“双减”背景下光合作用实验的改进策略探究

燕丽梅 刘廷磊

作者简介：燕丽梅（1988～），女，汉族，山东广饶人，广饶县兴安中学，研究方向：初中生物教学；

刘廷磊（1983～），男，汉族，山东广饶人，广饶县英才中学，研究方向：生物学教学教研。

摘 要：随着我国教育事业的不断发展，“双减”政策的融入不仅能够为其带来很大的帮助，而且能为学生减轻作业负担与校外学习负担，在增加学生学习空间的同时，也能带来更多实验的机会。因而在学习初中生物光合作用相关知识的时候，教师主动带领学生做好光合作用实验，并反思其中所存在的问题，能够为学生的学习与发展提供帮助，有助于生物核心素养的发展。文章针对“双减”背景下光合作用实验进行改进研究，仅供参考。

关键词：“双减”政策；初中生物；光合作用实验

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1673-8918（2023）18-0137-04

从当前初中生物的教学反馈情况来看，部分学生掌握良好的理论知识，却在面对实验操作时出现无法下手的情况，这在一定程度上说明教师在过去的教学过程中，很少带领学生进行实验，学生缺乏一定的操作能力与实践能力。这就需要教师对“双减”政策进行分析与应用，并结合本土资源制订相应的教学策略。文章結合实际对光合作用实验进行改进后，学生在进行实验的过程中能学习到更多的知识，提高自身的综合能力与操作能力。

一、 生物实验改进的背景和目的

光合作用相关实验在鲁科版初中生物中具有举足轻重的地位，这一系列实验需要学生通过小组合作的方式，按照控制变量与对照的要求进行讨论和探究，并制订相应的实验方案，随后开始进行实验。通过对实验数据和现象进行记录、整理和表达，最后得出相应的实验结果与结论。学生进行光合作用实验的目的不仅仅是掌握光合作用相关的原理并学会应用，更重要的是能够完整地掌握生物实验探究的过程，并了解生物探究的原理与内容，从而提升学生的科学素养与创新能力。这样一来，不仅保证了生物实验教学的有效性与完善性，更加符合新课改理念中“以学生发展为本”的要求。

为了实现初中生物教学目标，教师在设计实验流程的时候，需要对不同学生的实际情况进行了解。除了引导学生对所学习到的光合作用知识进行巩固，还要对可能影响光合作用的因素进行分析，并提出探究性的解决问题。学生需要根据所提出的问题进行分析，并作出相应的假设，并站在科学家的角度上去分析设置对照、确定变量、控制变量等内容。由于实验的效果在短时间内无法得到有效的提升与应用，满足初中生物教学的有效性与完善性，所以需要教师对实验进行探索、实践，选用合理的材料及方法进行实验，以此提高实验的质量、效率及可操作性。采用二氧化碳传感器进行光合作用实验，可以保障实验的结果与质量。同时由于实验结果是一种实时的动态结果，学生能够在进行实验的过程中有一定的收获，并适时了解光合作用的实验进程与结果。这样一来，通过对光合作用实验的过程进行改进与分析，可以达到初中生物的教学目标。

二、 定量测量二氧化碳浓度对光合速率的影响

首先，在进行光合作用的实验之前，学生需要选择绿色植物作为光合作用实验的主要材料，这是因为绿色植物的叶片具有叶厚、颜色浓绿、光合速率明显等特点。需要注意的是，学生在进行实验的时候需要调整好盆栽植物的位置，因为绿色植物选用的是盆栽植物或者是整株植物，叶片会出现遮挡的状态，不同的放置方式将会有不同的结果，无法保障是哪一片叶子进行光合作用，造成光合作用实验结果出现差异。若是缺少能够罩住盆栽的透明密封装置，可以选择绿色植物的枝条进行实验，将其放入密闭、透明、无色的塑料瓶中。

其次，在进行光合作用实验的过程中，如果想要对光照强度对光合速率的影响进行分析，需要对气体数据进行定量测定工作，可以选用CO2传感器。由于CO2传感器的灵敏度高于O2传感器，能够快速、准确地测定实验的数据，所以在进行光合作用实验的时候，运用CO2传感器不仅能够保障实验的正常进行，也能使实验的数据变得更加准确。

最后，需要采用气泵对密闭瓶中的气体进行换气，并对其进行定量测量，来保障密闭瓶中CO2浓度具有稳定性。但是在持续的测量过程中发现，密闭瓶中的CO2浓度呈现下降的趋势，这就需要学生进行换气处理，来保持密闭瓶中CO2含量充足。

