“檢驗光合作用釋放氧氣”實(shí)驗的改進(jìn)

徐光德 （成都市華陽中學(xué) 四川成都 610213）

“檢驗光合作用釋放氧氣”是北師大版初中生物學(xué)第5章第1節(jié)光合作用的一個重要演示實(shí)驗，是在學(xué)生了解了光合作用發(fā)現(xiàn)史的基礎(chǔ)上，利用演示實(shí)驗幫助學(xué)生構(gòu)建氧氣是光合作用的產(chǎn)物這一重要概念。

1 原實(shí)驗

教材采用將沉水植物——金魚藻置于玻璃水槽中，上罩短管漏斗，再用盛滿清水的試管套在漏斗上，然后將裝置放置于陽光充足的環(huán)境中接受光照，待收集約1/2管氣體后，倒轉(zhuǎn)試管并用帶火星的木條檢驗該氣體是否為氧氣。

在利用該方法實(shí)踐的過程中發(fā)現(xiàn)有以下問題造成實(shí)驗不能有效開展。

1）裝置較復(fù)雜。教材原實(shí)驗用到的玻璃水槽、短管漏斗、試管等器材需要借助于實(shí)驗室，生活中很難找到，給實(shí)驗的推廣造成了一定難度。

2）準(zhǔn)備時間較長。按照教材上的方法收集20 mL氧氣需數(shù)小時，實(shí)驗準(zhǔn)備時間較長。

3）裝置不便移動。整個裝置為玻璃器皿，且沒有固定，在搬動實(shí)驗裝置時很容易造成裝置的破損，甚至有一定的安全隱患。

2 實(shí)驗改進(jìn)

2.1 材料處理的改進(jìn) 實(shí)驗中光合作用產(chǎn)生的氣體主要從莖中釋放，若增加莖的切口能很好地加快氧氣的釋放量。因此，在加入黑藻前，先將黑藻剪成6 cm左右的小段效果更好。

2.2 裝置的改進(jìn) 改進(jìn)后的實(shí)驗裝置只需1個透明的塑料瓶。實(shí)驗時，先往塑料瓶中加入濃度為2%的碳酸氫鈉溶液［1］，并在瓶中預(yù)留約30 mL的空間，然后將黑藻小段裝入瓶中，并盡量使切口的一端朝上，最后擠壓礦泉水瓶，排盡裝置中預(yù)留的空氣，蓋嚴(yán)瓶蓋，將裝置放在溫暖且陽光充足的環(huán)境里。

2.3 檢驗方法的改進(jìn) 檢驗時只需要等收集的氣體將擠癟的礦泉水瓶膨脹，然后打開瓶蓋，用帶火星的木條伸入瓶中檢驗即可。

3 實(shí)驗改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)和不足

改進(jìn)后的實(shí)驗具有操作更簡單，現(xiàn)象易觀察，安全性更高的優(yōu)點(diǎn)。但改進(jìn)后的實(shí)驗仍受困于天氣因素。在溫度適宜、晴天的條件下，用改進(jìn)后的方法收集氧氣效果較好，但該實(shí)驗通常在11月份進(jìn)行，成都屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，11月多陰雨天氣，統(tǒng)計近3年成都天氣情況，11月的日照天數(shù)僅占1/3，遇上陰雨天便收集不到氧氣；課堂教學(xué)中學(xué)生還是只能觀察到檢驗氧氣的過程，而無法見證氧氣的產(chǎn)生過程。如何才能克服因天氣原因無法實(shí)驗的困難？如何讓學(xué)生在課堂上能實(shí)時觀察到氧氣的產(chǎn)生過程？為此，筆者做了再次改進(jìn)。

4 “光合作用釋放氧氣”演示裝置

為了能在陰雨天也能順利地收集光合作用釋放的氣體，同時也能讓學(xué)生在課堂上見證氧氣的產(chǎn)生過程，筆者制作了“光合作用釋放氧氣演示裝置”（圖 1）。

圖1 光合作用釋放氧氣演示裝置

演示裝置的主體結(jié)構(gòu)是木箱，在演示裝置內(nèi)安裝有一個內(nèi)置攝像頭，通過現(xiàn)代信息技術(shù)手段能實(shí)時播放并記錄氧氣產(chǎn)生的過程。裝置兩側(cè)各裝有一根105 W的三基色節(jié)能燈管用于模擬陽光，為了增強(qiáng)反光效果，在演示裝置的兩側(cè)及頂面均貼有平面反光鏡。在陰雨天無法借助陽光進(jìn)行光合作用時，只需將裝有黑藻的礦泉水瓶放入演示裝置內(nèi)，攝像頭與電腦連接，便可實(shí)時觀察瓶內(nèi)釋放氧氣的過程。

演示裝置能否替代陽光或具有更好的效果？筆者做了如下實(shí)驗:準(zhǔn)備2個相同的礦泉水瓶，編號為甲、乙。首先在2個瓶子中注滿2%濃度的碳酸氫鈉溶液，然后往瓶中各加入長勢相同的黑藻20節(jié)，將甲組放在不同的自然光下，乙組放在演示裝置中，利用排水法收集并記錄氧氣的產(chǎn)生量。經(jīng)多次重復(fù)實(shí)驗，得到如下數(shù)據(jù)（圖2）。

圖2 不同自然光下和演示裝置內(nèi)黑藻氧氣釋放量對比圖

實(shí)驗結(jié)果表明：相同數(shù)量的黑藻在光照強(qiáng)度很強(qiáng)的晴天，氧氣的釋放速度比裝置中氧氣的釋放速度快；但是在陰雨天，演示裝置中氧氣的釋放速度更快。所以，在自然光照條件很好時，可借助陽光進(jìn)行實(shí)驗；當(dāng)遇上陰雨天氣時，利用演示裝置能更快地收集到足夠的氧氣，極大縮短了教師課前準(zhǔn)備的時間。

課堂教學(xué)中將演示裝置的內(nèi)置攝像頭通過USB接口與教室內(nèi)的多媒體設(shè)備相連接，學(xué)生便能實(shí)時觀察到氧氣釋放的過程。

這樣的改進(jìn)能很好地克服因天氣因素?zé)o法開展實(shí)驗的困難，且在課堂上學(xué)生能親眼見證植物釋放氧氣的奇妙過程，能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時還可極大簡化教師課前的實(shí)驗準(zhǔn)備過程，有利于實(shí)驗的有效開展。