“雙減”背景下光合作用實驗的改進策略探究

燕麗梅 劉廷磊

作者簡介：燕麗梅（1988～），女，漢族，山東廣饒人，廣饒縣興安中學，研究方向：初中生物教學；

劉廷磊（1983～），男，漢族，山東廣饒人，廣饒縣英才中學，研究方向：生物學教學教研。

摘 要：隨著我國教育事業的不斷發展，“雙減”政策的融入不僅能夠為其帶來很大的幫助，而且能為學生減輕作業負擔與校外學習負擔，在增加學生學習空間的同時，也能帶來更多實驗的機會。因而在學習初中生物光合作用相關知識的時候，教師主動帶領學生做好光合作用實驗，并反思其中所存在的問題，能夠為學生的學習與發展提供幫助，有助于生物核心素養的發展。文章針對“雙減”背景下光合作用實驗進行改進研究，僅供參考。

關鍵詞：“雙減”政策；初中生物；光合作用實驗

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8918（2023）18-0137-04

從當前初中生物的教學反饋情況來看，部分學生掌握良好的理論知識，卻在面對實驗操作時出現無法下手的情況，這在一定程度上說明教師在過去的教學過程中，很少帶領學生進行實驗，學生缺乏一定的操作能力與實踐能力。這就需要教師對“雙減”政策進行分析與應用，并結合本土資源制訂相應的教學策略。文章結合實際對光合作用實驗進行改進后，學生在進行實驗的過程中能學習到更多的知識，提高自身的綜合能力與操作能力。

一、 生物實驗改進的背景和目的

光合作用相關實驗在魯科版初中生物中具有舉足輕重的地位，這一系列實驗需要學生通過小組合作的方式，按照控制變量與對照的要求進行討論和探究，并制訂相應的實驗方案，隨后開始進行實驗。通過對實驗數據和現象進行記錄、整理和表達，最后得出相應的實驗結果與結論。學生進行光合作用實驗的目的不僅僅是掌握光合作用相關的原理并學會應用，更重要的是能夠完整地掌握生物實驗探究的過程，并了解生物探究的原理與內容，從而提升學生的科學素養與創新能力。這樣一來，不僅保證了生物實驗教學的有效性與完善性，更加符合新課改理念中“以學生發展為本”的要求。

為了實現初中生物教學目標，教師在設計實驗流程的時候，需要對不同學生的實際情況進行了解。除了引導學生對所學習到的光合作用知識進行鞏固，還要對可能影響光合作用的因素進行分析，并提出探究性的解決問題。學生需要根據所提出的問題進行分析，并作出相應的假設，并站在科學家的角度上去分析設置對照、確定變量、控制變量等內容。由于實驗的效果在短時間內無法得到有效的提升與應用，滿足初中生物教學的有效性與完善性，所以需要教師對實驗進行探索、實踐，選用合理的材料及方法進行實驗，以此提高實驗的質量、效率及可操作性。采用二氧化碳傳感器進行光合作用實驗，可以保障實驗的結果與質量。同時由于實驗結果是一種實時的動態結果，學生能夠在進行實驗的過程中有一定的收獲，并適時了解光合作用的實驗進程與結果。這樣一來，通過對光合作用實驗的過程進行改進與分析，可以達到初中生物的教學目標。

二、 定量測量二氧化碳濃度對光合速率的影響

首先，在進行光合作用的實驗之前，學生需要選擇綠色植物作為光合作用實驗的主要材料，這是因為綠色植物的葉片具有葉厚、顏色濃綠、光合速率明顯等特點。需要注意的是，學生在進行實驗的時候需要調整好盆栽植物的位置，因為綠色植物選用的是盆栽植物或者是整株植物，葉片會出現遮擋的狀態，不同的放置方式將會有不同的結果，無法保障是哪一片葉子進行光合作用，造成光合作用實驗結果出現差異。若是缺少能夠罩住盆栽的透明密封裝置，可以選擇綠色植物的枝條進行實驗，將其放入密閉、透明、無色的塑料瓶中。

其次，在進行光合作用實驗的過程中，如果想要對光照強度對光合速率的影響進行分析，需要對氣體數據進行定量測定工作，可以選用CO2傳感器。由于CO2傳感器的靈敏度高于O2傳感器，能夠快速、準確地測定實驗的數據，所以在進行光合作用實驗的時候，運用CO2傳感器不僅能夠保障實驗的正常進行，也能使實驗的數據變得更加準確。

最后，需要采用氣泵對密閉瓶中的氣體進行換氣，并對其進行定量測量，來保障密閉瓶中CO2濃度具有穩定性。但是在持續的測量過程中發現，密閉瓶中的CO2濃度呈現下降的趨勢，這就需要學生進行換氣處理，來保持密閉瓶中CO2含量充足。

