呼吸作用產(chǎn)生CO₂的實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

張洪平

摘 要：萌發(fā)種子的呼吸作用產(chǎn)生CO2演示實(shí)驗(yàn)旨在讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)到植物的呼吸作用能產(chǎn)生CO2。但是人教版教材中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)裝置存在多處不足，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果效果不明顯并且缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性。文章通過對(duì)教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改良，不僅有利于教師在課堂上進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，而且有利于全班學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：呼吸作用;CO2產(chǎn)生;實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

教材中關(guān)于萌發(fā)種子的呼吸作用產(chǎn)生CO2演示實(shí)驗(yàn)較煩瑣，教師課前花費(fèi)的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間較多，因此在實(shí)際的教學(xué)課堂中，本實(shí)驗(yàn)的開出率比較低。然而，本實(shí)驗(yàn)是呼吸作用三個(gè)重要演示實(shí)驗(yàn)之一，是學(xué)生直觀地感受呼吸作用產(chǎn)生CO2，建構(gòu)呼吸作用的概念，進(jìn)而理解呼吸作用的本質(zhì)的過程。為了解決教材中實(shí)驗(yàn)不足，使實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)化，操作更加簡(jiǎn)單，筆者對(duì)本實(shí)驗(yàn)的材料和裝置進(jìn)行改進(jìn)。以下將對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)闡述。

一、教材實(shí)驗(yàn)裝置和不足之處

（一）教材中的實(shí)驗(yàn)裝置

（二）教材中實(shí)驗(yàn)不足之處

1. 實(shí)驗(yàn)器材較多，而且多是玻璃儀器，不易攜帶

教材實(shí)驗(yàn)中很多儀器都是玻璃的，特別是玻璃彎管極其容易碎，不利于教師在上課時(shí)攜帶。如果在攜帶過程中破碎，不僅不能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而且容易造成安全隱患。

2. 未設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性

教材實(shí)驗(yàn)中僅僅用萌發(fā)的種子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，未設(shè)對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說服力不強(qiáng)。很多教師用煮熟的種子作為對(duì)照組。萌發(fā)的種子是可以呼吸作用，煮熟種子不能進(jìn)行呼吸作用，看似可以作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)。但煮熟種子具有水分，容易滋生細(xì)菌，細(xì)菌會(huì)進(jìn)行呼吸作用干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3. 單套實(shí)驗(yàn)裝置，不能在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)演示

如果只有一套教材中的實(shí)驗(yàn)裝置，在一個(gè)班演示完畢后，想要下一個(gè)班進(jìn)行同樣的演示，就要立刻將瓶中的水倒出，而且要使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，需要2h～3h。無法滿足在多個(gè)平行班進(jìn)行連續(xù)課堂上進(jìn)行演示需要，原因有三個(gè)：

（1）教材中實(shí)驗(yàn)裝置氣密性較差，無論是玻璃彎管還是漏斗，與廣口瓶活塞鏈接處都有縫隙，瓶?jī)?nèi)氣體會(huì)從瓶中泄漏;

（2）該裝置使用灌水排氣法，注水時(shí)有部分瓶?jī)?nèi)氣體順著漏斗溢出;

（3）瓶中部分CO2會(huì)溶解于水中，進(jìn)一步降低了CO2的濃度。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的方法

（一）實(shí)驗(yàn)材料改進(jìn)

煮熟的種子雖然滿足種子不能進(jìn)行呼吸作用，但是由于有水分，適于細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖，干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。用炒熟的種子代替煮熟的種子，不僅符合種子不能進(jìn)行呼吸作用的條件，而且炒熟的種子是干燥的，解決煮熟種子容易滋生細(xì)菌的問題。

（二）實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)裝置改良方法一共有兩種。其一，實(shí)驗(yàn)裝置是利用實(shí)驗(yàn)室常見的洗瓶進(jìn)行改進(jìn)（如圖2）。利用洗瓶改進(jìn)裝置僅需要把洗瓶平內(nèi)吸管取出套在洗瓶尖嘴上即可。實(shí)驗(yàn)完畢后，把吸管裝回瓶?jī)?nèi)，可以恢復(fù)洗瓶原有功能。該改良裝置適合學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)使用。

第二種方法，實(shí)驗(yàn)裝置（如圖3），利用200mL大注射器改進(jìn)的裝置在注射端接上一段長(zhǎng)30cm的輸液管即可代替教材中的裝置。兩種方法都可以把原來復(fù)雜的裝置化繁為簡(jiǎn)。

三、改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)過程

（一）實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

1. 實(shí)驗(yàn)裝置準(zhǔn)備

教師在實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備兩支200mL的大針筒（課堂演示實(shí)驗(yàn)使用），并按照每4人為一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，每小組兩個(gè)洗瓶的標(biāo)準(zhǔn)為學(xué)生準(zhǔn)備分組實(shí)驗(yàn)使用的裝置。

讓學(xué)生按照?qǐng)D2和圖3進(jìn)行簡(jiǎn)單的組裝。

2. 實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備

提前一天，讓各實(shí)驗(yàn)小組回家準(zhǔn)備萌發(fā)的綠豆和炒熟的綠豆（綠豆在室溫26℃左右萌發(fā)只需要一天）。

（二）課堂實(shí)驗(yàn)演示及分組實(shí)驗(yàn)

