初中生物“植物的光合作用”教學(xué)設(shè)計及實驗改進

摘 要：“植物的光合作用”是初中生物教學(xué)的重點內(nèi)容，學(xué)生自主設(shè)計實驗可以提升實驗設(shè)計能力。筆者對教材中的實驗及教學(xué)設(shè)計進行了進一步優(yōu)化，在課堂設(shè)計上利用探究的方式，并使用BTB指示劑、改進裝置等方法改進實驗，以期在課堂上激發(fā)學(xué)生的興趣，使實驗更具可操作性。

關(guān)鍵詞：植物的光合作用;初中生物;實驗教學(xué);金魚藻;BTB溶液

中圖分類號：G427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-624X（2021）10-0073-02

引 言

浙教版八年級下冊第三章第六課“植物的光合作用”是初中生物教學(xué)的重點內(nèi)容，在已知光合作用的條件和產(chǎn)物的情況下，讓學(xué)生自主設(shè)計實驗驗證光合作用的產(chǎn)物（淀粉）、條件和場所，是初中階段的重要實驗。目前初中教學(xué)任務(wù)重，教師在課堂上難以有效提升學(xué)生的實驗設(shè)計能力，但提升這一能力對學(xué)生而言非常重要。因此，筆者對教學(xué)思路和實驗進行了一定的調(diào)整。

在第一課時的學(xué)習(xí)后，學(xué)生已經(jīng)了解了光合作用的條件、原料及生成物，本節(jié)課主要通過實驗設(shè)計使學(xué)生理解植物光合作用的原理，學(xué)會根據(jù)實驗?zāi)康募翱刂谱兞糠ㄔ瓌t設(shè)計實驗[1]。

本節(jié)課的實驗?zāi)康氖球炞C植物光合作用的產(chǎn)物有淀粉，條件有光照和葉綠體[2]。

一、“植物的光合作用”教學(xué)設(shè)計第一課時

（一）引入

浙教版教材中直接呈現(xiàn)驗證過程，實驗過程較為科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)。深度學(xué)習(xí)理論認為，教師創(chuàng)設(shè)促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)的課堂情境，可提出一個令學(xué)生感興趣的真實問題，將知識遷移至情境中，引導(dǎo)學(xué)生思考，以實現(xiàn)對真實問題的解決。

因此，筆者將該實驗改為以杭州亞運會為背景的活動。筆者將班級分為若干小組，分給各組經(jīng)過紙片（HZ2022字樣）遮光處理的葉片，活動目標(biāo)為讓樹葉上的字浮現(xiàn)出來。筆者為學(xué)生提供了一定的信息：葉片上的隱形字需要通過一定技術(shù)顯現(xiàn)出來，有無字部分區(qū)別在于遇碘液是否會變藍。

（二）驗證“光合作用需要光照”的實驗

當(dāng)教師請學(xué)生初步設(shè)想實驗方案時，學(xué)生會提出將碘液滴在葉片上。教師可提問有無需要糾正的內(nèi)容，引出脫色處理：葉片原有顏色對實驗有所干擾，需先將顏色褪去。教師可提示學(xué)生葉綠素只能溶解在酒精中。學(xué)生提出將葉片放入酒精中并加熱。教師繼續(xù)提問是否有需要改進的地方，學(xué)生提出酒精加熱會燃燒，可用水浴加熱法來漂洗葉片，滴加碘液，再洗去浮色。

教師可提問學(xué)生葉片變藍的原因，同時給出信息“碘遇淀粉會變藍”，同時提示學(xué)生“植物光合作用產(chǎn)生淀粉，光是光合作用必備條件”。學(xué)生回答，因為有無光照決定了有無進行光合作用，是否產(chǎn)生淀粉，從而驗證了植物光合作用需要光照。教師可以提問，有的學(xué)生已經(jīng)對葉子進行了遮光處理，但葉子整張都變藍是什么原因。學(xué)生猜測是之前的淀粉對實驗的影響，從而提出暗處理一晝夜。

（三）驗證“光合作用需要葉綠體”的實驗

教師提問：如何設(shè)計實驗，證明光合作用的場所是葉綠體？教師通過資料小卡片告訴學(xué)生，銀邊天竺葵是天竺葵的變種，葉片邊緣呈白色，不含葉綠體。此時，教師為學(xué)生預(yù)留5分鐘時間，讓學(xué)生進行小組合作討論，并請每個小組派一名代表介紹實驗方案。