在這個實驗當中，因為植物進行光合作用的時間長，像打開裝置、移動植物等可能會對實驗帶來很大的誤差。為了減少誤差，并降低因為誤差帶來的結果差異，可將密閉瓶與通氣泵、出氣管等進行連通，同時對通氣泵與出氣管等加以控制，并在盡量不影響密封瓶的位置和其形狀的情況下，對瓶子內所產生的空氣加以調整。由于CO2傳感器中所測試出的數據是每時刻瓶內的CO2濃度，所以學生需要取得CO2濃度的數據平均值，將平均值除以對應的間隔時間進行計算，獲得單位時間內的CO2吸收含量及相關數據。

三、 實驗裝置的制作與材料的優化

（一）自制實驗裝置

1. 學生自主組裝實驗裝置

學生在進行光合作用實驗的時候，可以根據當前實驗所處的環境、光源等因素，設計出一個遮擋實驗外界的光源裝置，并將這種裝置進行組裝，確保光合作用實驗得以正常運行，并對此實驗進行相應的改進與完善。一般來講，厚紙板的價格不僅便宜，而且具有容易獲得、遮光性好等特點，學生及教師在對厚紙板進行打孔與剪裁時也比較方便，通過膠帶就能將厚紙板進行連接。基于此，為了提高學生的操作能力，可以讓學生參與實驗裝置的制作與設計當中，并運用厚紙板制作出屬于自己的實驗裝置，保障光合作用實驗的效果與質量。

2. 實驗光源的選擇

教師在輔助學生進行光合作用實驗的時候，可以將厚紙板與密閉瓶進行連接，制作成具有遮光特點的實驗裝置，并選擇可以充電、調節光照的節能燈作為唯一的光源，這樣一來，學生在進行實驗的過程中能夠更加便利。因此，學生在開展實驗的過程中，可以選擇充好電的節能燈，因為節能燈在充滿電的情況下，其使用時長為6—8個小時，能夠充分地滿足光合作用實驗對光源的需求，且學生也可以通過調節按鈕對光照強度進行調整，并在不改變光源及植物位置的情況下改變光照強度。

（二）實驗材料的優化

1. 光合作用材料的選擇

教材中所選擇的實驗材料是金魚藻植物，但在本地的河流中沒有發現其身影。為了貼近學生的生活，選擇一種當地常見的植物——鼠尾藻作為實驗植物。鼠尾藻本身是一種水生植物，若是將其放置在水中，給予適當的光照，光合作用速率快，短時間內就能收集足夠氧氣，實驗現象明顯。甚至學生把鼠尾藻放置在透明的飲料瓶中，放在光下，就可以發現不斷向上冒出的氧氣泡。因地制宜地選材更有利于學生參與實驗中來，主動地對光合作用進行探究。

2. 實驗溶劑的選擇

在進行光合作用實驗的時候，需要通過NaHCO3溶液對金魚藻植物所處空氣中CO2的濃度進行調節。但是由于NaHCO3水溶液呈現堿性，對植物葉片的氣孔開放情況有著一定的影響，若是NaHCO3溶液的濃度較高，會使O2的釋放速度逐步變慢，從而影響光合作用的實驗結果。因此，文章選擇了CO2泡騰片作為本實驗主要的材料，其主要成分是有機酸和碳酸氫鹽，在遇水融化之后會釋放出大量的CO2，提高水中的CO2濃度，使水溶液的pH值不會出現較大的變化，仍然呈現中性的狀態。

四、 實驗改進建議

（一）對自變量——光照強度控制的改進建議

本次實驗在進行的過程當中，要注意避免外界條件對實驗的結果造成一定的誤差或擾亂的現象。為了保證變量唯一，教師會引領學生將放有綠色植物的密閉瓶放置在黑暗處一晚，并在第二天將綠色植物放置在具有光照的地方，在獲得光照數小時之后，通過獲取密封瓶里的葉片進行檢測，檢測葉片是否出現了淀粉。為了減少外界因素所造成的干擾，并在短時間內得到實驗的現象與結果，建議學生用100W的臺燈作為主要光源，通過調整距離對光照強度進行控制。但如果是在同一實驗平臺完成三組實驗，將會對實驗的結果產生干擾：第一，出現光源相互干擾的現象。因為不同的光源所發出的光線出現疊加的狀態，且疊加的范圍、程度、強度等都有一定的差距，影響實驗的溫度及自變量，影響綠色植物產生淀粉的效果。第二，耗時的時間比較長。特別是在冬天的時候，外界的自然光線暗，實驗室的環境也相對陰暗，若是用40W的臺燈作為主要的光源進行實驗，很有可能因為光照不夠等原因，導致綠色植物無法獲得良好的光照。

改進建議：如果是通過調整臺燈距離來控制光照的強度，會使實驗室內部的光線有著一定的誤差，若是能使用攝影棚進行實驗，能解決相應的問題，但是極不方便。在進行光合作用實驗時，我們可以使用能改變光度的LED燈作為主要的光源，并利用光照強度傳感器進行測量。學生在進行實驗的過程中需要注意，每一盆植物之間不能各自遮擋而影響光源的照射，必須利用光照強度傳感器度對光線的檢測，證明其亮度滿足光合作用實驗的條件。

