“植物蒸騰作用”實驗的改進與延伸

江蘇省昆山開發(fā)區(qū)青陽港學校(215300) 陸曉金

1 研究背景

1.1 教材實驗

教材實驗表述：選取兩枝粗細相近的枝條，一枝去除葉片，另一枝保留葉片，分別插入兩個錐形瓶中，標號甲組和乙組，瓶中裝有的清水液面高度相等，且表面滴加適量食用油。枝條露出瓶外的部分用塑料袋罩住，扎緊袋口，兩組放在同一陽光下，3 h后觀察實驗現(xiàn)象。

1.2 教材實驗的缺點

經(jīng)過多次的聽課與上課，筆者認為本實驗存在以下三個不足之處：①實驗材料難準備、實驗條件難具備，材料要選用蒸騰作用強的植物，實驗時要達到合適的溫度和光照條件，經(jīng)歷數(shù)小時的等待，實驗現(xiàn)象才能有明顯變化；②實驗操作不直觀，現(xiàn)象不清晰，由于實驗等待時間過長，課堂上教師一般利用課前錄制好的視頻或圖片向學生展示，這樣缺乏說服力，也使學生只能被動地聽現(xiàn)象，被動地記憶結論；③不利于學生自主探究，主要以演示實驗為主，自主探究環(huán)節(jié)少，不利于學生科學思維的形成與發(fā)展。因此，對教材實驗進行適當?shù)膭?chuàng)新與改進，非常有必要。

2 實驗改進

2.1 改進實驗材料

選取的實驗對象是帶有新鮮葉片的桂花枝條、黃楊枝條和香樟枝條若干；實驗器材包括容量為2 mL的注射器、透明軟管、黑墨水、清水等。

2.2 改進后的實驗方案

圖1是改進后的實驗裝置。去除注射器的活塞，留下空筒，與透明軟管相連，用另一個注射器從軟管向空管處加入等量稀釋的黑墨水至2 mL，這樣的裝置準備3組，分別標記為A1、A2、A3組。選取兩株新鮮帶葉、長勢相似的桂花枝條，A1組軟管中插入帶葉的枝條，A2組軟管中插入去除葉片的枝條，A3組不加枝條。將這3組實驗裝置分別固定在小黑板上，放在同一溫度、光照等環(huán)境下，及時觀察注射器中液面下降的數(shù)值，并作比較。

同理，用黃楊枝條、香樟枝條代替桂花枝條，其他處理方法相同，比較B1、B2、B3組，C1、C2、C3組的實驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)，通過作用于不同植物的實驗，說明蒸騰作用在植物中是普遍存在的。

圖1 改進后的實驗裝置

2.3 改進后的實驗現(xiàn)象分析

以桂花枝條為例，約15 min后，可以觀察到以下實驗現(xiàn)象：①A1組注射器空筒中的液面高度為1.80 mL左右，下降了約0.2 mL；②A2組注射器空筒中的液面高度為1.98 mL左右，下降了約0.02 mL；③A3組注射器空筒中的液面高度為1.99 mL左右，下降了約0.01 mL。通過數(shù)據(jù)分析可知，水分自身蒸發(fā)量約為0.01 mL，因此A1、A2組枝條蒸騰作用吸收的水量應該分別為0.19 mL和0.01 mL，將定性說明轉變?yōu)槎糠治觯瑥亩梢赃M一步理解為什么植物蒸騰作用的主要部位是葉片。雖然稚嫩的莖表皮的皮孔、體表的角質層等都可以進行微量的蒸騰但與植物葉片的氣孔蒸騰相比，微乎其微。再通過黃楊、香樟枝條的實驗，從單一到普遍，使現(xiàn)象更加具有說服力，使結論更加充分與完善。

小小的裝置改進，不僅現(xiàn)象顯著，而且給學生帶來思考與探究的機會，使學生的思維與能力得到了提高。若沿用課本實驗，學生則無法察覺到無葉片組的少量蒸騰現(xiàn)象，因此，改進實驗進一步完善了實驗結論。

3 拓展延伸

3.1 散失水分比例的計算

在此基礎上進一步探究，植物體內的水分是以什么形式散失的呢？學生通過查閱書本資料很容易回答是水蒸氣，但其看不見、摸不著，那如何證明呢？教材實驗是通過觀察塑料袋上的小水珠，推測是水蒸氣遇冷液化生成了小水珠，反向證明蒸騰作用是以水蒸氣的形式散失到空氣中，現(xiàn)象雖明顯，但不能在課堂有限的時間內及時觀察到。那植物蒸騰作用吸收的水分又有多少比例散失到空氣中呢？于是，引入蒸騰作用散失水分比例的計算公式(散失水分比例=蒸騰散水量/植物吸水量)，對實驗進行延伸。

