初中生物“植物的光合作用”教学设计及实验改进

摘 要：“植物的光合作用”是初中生物教学的重点内容，学生自主设计实验可以提升实验设计能力。笔者对教材中的实验及教学设计进行了进一步优化，在课堂设计上利用探究的方式，并使用BTB指示剂、改进装置等方法改进实验，以期在课堂上激发学生的兴趣，使实验更具可操作性。

关键词：植物的光合作用;初中生物;实验教学;金鱼藻;BTB溶液

中图分类号：G427                       文献标识码：A                   文章编号：2095-624X（2021）10-0073-02

引 言

浙教版八年级下册第三章第六课“植物的光合作用”是初中生物教学的重点内容，在已知光合作用的条件和产物的情况下，让学生自主设计实验验证光合作用的产物（淀粉）、条件和场所，是初中阶段的重要实验。目前初中教学任务重，教师在课堂上难以有效提升学生的实验设计能力，但提升这一能力对学生而言非常重要。因此，笔者对教学思路和实验进行了一定的调整。

在第一课时的学习后，学生已经了解了光合作用的条件、原料及生成物，本节课主要通过实验设计使学生理解植物光合作用的原理，学会根据实验目的及控制变量法原则设计实验[1]。

本节课的实验目的是验证植物光合作用的产物有淀粉，条件有光照和叶绿体[2]。

一、“植物的光合作用”教学设计第一课时

（一）引入

浙教版教材中直接呈现验证过程，实验过程较为科学、严谨。深度学习理论认为，教师创设促进学生深度学习的课堂情境，可提出一个令学生感兴趣的真实问题，将知识迁移至情境中，引导学生思考，以实现对真实问题的解决。

因此，笔者将该实验改为以杭州亚运会为背景的活动。笔者将班级分为若干小組，分给各组经过纸片（HZ2022字样）遮光处理的叶片，活动目标为让树叶上的字浮现出来。笔者为学生提供了一定的信息：叶片上的隐形字需要通过一定技术显现出来，有无字部分区别在于遇碘液是否会变蓝。

（二）验证“光合作用需要光照”的实验

当教师请学生初步设想实验方案时，学生会提出将碘液滴在叶片上。教师可提问有无需要纠正的内容，引出脱色处理：叶片原有颜色对实验有所干扰，需先将颜色褪去。教师可提示学生叶绿素只能溶解在酒精中。学生提出将叶片放入酒精中并加热。教师继续提问是否有需要改进的地方，学生提出酒精加热会燃烧，可用水浴加热法来漂洗叶片，滴加碘液，再洗去浮色。

教师可提问学生叶片变蓝的原因，同时给出信息“碘遇淀粉会变蓝”，同时提示学生“植物光合作用产生淀粉，光是光合作用必备条件”。学生回答，因为有无光照决定了有无进行光合作用，是否产生淀粉，从而验证了植物光合作用需要光照。教师可以提问，有的学生已经对叶子进行了遮光处理，但叶子整张都变蓝是什么原因。学生猜测是之前的淀粉对实验的影响，从而提出暗处理一昼夜。

（三）验证“光合作用需要叶绿体”的实验

教师提问：如何设计实验，证明光合作用的场所是叶绿体？教师通过资料小卡片告诉学生，银边天竺葵是天竺葵的变种，叶片边缘呈白色，不含叶绿体。此时，教师为学生预留5分钟时间，让学生进行小组合作讨论，并请每个小组派一名代表介绍实验方案。

在学生展示方案后，教师请各组学生提出意见并改进方案。教师总结内容，完善实验方案：第一步，取暗处理的银边天竺葵;第二步，用两张黑纸片上下夹住叶片遮光，此时的变量为是否有光照;第三步，放在光下照射4小时;第四步，摘下叶片，去掉黑纸片;第五步，将叶片放在酒精中隔水加热;第六步，叶片褪成黄白色时，取出用清水洗净，滴上碘液观察。学生可以观察到有光照的部分叶片变蓝，遮光部分的叶片不变蓝，从而得出结论：光合作用需要光照。

（四）课外拓展

教师可请学生思考，应如何提高农作物的产量，提示学生从原料和条件的角度进行思考。学生回答可以在一定范围内增强光照;提高气体肥料（二氧化碳）的浓度，加强光合作用;合理密植。此时，教师提问：合理密植的原理是什么？学生回答：合理密植能充分利用光能，加强光合作用。

二、“植物的光合作用”教学设计第二课时

第二课时的目的为设计实验验证光合作用产生氧气，需要原料二氧化碳。在浙教版初中科学中，植物的生命活动是非常重要的一部分内容，而植物的光合作用尤为重要。其中，探讨光合作用的几个实验在杭州中考中经常出现，且作为实验探究题出现，所占分值较高。由此可见，这几个实验十分重要。

（一）引入

在平时的教学过程中，教师习惯将该部分实验方案直接展示给学生，没有为学生提供充足的思考时间。在本节课的教学中，教师可以让学生先自主设计实验，让学生对每个环节的设计了然于心，并体验实验探究过程。