（二）對無關變量——溫度控制的改進建議

教材中對進行實驗所需要的溫度沒有進行明確的標注，在運用綠色植物葉作為光合作用實驗材料的時候，最好對當地四季的溫度進行分析，因為光合作用實驗在進行的過程中，很有可能會受到溫度的影響，導致葉片無法正常進行光合作用，這也是學生應當注意的現象。而在冬季進行實驗的時候，由于室內的溫度偏低，尤其是在供暖之前的溫度格外寒冷，若是與光合作用實驗的溫度差值過大，將會對實驗的現象難以控制。而且若是臺燈的功率過大，也有可能對溫度造成影響，這就需要各個實驗組運用水浴保溫的方式對溫度進行控制，保障光合作用實驗進行的效果。

在實驗的過程當中，特別是在對實驗數據進行處理的時候，學生理論上是根據單位時間內葉片產生氧氣、消耗二氧化碳的數據加以記錄，這個也是實際光合速度值，無法直接記錄。另外，在光合作用實驗進行的過程中，如果采用10分鐘以上消耗二氧化碳的數據，在不同的照明時間內所產生的數據并沒有很大的差異，而5分鐘左右所產生的氧氣數據雖有一定的差距，但這是準確的數據，故而選擇5分鐘內葉片的氧氣濃度表示光合速率。為了降低學生進行實驗的壓力，光合作用實驗的改進與分析十分必要，這一方式所具有的實踐性、應用性突出，對初中生物知識的變革具有全局性的作用。

（三）對無關變量——CO2濃度控制的改進建議

二氧化碳是光合作用實驗的主要原料，教材中在對CO2的濃度進行控制的時候，是通過制作簡易的實驗裝置，將一個密閉瓶中放入少量的氫氧化鈉溶液，并放入一株綠色植物，然后對密閉瓶進行密封；而另一個則沒有氫氧化鈉溶液，放入的是長勢相似的同種植物和清水。通過證實具有氫氧化鈉溶液的密閉瓶中二氧化碳的含量少，瓶內的植物不能產生淀粉來證明二氧化碳是光合作用的原料。事實上，應用該種方式進行實驗，很多學生都沒有成功，這就需要學生及教師對實驗進行改進。

改進建議：因為植物進行光合作用最適合的CO2濃度是10-3，隨著密封瓶中光合作用的進行，CO2的濃度會降低，從而影響植物的光合作用。在進行光合作用實驗教學的過程中發現，碳酸氫鈉溶液的加入能夠對CO2濃度進行調整，實驗現象會明顯，成功率高。

《義務教育生物學課程標準（2022年版）》提出要培養學生生物學核心素養，教師要關注學生生命觀念、科學思維、探究實踐、態度責任四個方面的提升。本次帶領學生改進光合作用實驗，是一次與“雙減”政策和新課標理念的融合實踐。在反復的實驗操作中，學生體會到了生物學的樂趣，并加深了對知識的理解，可謂一舉多得。學生明白了光合作用的原料除水之外，還有二氧化碳；綠色植物的光合作用不僅吸收了二氧化碳，還釋放出了氧氣。在學生主動動手完成實驗的過程中，明確探究實踐的方法和步驟，并能進行獨立思考和判斷，多角度分析問題提出自己的見解，發展了科學思維。

針對初中生物的教學情況來講，學生興趣的引導十分重要，是教師設計新課程體系的重要基礎與依據，教師必須站在學生的角度進行分析，深刻了解學生的興趣及其在生物教學及實驗活動中的不足之處。由于以往的教師課堂方式相對消極，不利于教師的生物實驗教學，這就要求教師必須適時改變其教學策略，重視教師與學生之間的情感交流，了解生物課堂與實驗之間的邏輯聯系，并注意教師與學生之間在生物課堂上的互動，使其掌握更多的生物知識。此外，根據學生的個性化成長特點合理設計課程體系，保證初中生物教學工作的整體提升和優化提高，使初中生物教師在進行課程教育及實驗的發展進程中逐步確定自己的教學改革路徑和方法，保證生物教學的順利開展和優化提高，為學生指引今后成長的道路。

五、 結語

綜上所述，我國大部分的初中在開展生物教學課程中，本身就存在一定程度的不合理性，實驗課程設置偏少，對生物實驗教學的重視程度低。教師結合“雙減”政策和新課標對光合作用的實驗進行改進，并對影響實驗的因素進行分析，提出相應的改進措施，做到了減負增效，落實了“雙減”政策。此外，學生在主動進行光合作用實驗的時候，理論與實踐結合，不僅體驗到了生物學的神奇，學習到了更多的知識，而且發展了科學思維，提高了自身的綜合能力，有助于提升生物學核心素養。

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