在學(xué)生展示方案后，教師請各組學(xué)生提出意見并改進方案。教師總結(jié)內(nèi)容，完善實驗方案：第一步，取暗處理的銀邊天竺葵;第二步，用兩張黑紙片上下夾住葉片遮光，此時的變量為是否有光照;第三步，放在光下照射4小時;第四步，摘下葉片，去掉黑紙片;第五步，將葉片放在酒精中隔水加熱;第六步，葉片褪成黃白色時，取出用清水洗凈，滴上碘液觀察。學(xué)生可以觀察到有光照的部分葉片變藍，遮光部分的葉片不變藍，從而得出結(jié)論：光合作用需要光照。

（四）課外拓展

教師可請學(xué)生思考，應(yīng)如何提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，提示學(xué)生從原料和條件的角度進行思考。學(xué)生回答可以在一定范圍內(nèi)增強光照;提高氣體肥料（二氧化碳）的濃度，加強光合作用;合理密植。此時，教師提問：合理密植的原理是什么？學(xué)生回答：合理密植能充分利用光能，加強光合作用。

二、“植物的光合作用”教學(xué)設(shè)計第二課時

第二課時的目的為設(shè)計實驗驗證光合作用產(chǎn)生氧氣，需要原料二氧化碳。在浙教版初中科學(xué)中，植物的生命活動是非常重要的一部分內(nèi)容，而植物的光合作用尤為重要。其中，探討光合作用的幾個實驗在杭州中考中經(jīng)常出現(xiàn)，且作為實驗探究題出現(xiàn)，所占分值較高。由此可見，這幾個實驗十分重要。

（一）引入

在平時的教學(xué)過程中，教師習(xí)慣將該部分實驗方案直接展示給學(xué)生，沒有為學(xué)生提供充足的思考時間。在本節(jié)課的教學(xué)中，教師可以讓學(xué)生先自主設(shè)計實驗，讓學(xué)生對每個環(huán)節(jié)的設(shè)計了然于心，并體驗實驗探究過程。

（二）驗證“光合作用產(chǎn)生氧氣”的實驗

第一個實驗的設(shè)計：驗證光合作用產(chǎn)生氧氣。為了讓學(xué)生理解選擇水生植物的原因，教師應(yīng)讓學(xué)生思考收集氧氣的方法。學(xué)生答向上排空氣法及排水法，排水法收集到的氧氣更加純凈，因此選擇排水法。而陸生植物不便使用排水法，因此選擇水生植物金魚藻。在此基礎(chǔ)上，教師請學(xué)生任選儀器設(shè)計實驗來驗證光合作用能否產(chǎn)生氧氣。學(xué)生會提出各種實驗方案，如通過蟲子是否存活檢驗是否產(chǎn)生氧氣;在針筒中放置植物，將產(chǎn)生的氧氣從針頭排出，用帶火星木條檢驗等。教師應(yīng)對學(xué)生設(shè)計實驗方案的不足之處進行分析。教師可為學(xué)生展示改進的實驗：錐形瓶上連接橡膠，橡膠上夾緊止水夾，打開止水夾用帶火星木條檢驗即可。另外，教師可為學(xué)生介紹能自行完成的實驗——用塑料瓶中裝滿水和金魚藻來檢驗。

在驗證光合作用產(chǎn)生氧氣的實驗中，教材中的實驗將水生植物金魚藻扣在漏斗中，并在漏斗上方放一支試管，通過排水法收集一試管氧氣，再將試管移出燒杯，用大拇指堵住試管口以防氧氣逸出。但在現(xiàn)實操作中，這一實驗難以很好地達到實驗?zāi)康模蛟谟诼┒反笮∮邢蓿痿~藻的光合作用很難收集滿一試管氧氣。并且，在試管轉(zhuǎn)移的過程中，實際操作非常不方便，容易導(dǎo)致氧氣泄露。教師可引導(dǎo)學(xué)生對實驗進行改進，將漏斗上方用橡膠連接一段小導(dǎo)管，并在橡膠上夾一個止水夾作為開關(guān)，在檢驗時只需打開開關(guān)即可使產(chǎn)生的氧氣逸出，從而達到實驗效果，且需要的時間較短。另外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生利用身邊的廢舊物品，如空塑料瓶，在瓶中裝滿水和金魚藻，將金魚藻放在光下，讓學(xué)生每天觀察，發(fā)現(xiàn)水中不斷有氣泡產(chǎn)生，水位線不斷下降，由此可以看出的確產(chǎn)生了不溶于水的氣體——氧氣。學(xué)生利用身邊最簡單的儀器抓住實驗的精髓，并用排水法收集光合作用產(chǎn)生的氧氣，但這個實驗難以使帶火星的木條復(fù)燃，因為打開瓶蓋的過程中氧氣會散掉。

