自制初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置兩例

吳笑臣

(贛南師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 贛州 341000)

我國(guó)一些經(jīng)濟(jì)較落后地區(qū)特別是農(nóng)村中學(xué)，由于缺乏實(shí)驗(yàn)設(shè)備、材料與用具，實(shí)驗(yàn)開出率并不高[1]。近年來，筆者在執(zhí)教“中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究”課程的過程中，利用生活化材料設(shè)計(jì)制作一些簡(jiǎn)易的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，取得較好的效果。現(xiàn)舉兩例，供實(shí)驗(yàn)條件不足學(xué)校的教師參考。

1 視覺、近視的形成及矯正模擬實(shí)驗(yàn)裝置

在人教版生物學(xué)教材七年級(jí)(下)第6章第1節(jié)“人體對(duì)外界環(huán)境的感知”一節(jié)中，安排了“眼和視覺”“近視及其預(yù)防”的教學(xué)內(nèi)容，其知識(shí)基礎(chǔ)——凸透鏡成像要到八年級(jí)才學(xué)。為了彌補(bǔ)這項(xiàng)不足，設(shè)計(jì)制作如下實(shí)驗(yàn)裝置(圖1)，在教學(xué)中模擬視覺、近視的形成及矯正過程。

圖1 視覺、近視的形成及矯正模擬實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 (A白屏，B放大鏡，C架子，D手電筒)

1.1 材料用具 白屏(1張A4紙大小的白色塑料板或紙板)、2個(gè)焦距大小不同的放大鏡(帶柄，能插在架上)、1個(gè)架子(可用礦泉水瓶代替)、手電筒(LED光源)、1副近視眼鏡(500度以上)。

1.2 安裝器材 ①放大鏡甲(薄)模擬正常眼睛的晶狀體，放大鏡乙(厚)模擬用眼過度晶狀體變凸不能恢復(fù)原狀。將放大鏡插在架上，通過左右移動(dòng)架子就能調(diào)整放大鏡的位置，使像落在白屏上。②手電筒發(fā)光模擬外界物體反射的光，進(jìn)入人眼成像，人就看見該物體。在手電筒光源前的玻璃上貼一個(gè)帶小箭頭的標(biāo)簽，白屏上會(huì)出現(xiàn)倒立的小箭頭，便于觀察。③白屏模擬視網(wǎng)膜，手電筒發(fā)出的光經(jīng)放大鏡折射后在白屏上成像，上面顯示倒立的小箭頭。白屏插在1個(gè)簡(jiǎn)易的底座上面，可以左右移動(dòng)，展示成像位置的不同。④近視眼鏡用于演示近視的矯正。

1.3 模擬視覺實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程 具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程如下：

1.3.1 模擬視覺的形成 讓手電筒與放大鏡甲的中心處于相同高度，打開手電筒開關(guān)，調(diào)整手電筒、放大鏡和白屏三者之間的距離，直至在白屏上形成清晰的像。教師設(shè)問：“模擬實(shí)驗(yàn)中放大鏡、白屏分別相當(dāng)于眼球的哪個(gè)結(jié)構(gòu)？”稍后揭示答案(放大鏡相當(dāng)于晶狀體，白屏相當(dāng)于視網(wǎng)膜)。然后講述視覺的形成過程。

1.3.2 模擬近視的產(chǎn)生 教師設(shè)問：“近視時(shí)，外界物體在視網(wǎng)膜成像將發(fā)生什么變化？”教師更換放大鏡乙，引導(dǎo)學(xué)生觀察像的變化(變得模糊)。然后，將白屏逐漸往中間移動(dòng)，再次引導(dǎo)學(xué)生觀察像的變化(在某個(gè)位置像又變清晰)。引導(dǎo)學(xué)生說出兩次成像的區(qū)別，即“與薄放大鏡相比，厚放大鏡會(huì)聚光線能力更強(qiáng)，光線透過厚放大鏡后在更近的地方成像”。接著，教師講解近視的成因包括：“晶狀體過度變凸且不能恢復(fù)原狀，或者先天性的眼球前后徑過長(zhǎng)”。

1.3.3 模擬近視的矯正 近視后又如何矯正呢？教師將白屏退回至最初位置，在放大鏡與手電筒之間放置一副近視鏡。調(diào)整眼鏡的位置，使像重新變得清晰。教師講解：“近視鏡是凹透鏡，它具有發(fā)散光線的作用。經(jīng)過凹透鏡的矯正，外界物體所成的像又可重新落在視網(wǎng)膜上，形成清晰的物像。”

1.4 模擬視覺實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果 這個(gè)自制的實(shí)驗(yàn)裝置是利用放大鏡、手電筒和塑料板或紙板等生活化材料，模擬眼球中的晶狀體、視網(wǎng)膜等結(jié)構(gòu)，模擬視覺、近視的形成及矯正過程，不但激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，而且化解視覺形成、近視產(chǎn)生等知識(shí)難點(diǎn)，加深對(duì)眼球結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)識(shí)。