1. 課堂實(shí)驗(yàn)演示

在第一個(gè)平行班上課前30min，讓生物課代表分別把等量的萌發(fā)綠豆和炒熟綠豆分別裝入兩個(gè)針筒內(nèi)備用。

課堂上，先把輸液管伸入澄清石灰水中（如圖4），再將針筒倒置在講臺(tái)擠壓出針筒內(nèi)氣體進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)完畢，輕拉活塞補(bǔ)充瓶?jī)?nèi)空氣，準(zhǔn)備在下個(gè)班進(jìn)行同樣的演示實(shí)驗(yàn)。

2. 分組實(shí)驗(yàn)

提前一個(gè)課間，讓各實(shí)驗(yàn)小組長(zhǎng)帶領(lǐng)組員分別把等量的萌發(fā)綠豆和炒熟綠豆分別裝入兩個(gè)洗瓶?jī)?nèi)備用。

教師演示完畢后，各實(shí)驗(yàn)小組把洗瓶嘴上的吸管伸入澄清石灰水中（如圖5），擠壓洗瓶瓶壁把瓶中氣體擠出進(jìn)行驗(yàn)證（注意務(wù)必等吸管離開試管后才可以松開手，防止洗瓶回吸試管中的石灰水）。

四、使用的好處

（一）容易攜帶，操作簡(jiǎn)單

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置，除裝澄清石灰水試管外均無玻璃器材，只需要兩支200mL的大針筒或者兩個(gè)洗瓶，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易攜帶，不存在因?yàn)閿y帶或放置不得當(dāng)損壞而使演示實(shí)驗(yàn)不能進(jìn)行的問題。同時(shí)也不存在實(shí)驗(yàn)過程中安全問題，可以放心讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)過程。而且改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置操作簡(jiǎn)單，僅需要推動(dòng)針筒活塞或者擠壓洗瓶瓶壁就可以讓瓶中的氣體流經(jīng)澄清石灰水進(jìn)行檢驗(yàn)。因此，改進(jìn)后的裝置不僅方便教師在課堂上進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，而且可以作為全體學(xué)生都可以進(jìn)行的分組探究實(shí)驗(yàn)。這樣讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，鍛煉學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究獲取知識(shí)能力，更能突出學(xué)生在課堂上的主體地位。

（二）避免水的影響，短時(shí)間內(nèi)可重復(fù)操作

改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)裝置是利用手壓排氣法，而不是原來的灌水排氣，不僅避免水進(jìn)入瓶中吸收其中的CO2，使實(shí)驗(yàn)效果更明顯，而且種子沒有被水浸泡，不易腐爛，可多次重復(fù)使用，減少材料的消耗。

演示實(shí)驗(yàn)完畢后，可隨時(shí)補(bǔ)充瓶?jī)?nèi)的空氣。用針筒改良的裝置，只要輕輕拉動(dòng)活塞就可以補(bǔ)充針筒內(nèi)的氣體。洗瓶改良的裝置更加方便，實(shí)驗(yàn)完畢只要松開手，由于洗瓶具有彈性，洗瓶自動(dòng)補(bǔ)充瓶?jī)?nèi)空氣。而且實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性良好，補(bǔ)充瓶?jī)?nèi)氣體后靜置30min就可以同樣的演示實(shí)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)在短時(shí)間內(nèi)可重復(fù)操作，這樣有利于教師用同一套裝置在多個(gè)平行班連續(xù)課堂演示教學(xué)。不僅能減少實(shí)驗(yàn)材料的消耗，更可以減輕教師課前準(zhǔn)備的工作量。

（三）實(shí)驗(yàn)更具科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)設(shè)置了對(duì)照組，對(duì)照組實(shí)驗(yàn)材料是使用炒熟的種子，而不是煮熟種子。炒熟的種子與煮熟種子相比較，炒熟的種子是干燥的，不具有水分，剛炒熟不久的種子沒有細(xì)菌，排除細(xì)菌在種子上生長(zhǎng)繁殖進(jìn)行呼吸作用的干擾，使實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)構(gòu)更加科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。

由于基本上不需要組裝，單套實(shí)驗(yàn)裝置就可以滿足多個(gè)平行班連續(xù)課堂需要，而且裝置簡(jiǎn)單，容易攜帶，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)在本校沒有專職實(shí)驗(yàn)員的情況下，實(shí)驗(yàn)開出率達(dá)到百分之百。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)過程直觀認(rèn)識(shí)呼吸作用過程確實(shí)產(chǎn)生CO2。綜上所述，經(jīng)過改良后實(shí)驗(yàn)過程更加嚴(yán)謹(jǐn)，操作更加簡(jiǎn)便，材料更加低耗，效果更加明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉恩山.義務(wù)教育教科書七年級(jí)生物學(xué)上冊(cè)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2015.

[2]朱紅.妙用生活廢棄品改進(jìn)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)[J].生物學(xué)通報(bào)，2013（01）.