（二）验证“光合作用产生氧气”的实验

第一个实验的设计：验证光合作用产生氧气。为了让学生理解选择水生植物的原因，教师应让学生思考收集氧气的方法。学生答向上排空气法及排水法，排水法收集到的氧气更加纯净，因此选择排水法。而陆生植物不便使用排水法，因此选择水生植物金鱼藻。在此基础上，教师请学生任选仪器设计实验来验证光合作用能否产生氧气。学生会提出各种实验方案，如通过虫子是否存活检验是否产生氧气;在针筒中放置植物，将产生的氧气从针头排出，用带火星木条检验等。教师应对学生设计实验方案的不足之处进行分析。教师可为学生展示改进的实验：锥形瓶上连接橡胶，橡胶上夹紧止水夹，打开止水夹用带火星木条检验即可。另外，教师可为学生介绍能自行完成的实验——用塑料瓶中装满水和金鱼藻来检验。

在验证光合作用产生氧气的实验中，教材中的实验将水生植物金鱼藻扣在漏斗中，并在漏斗上方放一支试管，通过排水法收集一试管氧气，再将试管移出烧杯，用大拇指堵住试管口以防氧气逸出。但在现实操作中，这一实验难以很好地达到实验目的，原因在于漏斗大小有限，而金鱼藻的光合作用很难收集满一试管氧气。并且，在试管转移的过程中，实际操作非常不方便，容易导致氧气泄露。教师可引导学生对实验进行改进，将漏斗上方用橡胶连接一段小导管，并在橡胶上夹一个止水夹作为开关，在检验时只需打开开关即可使产生的氧气逸出，从而达到实验效果，且需要的时间较短。另外，教师还可以引导学生利用身边的废旧物品，如空塑料瓶，在瓶中装满水和金鱼藻，将金鱼藻放在光下，让学生每天观察，发现水中不断有气泡产生，水位线不断下降，由此可以看出的确产生了不溶于水的气体——氧气。学生利用身边最简单的仪器抓住实验的精髓，并用排水法收集光合作用产生的氧气，但这个实验难以使带火星的木条复燃，因为打开瓶盖的过程中氧气会散掉。

（三）验证“光合作用需要二氧化碳”的实验

第二个实验为验证光合作用需要二氧化碳。教师给学生提供水生植物和BTB溶液，让学生自行设计实验。大多数学生都能设计出在烧杯中放置水、金鱼藻和BTB溶液，通入二氧化碳，BTB溶液刚开始为黄色，光照一段时间后变绿的实验。但实验有如下缺点：第一，未设置对照组，对照组中没有通入二氧化碳，学生经常会遗忘设计;第二，整个仪器未密封，并未排除外界环境对实验的干擾;第三，水中也会有气体影响，因此应选择煮沸后的冷水进行实验。确定以上因素后，教师将改进后的实验设计提供给学生，并将结果展示给学生。在进一步的实验设计中，教师不再限定实验材料，让学生任选仪器。学生会选择用陆生植物验，并设计实验。在学生展示实验设计后，教师需提醒学生注意设置对照组，且对照组中一定要放一杯清水，检验时应使用淀粉，实验前需暗处理一昼夜。介绍完实验后，教师请学生预测实验现象和结果。学生能答出装清水的塑料袋中的叶片变为蓝色，而装氢氧化钠的塑料袋中的叶片不变蓝。师生分析实验现象，得出实验结论是植物光合作用需要二氧化碳。

在证明光合作用需要二氧化碳的实验中，教材中的实验选择一棵植株的两片叶片，两片叶片均套上透明塑料袋，为排除外界环境影响，将袋子扎紧并在封口处缠上胶带，一个袋中装清水作为对照组，另一个袋中装氢氧化钠来吸收空气中的二氧化碳，作为实验组，放在光下照射一段时间后用淀粉验证叶片是否变蓝来检验植物是否进行光合作用。这个实验的缺陷是扎上的袋子重量太大，容易造成枝条弯曲甚至折断，且实验效果不明显，有二氧化碳和没有二氧化碳组的区别并不大。因此，在实验中，教师可以选择金鱼藻，在水中加入BTB溶液，与石蕊试剂进行对比。BTB溶液是一种十分灵敏的酸碱指示剂，变色范围在pH6.0～7.6之间，对弱酸或者弱碱十分敏感。BTB溶液在弱酸性溶液中呈黄色，在中性溶液中呈绿色，在弱碱性溶液中呈蓝色。在水中通入二氧化碳时，BTB溶液颜色很快变黄，而普通水呈中性，呈绿色。教师引导学生分别在两组锥形瓶中加入金鱼藻、清水和BTB溶液，两组溶液均为中性，因此呈绿色;在实验组通入二氧化碳，二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸呈酸性，因此BTB溶液变为黄色。将两个锥形瓶放在光下照射24小时之后，学生能发现实验组的黄色逐渐消失，直至变绿，而对照组的绿色不变。通过两组对照实验，学生可以看出原来通了二氧化碳的实验组在经过一段时间光合作用后由黄色变成了绿色，证明水中的二氧化碳被消耗，光合作用消耗了二氧化碳。

结 语

科学实验应做到实事求是，应尽量确保简单而效果明显，本文分析的实验改进策略都是为了达到这一目的。本节课的主要目标是让学生学会设计光合作用验证实验的基本思路，并理解为何要暗处理、光合作用如何检验等。通过自主设计实验，学生的综合学习能力得到大幅提升。

[参考文献]

李志燕.“光合作用吸收二氧化碳释放氧气”（第一课时）的教学设计[J].生物学教学，2014（06）：37-38.

阎乃胜.深度学习视野下的课堂情境[J].教育发展研究，2013（12）：82-85.

作者简介：高烨楠（1993.8—），女，浙江温州人，硕士研究生。