“探究環境因素對光合作用強度的影響”實驗改進設計

王婧晗

摘 要：為了更好地凸顯實驗效果，通常要對實驗進行改進設計。光合作用的知識作為高中生物的重要內容，其相關實驗改進關系到我們高中生對植物生長部分知識的有效學習。本文站在高中生的角度下，討論了“探究環境因素對光合作用強度的影響”實驗改進設計，希望能對學生學習光合作用原理及其應用提供幫助。

關鍵詞：高中生物;實驗;改進設計

一、實驗內容分析

本實驗屬于植物生長部分光合作用范圍的內容，實驗主要探究二氧化碳濃度、光照強度、等外部環境因素給植物光合作用強度帶來的影響。本實驗一般用材為菠菜，主要選擇“真空滲水法”。大量結果表明，以菠菜為材料的情況下，實驗操作復雜，且時間長，對于我們來說，并不能在一節課上完成。但是不做實驗，又不利于我們對這部分內容的深入理解。為了簡化具體操作流程，優化實驗結果，從實驗材料、用具、裝置及步驟等方面入手對本實驗進行改進設計是十分有必要的。

二、實驗前準備

（一）實驗裝置改進

為消除教室自然光對實驗結果的影響，防止強度相異的光之間相互影響，將一門式暗箱改進成多門式。光源則用五檔位可控LED代替以往的不可控白熾燈，有效規避后者散熱對實驗結果的影響。至于光合作用強度的顯示，則用U型管液面進行直觀地表示。以貼有濾光片的透明塑料板制造出不同波長的光，改進過去頻繁換燈泡的問題。

（二）實驗材料、用具改進

通過對菠菜、番薯葉、落葵、水藻等的比較，發現落葵、水藻是較為理想的實驗材料，前者葉片大而厚，具有較多的葉綠體，后者光合作用旺盛，在保證光照充足的情況下，很短的時間內就可以看到后者切口冒出氣泡。因此，用水藻代替菠菜。為了維持光合作用中二氧化碳濃度，采用緩沖液碳酸氫鈉溶液，改進以往的吸管吹氣法。制作脫氣葉片常用到醫用注射器，根據相關研究中的方法，在其前端接頭皮針，并用夾子夾好。置于脫氣葉片的大小，則以直徑0.4厘米為宜。

三、實驗過程

（一）確定探究思路

探究過程中，我們首先要解決的問題是“誰為自變量、因變量”、“具體如何設置與檢測”。根據所學的光合作用知識對其進行確定，為實驗操作創造良好條件。同時，進行實驗結果猜想。其次，解決“如何在實驗中實施控制變量法，從而得出較為準確的實驗結果”的問題。設計實驗方案，通過調節自變量觀察因變量的變化。最后，解決“如何處理實驗結果，得出實驗結論”的問題。記錄觀察到的數據，驗證自己的猜想。

（二）設計實驗方案

實驗一（二氧化碳濃度的影響）：打開LED燈，創造相同的光源條件;在四個濃度依次為50、100、150、200毫摩爾每升的碳酸氫鈉溶液中浸泡5個直徑為0.4厘米的水藻脫氣葉片，置于暗箱中進行觀察，記錄每個燒杯中葉片上升到葉面的時間。

實驗二（光照強度的影響）：U型管主管上安裝玻璃閥門，支管接廣口瓶;將暗箱與安裝好的U型管連接，接5個U型管、5個廣口瓶，并在管上貼刻度紙;廣口瓶中加入濃度、質量相同的有色液體，浸泡生理狀態接近相同的水藻;打開LED燈，確定暗箱第一個門到第五個門光強依次增大，記錄葉面刻度。

實驗三（光質的影響）：打開LED燈，創造相同的光源條件;暗箱內放置貼有不同濾光片的透明塑料板，制造不同波長的光質，儀器安裝等其他操作和實驗二相同，記錄葉面刻度。

（三）預設實驗結論

實驗一：二氧化碳濃度越高，光合作用越強;

實驗二：光照強度越大，光合作用越強;

實驗三：光質為白光，光合作用越強;光質為綠光，光合作用越弱。物理知識告訴我們，人眼看到什么樣的顏色，是物體反射出了什么樣的光。綠色植物并不吸收綠光，所以綠光下光合作用最弱。

（四）記錄實驗結果

實驗一：同一光照條件下，濃度為50毫摩爾每升的碳酸氫鈉溶液中，水藻脫氣葉片的上升時間最長，為986秒，而濃度為200毫摩爾每升的碳酸氫鈉溶液中，水藻脫氣葉片上升時間最短，為685秒。中間濃度100、150則分別為800、722秒。

實驗二：LED燈為五檔位時，五號U型管液面上升高度最高，為4.5厘米;LED燈為一檔位時，一號U型管液面上升高度最低，為0.8毫米。二、三、四號液面上升高度依次為1.6、2.7、3.5厘米。

實驗三：同一強光條件下，光質為白光時，五號U型管液面上升高度最高，為4.6厘米;光質為綠光時，二號U型管液面上升高度最低，為2.75厘米。

（五）驗證預設結果

通過對實驗結果的分析發現，所得出的結論與預設結論基本一致，也與教材上的知識點相符合。

四、結語

生物實驗在我們高中生的生物學習中起輔助作用，它能將抽象的知識以直觀的形式展示出來，加深我們的理解。我們在做實驗的過程中，不僅要學習如何用實驗儀器、材料及用具改進實驗，通過實驗操作解決自己學習中的困惑，還要充分地把握生物基礎知識，由此入手進行深入式的探究，獲得科學的思維方法。只要這樣，我們的生物學習水平才會得到進一步的提升。

參考文獻

[1]李勇，楊玲，劉明泉.“探究環境因素對光合作用強度的影響”實驗改進及教學設計[J].中學生物教學，2018（Z1）：74-76.

[2]王菁.“探究環境因素對光合作用強度的影響”實驗教學設計[J].生物學教學，2018，43（08）：63-64.

本文指導老師：丁娟。