（三）驗證“光合作用需要二氧化碳”的實驗

第二個實驗為驗證光合作用需要二氧化碳。教師給學(xué)生提供水生植物和BTB溶液，讓學(xué)生自行設(shè)計實驗。大多數(shù)學(xué)生都能設(shè)計出在燒杯中放置水、金魚藻和BTB溶液，通入二氧化碳，BTB溶液剛開始為黃色，光照一段時間后變綠的實驗。但實驗有如下缺點：第一，未設(shè)置對照組，對照組中沒有通入二氧化碳，學(xué)生經(jīng)常會遺忘設(shè)計;第二，整個儀器未密封，并未排除外界環(huán)境對實驗的干擾;第三，水中也會有氣體影響，因此應(yīng)選擇煮沸后的冷水進行實驗。確定以上因素后，教師將改進后的實驗設(shè)計提供給學(xué)生，并將結(jié)果展示給學(xué)生。在進一步的實驗設(shè)計中，教師不再限定實驗材料，讓學(xué)生任選儀器。學(xué)生會選擇用陸生植物驗，并設(shè)計實驗。在學(xué)生展示實驗設(shè)計后，教師需提醒學(xué)生注意設(shè)置對照組，且對照組中一定要放一杯清水，檢驗時應(yīng)使用淀粉，實驗前需暗處理一晝夜。介紹完實驗后，教師請學(xué)生預(yù)測實驗現(xiàn)象和結(jié)果。學(xué)生能答出裝清水的塑料袋中的葉片變?yōu)樗{色，而裝氫氧化鈉的塑料袋中的葉片不變藍。師生分析實驗現(xiàn)象，得出實驗結(jié)論是植物光合作用需要二氧化碳。

在證明光合作用需要二氧化碳的實驗中，教材中的實驗選擇一棵植株的兩片葉片，兩片葉片均套上透明塑料袋，為排除外界環(huán)境影響，將袋子扎緊并在封口處纏上膠帶，一個袋中裝清水作為對照組，另一個袋中裝氫氧化鈉來吸收空氣中的二氧化碳，作為實驗組，放在光下照射一段時間后用淀粉驗證葉片是否變藍來檢驗植物是否進行光合作用。這個實驗的缺陷是扎上的袋子重量太大，容易造成枝條彎曲甚至折斷，且實驗效果不明顯，有二氧化碳和沒有二氧化碳組的區(qū)別并不大。因此，在實驗中，教師可以選擇金魚藻，在水中加入BTB溶液，與石蕊試劑進行對比。BTB溶液是一種十分靈敏的酸堿指示劑，變色范圍在pH6.0～7.6之間，對弱酸或者弱堿十分敏感。BTB溶液在弱酸性溶液中呈黃色，在中性溶液中呈綠色，在弱堿性溶液中呈藍色。在水中通入二氧化碳時，BTB溶液顏色很快變黃，而普通水呈中性，呈綠色。教師引導(dǎo)學(xué)生分別在兩組錐形瓶中加入金魚藻、清水和BTB溶液，兩組溶液均為中性，因此呈綠色;在實驗組通入二氧化碳，二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸，碳酸呈酸性，因此BTB溶液變?yōu)辄S色。將兩個錐形瓶放在光下照射24小時之后，學(xué)生能發(fā)現(xiàn)實驗組的黃色逐漸消失，直至變綠，而對照組的綠色不變。通過兩組對照實驗，學(xué)生可以看出原來通了二氧化碳的實驗組在經(jīng)過一段時間光合作用后由黃色變成了綠色，證明水中的二氧化碳被消耗，光合作用消耗了二氧化碳。

結(jié) 語

科學(xué)實驗應(yīng)做到實事求是，應(yīng)盡量確保簡單而效果明顯，本文分析的實驗改進策略都是為了達到這一目的。本節(jié)課的主要目標(biāo)是讓學(xué)生學(xué)會設(shè)計光合作用驗證實驗的基本思路，并理解為何要暗處理、光合作用如何檢驗等。通過自主設(shè)計實驗，學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力得到大幅提升。

[參考文獻]

李志燕.“光合作用吸收二氧化碳釋放氧氣”（第一課時）的教學(xué)設(shè)計[J].生物學(xué)教學(xué)，2014（06）：37-38.

閻乃勝.深度學(xué)習(xí)視野下的課堂情境[J].教育發(fā)展研究，2013（12）：82-85.

作者簡介：高燁楠（1993.8—），女，浙江溫州人，碩士研究生。