“验证植物呼吸作用气体变化”实验的创新与实践

宋静

[摘   要]农村学校因条件限制导致许多生物实验无法开展，教师必须因地制宜地利用生活中的材料自制教具，创新完成各类实验和探究。“验证植物呼吸作用气体变化”的实验是《能量的释放和利用》一节的重点和难点。教材中的实验方案不易操作，对此，教师尝试指导学生利用饮料瓶和身边的材料自制教具，分组探究，完成实验创新。创新后的实验，现象明显，效果显著。

[关键词]自制教具;创新实验;呼吸作用

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）02-0079-02

一、背景

“验证植物呼吸作用气体变化”的实验是苏科版教材生物学七年级上册第七章第一节《能量的释放和利用》第一课时的内容。本节课的重点内容是能量的释放及其原理。在多年的教学中，笔者发现对于“人体和植物呼吸”部分章节的学习，学生大多存在一定的困难。这种不直观的生命过程对学生来说过于抽象，而且学生对呼吸和呼吸作用的概念容易混淆。甚至有许多学生错误地认为“植物呼吸吸入的气体是二氧化碳，呼出的气体是氧气”，这给教学带来很大的困难。其实，植物呼吸过程消耗的是氧气，产生的是二氧化碳，它们都是无色无味的气体。因此，若能让学生亲历实验过程，清晰地看到实验产生的现象，直观地体验植物呼吸作用中气体的变化，将有利于他们理解呼吸作用的概念和内涵。教材中的实验方案在学校现有条件下不易完成。对此，笔者带领学生充分利用身边的材料自制教具，对实验进行了创新设计，效果非常好。

二、实践案例

实验创新案例：验证植物呼吸作用气体的变化。实验创新的亮点是自制饮料瓶作为实验容器。首先，用电烙铁或剪刀在饮料瓶的肩部打一个小孔，安装一个自行车气门，固定后连接上一段30厘米的橡胶管。实验时用尾夹夹住橡胶管尾端，这样封闭性好，易操作。其次，使用同一组器材进行两组实验，不仅操作简便，节省时间，还能促进学生更好地理解呼吸作用。实验中选材的创新：教材为防止植物光合作用采用了遮光的办法。对此，笔者引导学生选取植物没有叶绿体的器官（如萌发的种子等），不需要遮光，在透明可见的情况下做实验，这样更具有说服力，同时提高了学生的创造能力和探究能力。

1.第一组实验：植物呼吸作用产生二氧化碳

（1）教材实验存在的问题

如图1-1，教材实验选用菠菜叶作为实验材料，将其装入透明塑料袋暗处理一昼夜。首先，该实验选用只有叶子的植物，有局限性，应全面考虑植物的其他器官。其次， 实验中暗处理所需的时间长，容易失误，在课内不能完成。

（2）改进办法

①用黑色塑料袋或贴遮光纸的可乐瓶代替白色塑料袋，遮光效果更加理想。

②选取植物没有叶绿体的器官（如果实、种子等）代替菠菜叶进行实验，不需要遮光处理。

（3）创新后的实验（如图1-2）

实验原理：二氧化碳使澄清石灰水变浑浊。

实验材料：自制饮料瓶，橡胶管，尾夹，试管，澄清石灰水，煮熟的豆芽，萌发的豆芽，菠菜，芹菜，辣椒，胡萝卜，等等。

实验步骤：

①取编号为A、B、C的3个自制的饮料瓶，在A瓶中不放任何材料，B瓶中装入煮熟的豆芽，C瓶中装入等量萌发的豆芽，盖上瓶盖，并用尾夹夹紧橡胶管。

②将3个瓶子放置到温暖处，4～6小时后取出。

③把3个瓶中的气体轻轻挤入装有澄清石灰水的试管中，同时一名同学向装有澄清石灰水的D试管吹气，观察和记录石灰水的变化，分析实验结果。

实验现象：A、B试管中的石灰水无变化，C、D 试管中的石灰水变浑浊。

实验结论：实验中，空气和死亡的植物不能产生二氧化碳。植物（活细胞）和人体一样具有呼吸作用，产生二氧化碳。

创新的意义：实验中大量塑料袋的使用会造成环境污染，而自制饮料瓶则可以重复使用。用自制饮料瓶代替教材的塑料袋，不仅做到了废物利用，还避免了由于塑料袋质量问题和袋口扎得不紧而引起的实验失败。同时，在实验中增加了人体呼出气体使澄清石灰水变浑浊的对照组，证明植物和人体一样具有呼吸作用，纠正了学生认为“植物呼吸作用与人体呼吸作用不同”的错误观念。

2.第二组实验：植物呼吸作用消耗氧气

（1）教材实验存在的问题

如图2-1，教材实验使用两个广口瓶，分别装入沸水处理过的菠菜和新鲜的菠菜作为对照。首先，购买广口瓶的成本高，在农村学校很难找到充足的数量用于学生分组实验。其次，广口瓶体积小，放入的菠菜少，产生的二氧化碳就少，常常不能使蜡烛熄灭。学生在遮光环节稍有失误就更难观察到明显的实验现象了。

（2）创新后的实验（如图2-2）

实验原理：氧气可以助燃。

实验材料：自制饮料瓶，橡胶管，尾夹，燃烧匙，蜡烛，煮熟的豆芽，萌发的豆芽，菠菜，芹菜，辣椒，胡萝卜，等等。

实验步骤：

①仍然使用第一组实验后的自制饮料瓶和材料。

②分别将点燃的蜡烛迅速伸入到3个瓶子中，观察蜡烛的燃烧情况，分析实验结果。

实验现象：A、B瓶中的火苗继续燃烧，C瓶中火焰明显变小或熄灭。

实验结论：植物（活细胞）呼吸作用消耗了氧气。

创新的意义：教材选用的广口瓶容积小，现象不明显，而饮料瓶容积大可以放入较多的豆芽等植物呼吸作用旺盛的材料，暗处理时间4～6小时即可。如果使用1.5 L可乐瓶，放在温暖处，2小时就能有理想的实验效果。

三、实验反思

在本节课的实验中，学生选材时能从根、茎、叶、花、果实、种子着手，六大器官一个不少，更有说服力。甚至产生了很多的奇思妙想，如把瓶子的侧壁切開，放入体积较大的丝瓜、胡萝卜等，再用宽胶带粘住，材料色彩斑斓，形态各异，课堂气氛特别活跃，大大激发了学生的学习热情。“我要学”是这节课成功的起点。学生积极寻找实验材料，热烈商讨实验方案，千方百计创新与改进实验。教师在教学中引导学生思考，发掘学生的潜能，以提高学生探究问题的内驱力，培养学生的求异思维和创新精神。

分组设计并完成探究性实验“验证植物呼吸作用气体变化”是本节课的重中之重。把演示实验变成分组实验，让学生更深入地参与学习，并对实验从器材到原理再到设计进行创新，在提高学生探究能力的同时帮助他们更好地理解与掌握概念。用多种对照组、多种实验反复证明植物呼吸作用中气体的变化，使学生体验到一个科学结论的产生需要反复进行验证。

总之，实验教学是培养学生生物学科素养的主要阵地，但是农村学校因条件限制导致许多生物实验无法开展。因此，教师必须因地制宜地利用生活中的材料自制教具，创新完成各类实验和探究，从而最大限度地提升实验教学效果。

（责任编辑 黄春香）