在这个实验当中，因为植物进行光合作用的时间长，像打开装置、移动植物等可能会对实验带来很大的误差。为了减少误差，并降低因为误差带来的结果差异，可将密闭瓶与通气泵、出气管等进行连通，同时对通气泵与出气管等加以控制，并在尽量不影响密封瓶的位置和其形状的情况下，对瓶子内所产生的空气加以调整。由于CO2传感器中所测试出的数据是每时刻瓶内的CO2浓度，所以学生需要取得CO2浓度的数据平均值，将平均值除以对应的间隔时间进行计算，获得单位时间内的CO2吸收含量及相关数据。

三、 实验装置的制作与材料的优化

（一）自制实验装置

1. 学生自主组装实验装置

学生在进行光合作用实验的时候，可以根据当前实验所处的环境、光源等因素，设计出一个遮挡实验外界的光源装置，并将这种装置进行组装，确保光合作用实验得以正常运行，并对此实验进行相应的改进与完善。一般来讲，厚纸板的价格不仅便宜，而且具有容易获得、遮光性好等特点，学生及教师在对厚纸板进行打孔与剪裁时也比较方便，通过胶带就能将厚纸板进行连接。基于此，为了提高学生的操作能力，可以让学生参与实验装置的制作与设计当中，并运用厚纸板制作出属于自己的实验装置，保障光合作用实验的效果与质量。

2. 实验光源的选择

教师在辅助学生进行光合作用实验的时候，可以将厚纸板与密闭瓶进行连接，制作成具有遮光特点的实验装置，并选择可以充电、调节光照的节能灯作为唯一的光源，这样一来，学生在进行实验的过程中能够更加便利。因此，学生在开展实验的过程中，可以选择充好电的节能灯，因为节能灯在充满电的情况下，其使用时长为6—8个小时，能够充分地满足光合作用实验对光源的需求，且学生也可以通过调节按钮对光照强度进行调整，并在不改变光源及植物位置的情况下改变光照强度。

（二）实验材料的优化

1. 光合作用材料的选择

教材中所选择的实验材料是金鱼藻植物，但在本地的河流中没有发现其身影。为了贴近学生的生活，选择一种当地常见的植物——鼠尾藻作为实验植物。鼠尾藻本身是一种水生植物，若是将其放置在水中，给予适当的光照，光合作用速率快，短时间内就能收集足够氧气，实验现象明显。甚至学生把鼠尾藻放置在透明的饮料瓶中，放在光下，就可以发现不断向上冒出的氧气泡。因地制宜地选材更有利于学生参与实验中来，主动地对光合作用进行探究。

2. 实验溶剂的选择

在进行光合作用实验的时候，需要通过NaHCO3溶液对金鱼藻植物所处空气中CO2的浓度进行调节。但是由于NaHCO3水溶液呈现碱性，对植物叶片的气孔开放情况有着一定的影响，若是NaHCO3溶液的浓度较高，会使O2的释放速度逐步变慢，从而影响光合作用的实验结果。因此，文章选择了CO2泡腾片作为本实验主要的材料，其主要成分是有机酸和碳酸氢盐，在遇水融化之后会释放出大量的CO2，提高水中的CO2浓度，使水溶液的pH值不会出现较大的变化，仍然呈现中性的状态。

四、 实验改进建议

（一）对自变量——光照强度控制的改进建议

本次实验在进行的过程当中，要注意避免外界条件对实验的结果造成一定的误差或扰乱的现象。为了保证变量唯一，教师会引领学生将放有绿色植物的密闭瓶放置在黑暗处一晚，并在第二天将绿色植物放置在具有光照的地方，在获得光照数小时之后，通过获取密封瓶里的叶片进行检测，检测叶片是否出现了淀粉。为了减少外界因素所造成的干扰，并在短时间内得到实验的现象与结果，建议學生用100W的台灯作为主要光源，通过调整距离对光照强度进行控制。但如果是在同一实验平台完成三组实验，将会对实验的结果产生干扰：第一，出现光源相互干扰的现象。因为不同的光源所发出的光线出现叠加的状态，且叠加的范围、程度、强度等都有一定的差距，影响实验的温度及自变量，影响绿色植物产生淀粉的效果。第二，耗时的时间比较长。特别是在冬天的时候，外界的自然光线暗，实验室的环境也相对阴暗，若是用40W的台灯作为主要的光源进行实验，很有可能因为光照不够等原因，导致绿色植物无法获得良好的光照。

改进建议：如果是通过调整台灯距离来控制光照的强度，会使实验室内部的光线有着一定的误差，若是能使用摄影棚进行实验，能解决相应的问题，但是极不方便。在进行光合作用实验时，我们可以使用能改变光度的LED灯作为主要的光源，并利用光照强度传感器进行测量。学生在进行实验的过程中需要注意，每一盆植物之间不能各自遮挡而影响光源的照射，必须利用光照强度传感器度对光线的检测，证明其亮度满足光合作用实验的条件。