增加的材料有透明加蓋的塑料盒、紙板、濕度表、干燥劑，將A1、A3組實驗裝置貼在紙板上，放入透明加蓋塑料盒中，再各放入一個濕度表，記錄好其初始值。再各放入等量干燥劑，并稱好干燥劑的原始重量。一段時間后，可以測得植物蒸騰作用散失的水分比例=(A1組干燥劑增重—A3組干燥劑增重)/(A1組空筒失水量—A3組空筒失水量)×100%(由于質量等于密度乘以體積，水的密度為1 g/mL，所以水的質量與體積數(shù)值可以共用)，像這樣重復多次，求平均值。經(jīng)過學生課后的多次重復實驗，計算得出的蒸騰作用散失水分的比例在82%左右，雖然與書本上90%的結論有差距，但通過實驗數(shù)據(jù)的測得與展示，鍛煉了學生的科學思維能力。

3.2 驗證散失水分的通道

這些水分散失的通道又是植物的哪個結構呢？由補充資料可知一般陸生植物葉的下表皮氣孔比上表皮氣孔多，以此特點設計實驗，驗證氣孔是水分散失的通道。

增加的實驗材料有與A1組相同的A4、A5、A6三組實驗裝置，以及適量的凡士林。將A4組桂花枝條上的所有葉片正反面涂滿凡士林，A5組所有葉片的正面涂滿凡士林，背面不涂，A6組所有葉片的反面涂滿凡士林，正面不涂，其他條件不變，將四組同時放在陽光下，觀察實驗現(xiàn)象。通過分析比較，各組所測數(shù)據(jù)的大小以小組表示為：A1>A6>A5>A4，葉片背面散失水分多，正面散失水分少，氣孔越多，蒸騰作用越強，現(xiàn)象與理論一致，說明氣孔確實是水分散失的通道。再加上顯微鏡下對氣孔的觀察，從現(xiàn)象到本質，從無形到有形，使結論更加完善。

3.3 探究蒸騰作用的意義

那么水分散失對植物來說是一種浪費嗎？通過書本資料可以知道蒸騰作用能促進植物對水和無機鹽的吸收、能使周圍環(huán)境溫度下降，那怎么來探究這些結論的正確性呢？學生討論并設計實驗。

將A1、B1、C1組的植物枝條莖縱切，可以觀察到其內部有黑墨水的痕跡，直觀說明蒸騰作用產(chǎn)生向上的拉力，對水和無機鹽吸收的促進作用；實驗中發(fā)現(xiàn)，由于枝條葉片過少，導致周圍溫度變化不明顯，于是選擇兩盆長勢相似的綠蘿，一盆綠葉正反面涂滿凡士林，另一盆葉片不做處理，放在陽光下，過段時間，用靈敏的溫度傳感器測量這兩組靠近葉片周圍的環(huán)境溫度，并通過形成的曲線圖比較得知，不做處理的綠蘿葉片周圍溫度較低。通過兩個簡單的實驗，將書本上平時只能通過閱讀和聯(lián)想提出的結論，以實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)證據(jù)的形式展現(xiàn)在學生面前，更具有說服力。

3.4 探究其他因素對蒸騰作用的影響

影響蒸騰作用的因素有哪些呢？可以從植物的內部因素和外界因素來討論。內部因素有：植物的種類，通過前面桂花、黃楊、香樟枝條的實驗，可以得出不同的植物種類會影響蒸騰作用的效果；同一植物的葉片大小(由于葉片的大小決定了表皮氣孔的數(shù)量)也會影響植物的蒸騰作用。

可以選取風、溫度、光照等外部因素來探究它們對植物蒸騰作用的影響。若探究風對蒸騰作用的影響，設置4組與A1組相同的實驗裝置，第1組用小電風扇的1檔吹，第2組用小電風扇的2檔吹，第3組用小電風扇的3檔吹，第4組不做處理，比較4組讀數(shù)的大??；若探究溫度對蒸騰作用的影響，則設置2組實驗裝置，一組放在陽光下，另一組放在陰暗處，比較兩組的讀數(shù)大小；若探究光照對蒸騰作用的影響，則設置2組實驗裝置，一組放在陽光下，另一組用雙層黑色塑料袋套住，再比較兩組讀數(shù)的大小。

4 教學反思

本實驗的改進與延伸，提高了學生設計、創(chuàng)新與改進實驗的意識，使學生進一步體驗了單一變量原則，掌握了科學探究的基本方法。通過課后的實踐與思考，發(fā)現(xiàn)實驗也存在不足之處：

(1)2 mL的注射器分度值為0.1 mL，略大，讀數(shù)估值會出現(xiàn)較大誤差，若改用化學實驗中所用的量程為1 mL的移液管，分度值可以精確到0.01 mL，這樣使讀數(shù)估值更加準確，更具科學性。

(2)在計算蒸騰作用水分散失比例的時候，放入干燥劑之前，可以先用吹風機把透明塑料盒烘干，排除空氣中原有的水分對實驗結果產(chǎn)生的影響；用溫濕度表代替濕度表，可以監(jiān)測蒸騰作用時周圍的環(huán)境溫度變化。

(3)學生在實驗中發(fā)現(xiàn)，生長狀況相似的兩株桂花枝條，蒸騰作用的強度可能有較大的區(qū)別，對實驗會產(chǎn)生一定的影響。于是，在選擇材料的時候，長勢相似不再是唯一的選材標準，而是可以通過先做預實驗，選擇單位時間內蒸騰吸水量相似的兩株植物枝條作為實驗對象，這樣可以更好地減小實驗誤差，使實驗結論更準確。