对实验“光合作用产生氧气”的探究与改进

鲍永娟 梁 旭

（1.新疆乌鲁木齐市第四十四中学 新疆乌鲁木齐 830002）

（2.新疆生产建设兵团第二中学 新疆乌鲁木齐 830002）

笔者从教学实践发现：2012年出版的人教版《生物学·七年级·上册》第三单元第五章第一节“光合作用吸收二氧化碳释放氧气”一节中的演示实验“光合作用产生氧气”在实际教学过程中存在实验耗时长，实验效果欠佳，实验成功率低等方面的不足。鉴于此，将对此实验进行了适当的改进，从而增强实验效果，提升实验的成功率，以期为开展此实验的广大初中生物学教师提供一定的借鉴与启示。

1 教材实验分析

“光合作用产生氧气”是2012年出版的人教版生物学七年级上册的第三单元第五章第一节“光合作用吸收二氧化碳释放氧气”一节中的演示实验，本节内容重难点在于理解植物光合作用的实质。教材中光合作用实质这一核心概念是通过对两个经典实验的分析和验证得出。一个实验是“二氧化碳是光合作用的必需原料”，另一个实验是“光合作用产生氧气”。在实际教学过程中，演示实验“植物光合作用产生氧气”由于受天气情况、日照长度、光照强度等客观因素，以及实验者进行实验操作的熟练程度等主观因素的影响，要达到预期的实现效果事实上是存在一定程度困难的。

2 教材实验的不足

演示实验“光合作用产生氧气”在教材中该实验设计参考安排的实验材料是金鱼藻。实验步骤是：先将一定量的金鱼藻放入盛有清水的容器内，让学生观察金鱼藻在阳光下是否放出了气泡；然后，在金鱼藻的上方倒扣一个漏斗，将盛满清水的试管伸至漏斗底部，采用排水集气法收集金鱼藻进行光合作用时所产生的气体，待气体充满试管容积的1/2左右时，用拇指堵住试管口缓慢取出试管，并安置在试管架上，迅速将快要熄灭的卫生香（或竹签）伸进试管口内，注意观察卫生香（或竹签）的燃烧情况。整个实验操作看似简单可行，但是在实际教学过程中发现该实验存在以下几个方面的问题。

2.1 实验耗时且实验效率低产生氧气少

依据教学进度，开展此实验正值深冬季节，天然采光条件有限，太阳光的照射时间缩短，照射强度也大大减弱，收集1/2左右试管容积的气体所需要的时间较长。经过反复实验，在冬季日照条件较好的乌鲁木齐地区，收集半试管的氧气所需要的时间至少4 h。但是，即便解决了收集气体耗时长、收集气体的量不充足的问题，该实验仍然有另一个实际问题需要解决。当然，这个过程可以通过强光灯的照明来补充自然采光条件的不足可以缩短实验时间。

2.2 实验成功率低

气体收集完成之后，将试管从水中取出的过程中，收集的气体很容易从试管口逸出，由于收集氧气的量不充足或者实验操作者的动作不够迅速，从而很难使得即将熄灭的卫生香（或竹签）复燃，学生观察不到预期的实验现象，实验成功率低，效果也是差强人意。

3 实验的探索与改进

在不改变生物学原理和要求的前提下对该实验进行了适当的改进，逐一突破该实验存在上述两方面的不足，经过多次探究和尝试，通过优化实验材料，使用溶解氧传感器等方法解决，以保证该实验在实际教学过程中能够顺利且高效地完成。

3.1 优化实验材料

每次开展此实验前，不少教师都需要去市场上购买新鲜的金鱼藻，实验成本相对较高。因为金鱼藻对生长环境的透光率要求较为严格，需要安置在在光线充足的环境下且水源要保持清澄、明澈，为避免其他藻类、微生物等的侵蚀还需要频繁更换清水否则容易发生腐烂现象，需要有较高的养殖能力，所以在实验室养殖金鱼藻不太可行。相比较而言，碰碰香这种植物，叶片大而厚实，喜光，枝条极易分枝，插穗和扦插都极易成活易于养殖，可以实现在实验室大量栽种且成本低廉。

分别用金鱼藻和碰碰香作为实验材料进行该实验，比较其进行光合作用的速率。实验时准备两个500 mL的锥形瓶，分别盛装500 mL等质的清水，称取金鱼藻和碰碰香各35 g，然后将金鱼藻和碰碰香置于锥形瓶中。鉴于实验室所能够接受的自然光不是很充足，也为了加快实验速率和增强实验效果，借助了光照强度为1 050 Lx（约等于100 W）的强光灯对两个锥形瓶进行均匀照射。约6 min后，明显观察到碰碰香的叶片上放出了许多气泡，且气泡的体积也较大，而在金鱼藻的叶片上的气泡放出的现象则不明显。因此，可以推测在同等条件下碰碰香进行光合作用的能力明显强于金鱼藻，效率高于金鱼藻。为了验证这一推测，证明观察结果的真实性，紧接着将溶解氧传感器分别探进装有金鱼藻和碰碰香的锥形瓶，观察其生成的溶解氧含量变化的曲线图。

3.2 利用溶解氧传感器将实验结果数据化、可视化

在上一步优化实验材料探究的基础之上，在空气中校准溶解氧传感器，确定初始值，继而将溶解氧传感器依次探进装有金鱼藻和碰碰香的锥形瓶中。利用溶解氧传感器能实时监测数据变化的特点，观察两个锥形瓶在相同时间内溶解氧含量的在数值上的变化以及实验数据曲线的生成，结果如图1、图2所示。

从生成的实验数据曲线上可以直观地观察到：装有碰碰香的锥形瓶溶解氧含量的曲线上升的倾斜度明显大于装有金鱼藻的锥形瓶，即可以得出在相同时间内、同等条件下碰碰香进行光合作用产生的氧气的量明显大于金鱼藻。经过进一步计算得出：碰碰香在此条件下光合作用产生氧气的速率为0.51 ppm/min，金鱼藻产生氧气的速率为0.16 ppm/min（注：在水中1 ppm=1 mg/L）。所以通过开展对照实验，根据曲线图和数据结果，可以得出在同等条件下碰碰香产生氧气的速度明显快于金鱼藻，证实了之前根据观察结果所进行的结论推测是正确的。实验的具体操作步骤和结果的短视频如图3所示。

改进实验“光合作用产生氧气”简化了实验步骤，缩短了实验时间，提升了实验成功率的同时，也使得实验效果更加明显、直观。但值得提出的是，该实验的开展需具备溶解氧传感器，并非所有学校的实验室都具备，所以该实验在普适性还有待商榷。