“认识气孔”的拓展实验教学

张宜萍

(江苏省南京市扬子第一中学 南京 210048)

“认识气孔”是苏教版教材生物学第六章第二节“植物光合作用的场所”中的内容，教材只给了气孔模式图、气孔的位置及意义的文字说明。为了帮助学生对气孔建立直观感知，设计了从宏观到微观、从平面到立体的5个建构过程，共2个课时。这项教学活动可利用校本课程时间，组织学生进行拓展实验设计、实践和反思。具体教学过程如下：

1 演示实验——宏观感知气孔的分布

气孔是植物蒸腾作用的“门户”，也是气体交换的“窗口”。气孔的分布由遗传因素决定，同时也是植物长期适应自然环境的结果。平展的叶片(绿萝、番茄等)，适应于干旱环境，其下表面的气孔数量较多；直立的叶片(小麦、玉米等)上、下表面气孔数目较接近；而水生植物的叶片适应于气体交换和蒸腾作用，只在叶片上表面分布有气孔[1]。为了帮助学生直观感知气孔的分布，设计了以下两个实验进行教学。

1.1 热水浸泡实验 将一片冬青卫予的叶片放在烧杯中，加入70℃左右热水后观察叶片表面会不会产生气泡。如果有气泡，试着比较叶片正面和背面气泡的数目。

1.2 注射器打气实验 摘取一片新鲜的、完整的空心菜叶片，置于通风处。待其萎蔫后，取一个注射器，将针头插入叶柄，再将叶片完全浸没在盛有清水的容器中。用注射器向叶柄里注入空气，这时可看见叶片上有小气泡冒出。冒泡处就是气孔，比较正面和背面产生气泡是否有差异，分析其中的原因。

学生尝试用绿萝、睡莲、小麦和鹅掌木等其他植物的叶片进行实验，并就实验现象进行讨论，最终对植物气孔的分布有了感性的认知，并能进行理性的思考。还有学生提出： 气孔除了分布在叶表面，其他器官(根、茎和花等)是否也有分布呢？

1.3 设计意图 学生通过观看演示实验和动手实践，初步感知了生物学现象，锻炼了实践能力，激发了探究的热情。

2 显微操作——微观感知气孔形态结构

在感受了植物叶片表面气孔的分布以后，再亲眼见识一下气孔的结构是怎样的。教材中用菠菜叶作为实验材料，根据以往经验菠菜叶在撕取环节就是一大难题。它的表皮薄且叶脉明显，易撕不易取，大多数学生较难取下合适的材料，导致实验无法出现预期的结果。

2.1 观察气孔拓展实验 在本实验中，利用蚕豆叶、长寿花叶片和玉米叶片制作表皮细胞临时装片。长寿花是学生生活中常见的盆栽花卉，它的叶片多肉，表皮容易剥离而且不残留叶肉，表皮偏厚不易撕破，观察气孔特别清楚。在取材过程中巧妙地用剪刀剪出长方形小块，避免出现不易撕取、不成形和难展平的问题。学校在开心农场中种植的蚕豆和玉米是方便易得的实验材料，可通过多样的实验材料体验气孔的不同类型。通过分组实验，学生能亲眼观察气孔的常见形态： 蚕豆叶和长寿花叶气孔为肾型，其中蚕豆叶气孔由典型的1对保卫细胞构成；而构成长寿花叶气孔的保卫细胞外则有较明显的副保卫细胞；玉米叶的气孔则呈现哑铃型。

2.2 设计意图 学生通过制作临时玻片标本进行了显微观察，认识了气孔的形态、结构及不同类型，为说明气孔开闭原理做好了铺垫。

3 指甲油涂抹法——制作气孔的印迹

通常情况下，每当太阳升起的时候，气孔就慢慢张开，空气也就进入气孔，为植物制造有机物提供二氧化碳；当然，水分也就会通过气孔而散失。当夜幕降临时，叶片的生产活动就停止了，大多数气孔缩小或闭合，蒸腾作用随之而减弱。学生想亲自体验下活体植物的气孔开闭时间规律，经过查阅文献资料，了解到指甲油涂抹法可以轻松实现。

3.1 观察气孔印迹拓展实验 准备一支不含色彩的透明指甲油，分别在一天24h中不同时间段，选取合适的植物叶片将指甲油均匀地涂抹于取材部位上，最好涂抹一层，自然晾干约3min，待指甲油涂抹层接端稍稍与叶片出现离口时，用镊子夹住离口处撕下已晾干的指甲油涂抹层，置于载玻片上，盖上盖玻片，制作气孔印迹的临时装片进行显微镜观察。

3.2 设计意图 指甲油涂抹法可轻松地观察到表皮细胞与气孔的位置与形态，且不受叶肉细胞的影响，撕取方便，易于操作，提高了学生的学习兴趣。

4 称量法——探究气孔数目的多少

学生在学过蒸腾作用的原理之后，提出能否采用称量法间接说明上下表皮气孔数目的多少呢？实验材料： 龙爪槐枝条、清水、天平、凡士林(防止水分通过)和三角瓶等。选择4支大小相同、叶片数目相等的龙爪槐枝条。编号为甲、乙、丙和丁。甲不处理；乙用凡士林仔细涂抹枝条上所有叶片的上表皮；丙用凡士林仔细涂抹枝条上所有叶片的下表皮；丁用凡士林仔细涂抹枝条上所有叶片的上表皮和下表皮。取4个相同的三角瓶，装上清水。然后将上述处理过的枝条分别放入三角瓶中。实验前称重(统一调整为200g)并记录。将4个装置放在光下，30min后称重并记录。计算实验前后实验装置的重量差。

4.1 探究气孔数目拓展实验 该实验的现象是： 甲组装置实验后重量减少最多；乙次之；丙再次之；丁装置重量实验前后几乎不变。得出实验结论是： 龙爪槐叶片“下表皮气孔数目比上表皮多”。

4.2 设计意图 称量法的优点在于把定性实验变为定量实验，帮助学生从多角度去解决问题，能提高学生的思维能力。

5 实验探究——体验气孔开闭的原理

在表皮细胞之间有规则地分布着气孔，其保卫细胞呈肾形或哑铃型，细胞两端壁薄，中间部分壁厚。当水分充足细胞吸水时，细胞两端的球形部分因充满水而膨大，使两个细胞互相撑开，气孔打开，进行气体交换及加强蒸腾作用，使过多的水分散失。细胞失水时，细胞两端的球形部分缩小，使气孔闭合，通过减少气体交换和蒸腾，保持体内必要的水分。所以大多数气孔不仅是气体交换的通道，又是控制体内水分的自动调节器。在保卫细胞的外方还有一副保卫细胞，可保证气孔有效地发挥作用。

5.1 探究气孔开闭拓展实验 根据教材知识，要求学生独立设计实验来探究气孔开闭的原理。学生在制作装片时发现，浸泡过的叶片表皮不易撕取，较难制作临时装片。学生就想到调整实验顺序，先取好表皮材料，然后分别放在清水和盐水中浸泡，再制成临时装片放在显微镜下观察。这样，在显微镜下能清楚地看到气孔的开闭状态。学生也试着撕取多种植物的表皮，试图看得更清楚、效果更明显的气孔。通过多次尝试后发现，紫罗兰叶表皮更适合看到气孔的开闭状态。

5.2 设计意图 通过学生自主设计探究过程，以及选择多种生物材料进行实验，能体验、认识到气孔的开闭原理。

(基金项目： 江苏省教育科学“十三五”规划重点资助课题“STEM教育理念下高中生物学跨学科教学的研究”，No.C-a/2016/02/18)