（二）对无关变量——温度控制的改进建议

教材中对进行实验所需要的温度没有进行明确的标注，在运用绿色植物叶作为光合作用实验材料的时候，最好对当地四季的温度进行分析，因为光合作用实验在进行的过程中，很有可能会受到温度的影响，导致叶片无法正常进行光合作用，这也是学生应当注意的现象。而在冬季进行实验的时候，由于室内的温度偏低，尤其是在供暖之前的温度格外寒冷，若是与光合作用实验的温度差值过大，将会对实验的现象难以控制。而且若是台灯的功率过大，也有可能对温度造成影响，这就需要各个实验组运用水浴保温的方式对温度进行控制，保障光合作用实验进行的效果。

在实验的过程当中，特别是在对实验数据进行处理的时候，学生理论上是根据单位时间内叶片产生氧气、消耗二氧化碳的数据加以记录，这个也是实际光合速度值，无法直接记录。另外，在光合作用实验进行的过程中，如果采用10分钟以上消耗二氧化碳的数据，在不同的照明时间内所产生的数据并没有很大的差异，而5分钟左右所产生的氧气数据虽有一定的差距，但这是准确的数据，故而选择5分钟内叶片的氧气浓度表示光合速率。为了降低学生进行实验的压力，光合作用实验的改进与分析十分必要，这一方式所具有的实践性、应用性突出，对初中生物知识的变革具有全局性的作用。

（三）对无关变量——CO2浓度控制的改进建议

二氧化碳是光合作用实验的主要原料，教材中在对CO2的浓度进行控制的时候，是通过制作简易的实验装置，将一个密闭瓶中放入少量的氢氧化钠溶液，并放入一株绿色植物，然后对密闭瓶进行密封；而另一个则没有氢氧化钠溶液，放入的是长势相似的同种植物和清水。通过证实具有氢氧化钠溶液的密闭瓶中二氧化碳的含量少，瓶内的植物不能产生淀粉来证明二氧化碳是光合作用的原料。事实上，应用该种方式进行实验，很多学生都没有成功，这就需要学生及教师对实验进行改进。

改进建议：因为植物进行光合作用最适合的CO2浓度是10-3，随着密封瓶中光合作用的进行，CO2的浓度会降低，从而影响植物的光合作用。在进行光合作用实验教学的过程中发现，碳酸氢钠溶液的加入能够对CO2浓度进行调整，实验现象会明显，成功率高。

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》提出要培养学生生物学核心素养，教师要关注学生生命观念、科学思维、探究实践、态度责任四个方面的提升。本次带领学生改进光合作用实验，是一次与“双减”政策和新课标理念的融合实践。在反复的实验操作中，学生体会到了生物学的乐趣，并加深了对知识的理解，可谓一举多得。学生明白了光合作用的原料除水之外，还有二氧化碳；绿色植物的光合作用不仅吸收了二氧化碳，还释放出了氧气。在学生主动动手完成实验的过程中，明确探究实践的方法和步骤，并能进行独立思考和判断，多角度分析问题提出自己的见解，发展了科学思维。

针对初中生物的教学情况来讲，学生兴趣的引导十分重要，是教师设计新课程体系的重要基础与依据，教师必须站在学生的角度进行分析，深刻了解学生的兴趣及其在生物教学及实验活动中的不足之处。由于以往的教师课堂方式相对消极，不利于教师的生物实验教学，这就要求教师必须适时改变其教学策略，重视教师与学生之间的情感交流，了解生物课堂与实验之间的逻辑联系，并注意教师与学生之间在生物课堂上的互动，使其掌握更多的生物知识。此外，根据学生的个性化成长特点合理设计课程体系，保证初中生物教学工作的整体提升和优化提高，使初中生物教师在进行课程教育及实验的发展进程中逐步确定自己的教学改革路径和方法，保证生物教学的顺利开展和优化提高，为学生指引今后成长的道路。

五、 结语

综上所述，我国大部分的初中在开展生物教学课程中，本身就存在一定程度的不合理性，实验课程设置偏少，对生物实验教学的重视程度低。教师结合“双减”政策和新课标对光合作用的实验进行改进，并对影响实验的因素进行分析，提出相应的改进措施，做到了减负增效，落实了“双减”政策。此外，学生在主动进行光合作用实验的时候，理论与实践结合，不仅体验到了生物学的神奇，学习到了更多的知识，而且发展了科学思维，提高了自身的综合能力，有助于提升生物学核心素养。

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