“雙減”背景下光合作用實驗的改進(jìn)策略探究

燕麗梅 劉廷磊

作者簡介：燕麗梅（1988～），女，漢族，山東廣饒人，廣饒縣興安中學(xué)，研究方向：初中生物教學(xué)；

劉廷磊（1983～），男，漢族，山東廣饒人，廣饒縣英才中學(xué)，研究方向：生物學(xué)教學(xué)教研。

摘 要：隨著我國教育事業(yè)的不斷發(fā)展，“雙減”政策的融入不僅能夠為其帶來很大的幫助，而且能為學(xué)生減輕作業(yè)負(fù)擔(dān)與校外學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，在增加學(xué)生學(xué)習(xí)空間的同時，也能帶來更多實驗的機(jī)會。因而在學(xué)習(xí)初中生物光合作用相關(guān)知識的時候，教師主動帶領(lǐng)學(xué)生做好光合作用實驗，并反思其中所存在的問題，能夠為學(xué)生的學(xué)習(xí)與發(fā)展提供幫助，有助于生物核心素養(yǎng)的發(fā)展。文章針對“雙減”背景下光合作用實驗進(jìn)行改進(jìn)研究，僅供參考。

關(guān)鍵詞：“雙減”政策；初中生物；光合作用實驗

中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-8918（2023）18-0137-04

從當(dāng)前初中生物的教學(xué)反饋情況來看，部分學(xué)生掌握良好的理論知識，卻在面對實驗操作時出現(xiàn)無法下手的情況，這在一定程度上說明教師在過去的教學(xué)過程中，很少帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實驗，學(xué)生缺乏一定的操作能力與實踐能力。這就需要教師對“雙減”政策進(jìn)行分析與應(yīng)用，并結(jié)合本土資源制訂相應(yīng)的教學(xué)策略。文章結(jié)合實際對光合作用實驗進(jìn)行改進(jìn)后，學(xué)生在進(jìn)行實驗的過程中能學(xué)習(xí)到更多的知識，提高自身的綜合能力與操作能力。

一、 生物實驗改進(jìn)的背景和目的

光合作用相關(guān)實驗在魯科版初中生物中具有舉足輕重的地位，這一系列實驗需要學(xué)生通過小組合作的方式，按照控制變量與對照的要求進(jìn)行討論和探究，并制訂相應(yīng)的實驗方案，隨后開始進(jìn)行實驗。通過對實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象進(jìn)行記錄、整理和表達(dá)，最后得出相應(yīng)的實驗結(jié)果與結(jié)論。學(xué)生進(jìn)行光合作用實驗的目的不僅僅是掌握光合作用相關(guān)的原理并學(xué)會應(yīng)用，更重要的是能夠完整地掌握生物實驗探究的過程，并了解生物探究的原理與內(nèi)容，從而提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。這樣一來，不僅保證了生物實驗教學(xué)的有效性與完善性，更加符合新課改理念中“以學(xué)生發(fā)展為本”的要求。

為了實現(xiàn)初中生物教學(xué)目標(biāo)，教師在設(shè)計實驗流程的時候，需要對不同學(xué)生的實際情況進(jìn)行了解。除了引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)習(xí)到的光合作用知識進(jìn)行鞏固，還要對可能影響光合作用的因素進(jìn)行分析，并提出探究性的解決問題。學(xué)生需要根據(jù)所提出的問題進(jìn)行分析，并作出相應(yīng)的假設(shè)，并站在科學(xué)家的角度上去分析設(shè)置對照、確定變量、控制變量等內(nèi)容。由于實驗的效果在短時間內(nèi)無法得到有效的提升與應(yīng)用，滿足初中生物教學(xué)的有效性與完善性，所以需要教師對實驗進(jìn)行探索、實踐，選用合理的材料及方法進(jìn)行實驗，以此提高實驗的質(zhì)量、效率及可操作性。采用二氧化碳傳感器進(jìn)行光合作用實驗，可以保障實驗的結(jié)果與質(zhì)量。同時由于實驗結(jié)果是一種實時的動態(tài)結(jié)果，學(xué)生能夠在進(jìn)行實驗的過程中有一定的收獲，并適時了解光合作用的實驗進(jìn)程與結(jié)果。這樣一來，通過對光合作用實驗的過程進(jìn)行改進(jìn)與分析，可以達(dá)到初中生物的教學(xué)目標(biāo)。

二、 定量測量二氧化碳濃度對光合速率的影響

首先，在進(jìn)行光合作用的實驗之前，學(xué)生需要選擇綠色植物作為光合作用實驗的主要材料，這是因為綠色植物的葉片具有葉厚、顏色濃綠、光合速率明顯等特點。需要注意的是，學(xué)生在進(jìn)行實驗的時候需要調(diào)整好盆栽植物的位置，因為綠色植物選用的是盆栽植物或者是整株植物，葉片會出現(xiàn)遮擋的狀態(tài)，不同的放置方式將會有不同的結(jié)果，無法保障是哪一片葉子進(jìn)行光合作用，造成光合作用實驗結(jié)果出現(xiàn)差異。若是缺少能夠罩住盆栽的透明密封裝置，可以選擇綠色植物的枝條進(jìn)行實驗，將其放入密閉、透明、無色的塑料瓶中。