2 種子萌發(fā)、集氣及檢驗(yàn)裝置

在人教版生物學(xué)教材七年級(jí)(上)第5章第2節(jié)“綠色植物的呼吸作用”一節(jié)中，安排“種子萌發(fā)產(chǎn)生二氧化碳”的演示實(shí)驗(yàn)。教材中該實(shí)驗(yàn)裝置在實(shí)際教學(xué)中存在如下問題：①注水排氣時(shí)，注入的清水會(huì)溶解部分二氧化碳，導(dǎo)致二氧化碳量的減少，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯；②在引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)時(shí)，少數(shù)學(xué)生不理解通過漏斗向廣口瓶?jī)?nèi)注入清水的目的，即不理解注水排氣的原理；③實(shí)驗(yàn)裝置較為復(fù)雜，組裝起來較麻煩，如果組裝不好會(huì)漏氣。為了解決這些存在的問題，自制了“種子萌發(fā)集氣及檢驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)裝置。

2.1 材料用具 2個(gè)透明的塑料瓶、2個(gè)帶粘性底板的掛鉤、2個(gè)紗布袋、2支醫(yī)用注射器、燒杯、吸管、新制的澄清石灰水。

2.2 安裝器材 ①2個(gè)塑料瓶的瓶蓋做如下處理：用帶粘性底板的掛鉤粘在瓶蓋的里面，便于掛住紗布袋。每個(gè)瓶蓋都用針預(yù)先鉆一個(gè)小孔，然后用透明膠帶封住。實(shí)驗(yàn)時(shí)，用注射器從此孔向瓶?jī)?nèi)注入澄清石灰水。②實(shí)驗(yàn)課前做好紗布袋，用來裝萌發(fā)的種子和滅活的種子。稱量2份綠豆種子，一份萌發(fā)，另一份煮熟滅活。待種子出芽后與滅活的種子裝入紗布袋，分別掛在1號(hào)和2號(hào)塑料瓶蓋的掛鉤上。放置24 h左右，保證活的種子瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生足量的二氧化碳。

2.3 演示種子實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程 具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程如下：

2.3.1 提出問題 種子萌發(fā)的過程中是否產(chǎn)生二氧化碳？

2.3.2 實(shí)驗(yàn)方案 因?yàn)槠吣昙?jí)的學(xué)生沒有學(xué)習(xí)過化學(xué)，所以教學(xué)程序確定為：如何檢驗(yàn)二氧化碳？如何獲得種子萌發(fā)產(chǎn)生的氣體，并且檢驗(yàn)是不是二氧化碳？前者利用向澄清石灰水吹氣實(shí)驗(yàn)來解決，后者利用種子萌發(fā)集氣及檢驗(yàn)裝置來解決。

2.3.3 實(shí)驗(yàn)操作 向澄清石灰水吹氣實(shí)驗(yàn)：教師首先說明二氧化碳具有使澄清石灰水變混濁的性質(zhì)，然后拿出預(yù)先準(zhǔn)備的2個(gè)小燒杯，往里面倒入少量的澄清石灰水，用吸管往其中一個(gè)燒杯內(nèi)吹氣，提示學(xué)生仔細(xì)觀察澄清石灰水的變化。此實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谧寣W(xué)生知道二氧化碳的檢測(cè)方法。種子萌發(fā)集氣及檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：首先介紹實(shí)驗(yàn)裝置，讓學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理。然后請(qǐng)一個(gè)學(xué)生做助手，兩人同時(shí)用注射器抽取約10 mL澄清石灰水，刺破小孔上的透明膠帶并注入石灰水，注意石灰水要從瓶壁流到底部，而不要沾到紗布袋上。然后輕輕晃動(dòng)瓶子，觀察現(xiàn)象。其間設(shè)置3個(gè)關(guān)鍵問題：①預(yù)測(cè)幾號(hào)瓶中的石灰水會(huì)變混濁？②為什么要用兩個(gè)瓶子？③為什么要在大約一天前放入種子，臨時(shí)放置種子行不行？通過這些問題，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)的必要性，明白只有存活的種子才具有呼吸作用。

2.4 演示種子實(shí)驗(yàn)后的結(jié)論 引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，解答上述3個(gè)問題，得出結(jié)論：種子在萌發(fā)過程中會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。種子萌發(fā)集氣及檢驗(yàn)裝置與教材中的不同之處在于沒有采用注水排氣法，而是將生成的二氧化碳保留在塑料瓶中，這種逆向思維有利于學(xué)生創(chuàng)新思維的形成與發(fā)展。