的石灰水沒有變渾濁。分析現象，得出結論：種子萌發的過程產生二氧化碳。②“種子在萌發過程中消耗氧氣”：手持鐵絲，將蠟燭點燃(圖4)，取下裝置上的氣球，迅速將燃燒的蠟燭伸入注射器針筒(實驗完畢及時套上氣球，準備用于下個班實驗)。觀察并描述現象：伸入甲裝置中的蠟燭熄滅，伸入乙裝置中的蠟燭繼續燃燒(圖5)。分析現象，得出結論：種子在萌發過程中消耗氧氣。

圖3 甲裝置通入澄清石灰水

用自制裝置進行實驗，易于操作，安全，實驗效果明顯。兩個實驗合二為一，節約了材料用具。用閥門容易控制氣體的出量；在注射器針筒內檢驗氧氣是否被消耗，就不用開蓋檢驗，而且用氣球封口針筒上端容易控制開閉，所以準備一個裝置實驗即使是連續上三節課都能重復演示，用于幾個平行班的教學，大大減少了種子的用量，節約了實驗成本。因裝置制作簡便，很容易準備兩個相同裝置，設計成對照實驗，增加實驗的可信度，提高了學生的探究意識。

實驗拓展應用：“植物的呼吸作用”的前一節課有個 “光合作用釋放氧氣”實驗， 實驗成功率較低，可利用本裝置將萌發的種子產生的二氧化碳，通入“光合作用釋放氧氣”的裝置中，為植物光合作用提供原料，以提高“釋放氧氣”的效率。然后將本裝置開蓋透氣，再旋緊瓶蓋，關閉閥門，正好用于 “種子萌發產生二氧化碳”的實驗。而“植物的呼吸作用”這節課結束后，正萌發的綠豆還可用于發豆芽，不會浪費，學生也很有興趣。

2.2 探究“發酵現象” 利用自制的裝置還可完成人教版八年級生物學上冊中演示實驗“發酵現象”。這里的發酵指的就是酵母菌的無氧呼吸。

(1) 實驗準備 干酵母5g、白糖20g、溫開水、涼開水、溫度計、量筒等。

(2) 實驗教學過程 ①實驗操作：將氣球擠癟，套在針筒上，關閉閥門。將干酵母5g、白糖20g加入瓶中，將水溫調到43℃，量取200mL加入瓶中，迅速旋緊瓶蓋(避免熱量散失)，將瓶內物質搖勻(注：干酵母、白糖、水溫、水量的具體數據通過反復實驗獲得，可以保證在短時間出現發酵現象，有利于課內操作、觀察)；②等待10min。此時間內可指導學生熟悉制作米酒的步驟，并完成制作米酒各步驟原理的分析(供參考)；③觀察并描述發酵現象：液體出現大量氣泡，氣球脹大；④檢驗：將膠管通入石灰水，打開閥門(圖6)(注意不要讓瓶中液體進入石灰水，會干擾實驗現象)；打開氣球，聞氣味(學生對酒味還是陌生的，可讓學生對照聞聞酒精的氣味，進行判斷)；⑤分析現象，得出結論：澄清石灰水變渾濁(說明：酵母菌發酵，產生的氣體是二氧化碳)；有酒味，推測：酵母菌發酵還產生酒精。

圖6 發酵現象檢驗

也可對發酵產生酒精進行檢驗：分別量取5mL發酵液和5mL酒精倒入試管內，分別滴入酸性重鉻酸鉀溶液，可見發酵液和酒精均變為灰綠色，證明發酵液中有酒精產生。

用自制裝置進行實驗，操作簡便，現象明顯。同時，可以直接證明產生的氣體是二氧化碳，檢驗發酵的產物，促進學生對發酵原理的理解。

多備幾個裝置可將演示變為學生分組實驗，以提高學生學習的主動性。還可以設計成學生探究實驗，探究的變量可以是溫度、酵母菌、白糖(有機物)、水等，學生可根據興趣選擇要探究的問題，體現學生的主體地位。同時，培養學生的探究意識，提高學生的探究能力。