基于課程標準的創新實驗設計

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：B

《義務教育生物學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《義教課標》）課程內容“（四）植物的生活”主要引導學生了解植物的生活、探究植物生命活動的本質，進而理解植物在生物圈中的作用及其與人類的關系。本主題的大概念是“植物有自己的生命周期，可以制造有機物，直接或間接地為其他生物提供食物，參與生物圈中的水循環，并維持碳氧平衡”，其包含了“細胞能通過分解糖類獲得生命活動所需的能量，同時生成二氧化碳和水”及“呼吸作用原理在生產、生活中有廣泛的應用\"兩個次位概念。此部分內容要求學生在理解概念的基礎上形成結構與功能觀、物質與能量觀，關注呼吸作用與生產、生活的聯系。《義教課標》對上述內容的學業要求為“運用呼吸作用方面的知識，解釋生產、生活中的相關現象”和“設計單一變量的實驗，探究關于植物生活的影響因素”。這就要求教師在教學過程中，創設真實的生物學問題情境，并以知識為載體，引導學生運用科學思維方法進行科學探究并解決問題，促進學生各項能力的綜合發展。

人教版及北京版義務教育教科書《生物學》均引入了“探究萌發種子呼吸時釋放熱量”這一探究實驗，意在引導學生分析植物呼吸作用的本質，明確呼吸作用過程中物質與能量的關系。在介紹呼吸作用內容之后，教材還結合植物呼吸作用與人類生產生活的關系講述了環境條件對呼吸作用的影響，如溫度、氧氣對糧食、水果貯藏的影響，引導學生應用已學知識解釋生活中的現象并嘗試解決生產生活中的實際問題。筆者依據《義教課標》要求并結合教材內容，以生活中常見的水果貯藏方法“冰箱貯藏”和“真空貯藏”為情境，引導學生提出問題，以不同貯藏環境下水果中的糖含量為檢測指標，探究溫度和氧氣對水果呼吸作用的影響。

1實驗原理

隨著呼吸作用的進行，植物體內的有機物會隨之減少。水果中的糖主要以葡萄糖、果糖、蔗糖等可溶性糖為主，如番茄果實中的糖類主要是葡萄糖、果糖和少量的蔗糖，水果成熟后，其中的糖類物質會隨呼吸作用的進行而減少。

數顯糖度計可用于測量水果中可溶性糖的含量，其測量原理是光在不同介質中的折光率不同，水果汁液中的可溶性糖含量與折光率成正比，通過測定水果汁液的折光率即可得到該溶液的含糖量。利用數顯糖度計對不同環境下貯藏的成熟水果進行糖含量檢測，并根據水果中糖含量的變化判斷水果呼吸作用的強弱，從而說明環境條件對植物呼吸作用的影響，為生產、生活中選擇合適的水果貯藏條件提供理論依據。

2問題情境創設

教師以生活中常見的貯藏水果的方式創設情境，提出以下問題串：這些方式為什么可以貯藏水果？如何檢測貯藏的效果？需要設定的檢測指標是什么？學生根據已學知識和生活經驗，確定檢測指標為水果中的糖含量。之后教師提出以下探究性任務： ① 探究溫度對水果呼吸作用的影響； ② 探究氧氣對水果呼吸作用的影響。

3探究溫度對水果呼吸作用的影響

3.1材料器具

成熟的櫻桃番茄和紅提葡萄果實，燒杯，滴管，玻璃棒，衛生紙，濾紙，保鮮盒，冰箱，榨汁機，數顯糖度計，過濾袋，蒸餾水。

3.2方法步驟

（1）取等量櫻桃番茄和紅提葡萄果實分別放入保鮮盒中，并置于冰箱中冷藏，溫度設置為 ，記為實驗組。另取等量櫻桃番茄和紅提葡萄果實分別放入保鮮盒中，并置于室溫下貯藏，記為對照組。

（2）在第2、4、6天，分別取對照組和實驗組的櫻桃番茄和紅提葡萄果實各3組，進行榨汁和含糖量檢測，計算3組平均值并填入表1。

3.3實驗結果及分析

學生由表1可以得出，在室溫和低溫條件下，果實中的含糖量隨貯藏時間增加而減少，貯藏時間相同的情況下，實驗組中果實的含糖量高于對照組。師生綜合數據可以得出，與室溫相比，低溫條件下成熟果實中糖含量下降程度慢。學生討論后得出低溫條件抑制了水果的呼吸作用，有利于水果的貯藏。

4探究氧氣對水果呼吸作用的影響

4.1材料器具

成熟的櫻桃番茄和紅提葡萄果實，燒杯，滴管，玻璃棒，衛生紙，濾紙，家用抽真空機，榨汁機，數顯糖度計，過濾袋，真空包裝袋，蒸餾水。

4.2方法步驟

（1）分別取等量櫻桃番茄和紅提葡萄果實放入真空包裝袋中，用家用抽真空機抽干袋中氣體，置于室溫下貯藏，記為實驗組。分別取等量櫻桃番茄和紅提葡萄果實放在剪開的真空包裝袋上，置于室溫下貯藏，記為對照組。

（2）在第2、4、6天，分別取對照組和實驗組的櫻桃番茄和紅提葡萄果實各3組，進行榨汁和含糖量檢測，計算3組平均值并填入表2。

4.3實驗結果及分析

學生由表2可以得出，在有氧和無氧條件下，果實中含糖量隨貯藏時間的增加而減少，這是由于細胞呼吸作用消耗了果實內的糖。貯藏時間相同的情況下，實驗組中果實的含糖量高于對照組。師生綜合數據可以得出，與有氧相比，無氧條件抑制了水果的呼吸作用，有利于水果的貯藏。

5實驗結論與討論

師生結合表1和表2數據及實驗結果分析得出，在低溫或無氧條件下，植物的呼吸作用受到抑制，糖類等有機物的消耗減少，有利于水果的貯藏，進一步分析數據得出，無氧條件的貯藏效果優于低溫貯藏。但學生在實際實驗中發現，隨著貯藏溫度或時間的增加，無氧條件下的櫻桃番茄和紅提葡萄果實內會出現酒精，影響水果的口感，這是細胞無氧呼吸的結果。學生綜合以上分析討論得出，低溫冷藏及抽真空均有利于貯藏水果，可根據不同水果的特點選擇適宜的貯藏方式。短時間內無氧貯藏的效果優于低溫貯藏，若想長時間貯藏水果，可將處于無氧條件下的水果放入冰箱中冷藏。

6總結

筆者在達成《義教課標》要求的基礎上，對教材實驗內容進行補充和拓展，依托生活中常見的水果貯藏問題創設情境，并以此激發學生的學習興趣和探索欲望。學生在應用科學探究方法解決問題的過程中，通過設計實驗獲取實驗數據，運用比較、歸納等科學思維方法發現物質變化的特點與規律，綜合分析不同環境條件對植物呼吸作用的影響。

學生通過完成實驗能夠更加深刻地理解物質與能量的關系，有利于其物質與能量觀的構建及生命觀念的形成。學生在掌握科學研究的過程與方法的同時能夠提升科學論證技能，促進科學思維、科學探究能力及問題解決能力的發展，從而促進其生物學學科核心素養的發展。

參考文獻

[1]薛坤，陳海榮，陳火英，等.櫻桃番茄成熟期品質指標動態變化的研究[J].上海農業學報，2021，37（3）：52-57.