人教版初中生物七年级上册第五章第一节光合作用吸收二氧化碳释放氧气——探究二氧化碳是光合作用必需的原料

人教版初中生物7上第五章第一节光合作用吸收二氧化碳释放氧气——探究二氧化碳是光合作用必需的原料 一、使用教材 人教版义务教育教科书《生物学》七年级上册，第三单元生物圈中的绿色植物，第五章绿色植物与生物圈中的碳-氧平衡，第一节光合作用吸收二氧化碳释放氧气。 二、实验器材 上海青、打孔器、镊子、注射器、培养皿、装有溶液和蒸馏水的锥形瓶（带瓶塞）、纸箱、自制的光合作用实验盒（灯带和透明塑料盒） 三、实验改进要点 （一）实验原理改进 本实验的变量为二氧化碳，围绕这一变量，教材提示用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳，但是并未给出氢氧化钠溶液的具体浓度、用量，对装置的密闭性也具有较高的要求；同时，氢氧化钠溶液具有腐蚀性，使用该试剂存在一定的安全隐患。因此，该实验选用碳酸氢钠溶液（可释放二氧化碳）作为实验试剂，将吸收二氧化碳改为提供二氧化碳；经预实验发现，可以选用蒸馏水作为对照组，氢氧化钠溶液作为实验组（如图1所示），该操作安全、简洁。 图1 对照处理方式 （二）实验材料改进 根据实验要求，应选择生长状况相似、大小相同的植株，实际操作中很难控制这一无关变量；并且根据教材内容，学生容易想到用天竺葵作为实验材料，天竺葵适宜生长的温度是15-25℃，但该实验通常在冬季开展，取材较难。因此，本实验改用植物绿叶（菠菜或上海青）来代替整棵植株，材料差异小，能够很好地遵循单一变量的原则。 （三）实验方法改进 根据教材内容，通常采用“检测有无淀粉生成”的方法来判断植物是否进行了光合作用，操作复杂且耗时长，没法利用课堂时间完成实验。因此，本实验改用“叶圆片上浮法”来验证光合作用的强度，操作简单，实验现象明显，耗时也较短。 具体做法是：1.打取叶片：用打孔器在健壮的上海青叶片上打孔得到小圆叶片20片，注意避开较大的叶脉，将小叶片放入盛有清水的培养皿中（如图2所示）。2.驱逐气体：用镊子将小圆片放入针筒中，注入水，排出针筒中的空气。用手指堵住注射器前端的小孔，把活塞用力向后拉，反复几次，直至小叶片全部沉入水底，将小叶片倒入培养皿（如图3所示）。3.控制变量：用镊子分别向加有和加有蒸馏水的培养瓶中各加入10片处理后沉底的小叶片，确保小叶片沉在底部，放进纸箱中避光备用（如图4所示）。注意不要让小圆片重叠。4.实验记录：10分钟时间，记录每个瓶中叶片上浮的数量，初步判断光合作用的强度。 图2 打取叶片 图3 排出空气 图4 遮光备用 （四）实验装置改进 在实验过程中，常常由于光照、气候条件等因素，导致光合作用相关实验失败。因此，本实验改用自制的光合作用实验盒，来进一步提高实验成功率。该装置由透明的蛋糕盒制成，采用LED灯带作为光源（如图5所示），具有材料简单、光照均匀、装置易携带等优点。 图5 光合作用试验盒 四、实验原理 （一）叶圆片上浮法 利用抽气法将叶片间隙中的气体排出，叶片便会沉入水中。在水环境中，由于叶片光合作用产生的氧气可附着在叶肉细胞的间隙或叶片的表面，使得叶片密度降低，造成叶片上浮。 （二）光合作用强度 植物叶片在单位时间内通过光合作用产生的氧气的量，即单位时间内叶片上浮的数量。 五、实验教学目标 （一）科学思维 运用已有材料合理进行实验设计并操作，处理和分析数据得出结论。 （二）探究实践 通过设计并实施对照实验,阐明二氧化碳是光合作用必需的原料,提高科学探究的能力。 （三）责任态度 运用所学知识，说出农业生产实践中提高农作物产量的方法。 六、实验教学内容 清点材料→打取叶片→驱逐气体→进行对照实验→观察现象，记录数据→分析数据，得出结论 七、实验教学过程 （一）设置情境、引发思考 1.展示温室大棚内安装的二氧化碳发生器的图片，引发学生思考:安装此装置的目的是什么？为什么要增加二氧化碳的浓度？ 2.学生根据所学知识各抒己见，表达自己的观点。由此引出本节课的探究问题：二氧化碳是光合作用必需的原料吗？ （二）问题驱动、深入探究 1.教师引导学生思考：我们在实验室条件下，如何设计实验来验证自己的猜想呢？ 2.学生围绕以下4个问题以小组为单位展开讨论：1)该实验变量是什么？2）如何控制变量？3)如何设计对照实验？4）如何验证光合作用的强度？并参照教材，制定实验计划。 3.学生汇报各组实验方案（如图6所示），师生共同探讨发现常规实验方法操作复杂，耗时长。由此引发学生思考：1）是否能够将吸收二氧化碳变为提供二氧化碳呢？2）是否有更简洁的方法来验证光合作用的强度呢？ 4.为解决以上问题，教师以合作者身份提供一些资料： 1）碳酸氢钠溶液会分解产生二氧化碳，且在一定范围内，碳酸氢钠溶液浓度越高，产生的二氧化碳越多。 2）叶圆片上浮法的实验原理，同时播放提前录制好的“叶圆片上浮法”实验微课，展示操作步骤。 5.小组讨论，完善方案：小组成员根据提供的相关材料再次修改实验方案，并再次进行交流展示，在展示的过程中将存在的问题再次暴露出来，通过相互评价促进思考，进一步完善实验方案（如图7所示）。 图6 实验方案（前） 图7 实验方案（后） （三）分组实验，得出结论 各小组按照制定的实验方案开展实验，观察现象并统计结果，科代表统计各实验小组的实验结果，计算平均值。（如表1所示） 表1 实验数据 碳酸氢钠溶液浓度% 10min叶圆片上浮数目（片） 第1组 第2组 第3组 第4组 第5组 第6组 平均值 0 0 0 0 0 0 0 0 1% 8 7 10 10 9 7 8.33 分析表格数据，得出结论：二氧化碳是光合作用必需的原料。 （四）学以致用 1、观察实验现象发现装有碳酸氢钠溶液的锥形瓶中的叶片不断产生气泡，光合作用生成的气体是什么？如何验证？ 2、回到课堂开始：为什么要在温室大棚内安装二氧化碳发生器？二氧化碳的浓度越高，光合作用的强度是否就越强？ 3、知识拓展：在农业生产实践中，如何提高作物的产量？你能设计相应的实验来验证吗？ 八、实验教学反思 （一）体现了学生的主体地位 在实验教学过程中，先是由学生分小组依据教材内容进行实验方案的初步制定，分享交流的过程中发现其中的不足；教师引导提示相关信息，学生再次修改实验方案，交流讨论中尽可能地完善实验方案。整个过程有助于学生思维的发展，体现了课标中要求的“以学生为主体地位”。 （二）实验装置的拓展性 为避免光照对该实验产生影响，本实验自制了“光合作用实验盒”，有效避免气候、地点对实验的影响。同时，该装置也能帮助学生完成光合作用系列实验，如“探究光合作用产生的气体是氧气”，“光照强度对光合作用强度的影响”等。 （三）实验现象明显 本实验通过对实验原理、实验方法、实验装置的创新，借鉴了高中阶段的实验方法，实验效果明显，也促进了初高中阶段的知识衔接。通过对实验的创新，使得该实验能够在课堂上就完成，将抽象的现象外显，有助于学生建构光合作用的相关概念。 学科网（北京）股份有限公司 $$