其次，在進(jìn)行光合作用實驗的過程中，如果想要對光照強(qiáng)度對光合速率的影響進(jìn)行分析，需要對氣體數(shù)據(jù)進(jìn)行定量測定工作，可以選用CO2傳感器。由于CO2傳感器的靈敏度高于O2傳感器，能夠快速、準(zhǔn)確地測定實驗的數(shù)據(jù)，所以在進(jìn)行光合作用實驗的時候，運(yùn)用CO2傳感器不僅能夠保障實驗的正常進(jìn)行，也能使實驗的數(shù)據(jù)變得更加準(zhǔn)確。

最后，需要采用氣泵對密閉瓶中的氣體進(jìn)行換氣，并對其進(jìn)行定量測量，來保障密閉瓶中CO2濃度具有穩(wěn)定性。但是在持續(xù)的測量過程中發(fā)現(xiàn)，密閉瓶中的CO2濃度呈現(xiàn)下降的趨勢，這就需要學(xué)生進(jìn)行換氣處理，來保持密閉瓶中CO2含量充足。

在這個實驗當(dāng)中，因為植物進(jìn)行光合作用的時間長，像打開裝置、移動植物等可能會對實驗帶來很大的誤差。為了減少誤差，并降低因為誤差帶來的結(jié)果差異，可將密閉瓶與通氣泵、出氣管等進(jìn)行連通，同時對通氣泵與出氣管等加以控制，并在盡量不影響密封瓶的位置和其形狀的情況下，對瓶子內(nèi)所產(chǎn)生的空氣加以調(diào)整。由于CO2傳感器中所測試出的數(shù)據(jù)是每時刻瓶內(nèi)的CO2濃度，所以學(xué)生需要取得CO2濃度的數(shù)據(jù)平均值，將平均值除以對應(yīng)的間隔時間進(jìn)行計算，獲得單位時間內(nèi)的CO2吸收含量及相關(guān)數(shù)據(jù)。

三、 實驗裝置的制作與材料的優(yōu)化

（一）自制實驗裝置

1. 學(xué)生自主組裝實驗裝置

學(xué)生在進(jìn)行光合作用實驗的時候，可以根據(jù)當(dāng)前實驗所處的環(huán)境、光源等因素，設(shè)計出一個遮擋實驗外界的光源裝置，并將這種裝置進(jìn)行組裝，確保光合作用實驗得以正常運(yùn)行，并對此實驗進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)與完善。一般來講，厚紙板的價格不僅便宜，而且具有容易獲得、遮光性好等特點，學(xué)生及教師在對厚紙板進(jìn)行打孔與剪裁時也比較方便，通過膠帶就能將厚紙板進(jìn)行連接。基于此，為了提高學(xué)生的操作能力，可以讓學(xué)生參與實驗裝置的制作與設(shè)計當(dāng)中，并運(yùn)用厚紙板制作出屬于自己的實驗裝置，保障光合作用實驗的效果與質(zhì)量。

2. 實驗光源的選擇

教師在輔助學(xué)生進(jìn)行光合作用實驗的時候，可以將厚紙板與密閉瓶進(jìn)行連接，制作成具有遮光特點的實驗裝置，并選擇可以充電、調(diào)節(jié)光照的節(jié)能燈作為唯一的光源，這樣一來，學(xué)生在進(jìn)行實驗的過程中能夠更加便利。因此，學(xué)生在開展實驗的過程中，可以選擇充好電的節(jié)能燈，因為節(jié)能燈在充滿電的情況下，其使用時長為6—8個小時，能夠充分地滿足光合作用實驗對光源的需求，且學(xué)生也可以通過調(diào)節(jié)按鈕對光照強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，并在不改變光源及植物位置的情況下改變光照強(qiáng)度。

（二）實驗材料的優(yōu)化

1. 光合作用材料的選擇

教材中所選擇的實驗材料是金魚藻植物，但在本地的河流中沒有發(fā)現(xiàn)其身影。為了貼近學(xué)生的生活，選擇一種當(dāng)?shù)爻Ｒ姷闹参铩笪苍遄鳛閷嶒炛参?。鼠尾藻本身是一種水生植物，若是將其放置在水中，給予適當(dāng)?shù)墓庹?，光合作用速率快，短時間內(nèi)就能收集足夠氧氣，實驗現(xiàn)象明顯。甚至學(xué)生把鼠尾藻放置在透明的飲料瓶中，放在光下，就可以發(fā)現(xiàn)不斷向上冒出的氧氣泡。因地制宜地選材更有利于學(xué)生參與實驗中來，主動地對光合作用進(jìn)行探究。

2. 實驗溶劑的選擇

在進(jìn)行光合作用實驗的時候，需要通過NaHCO3溶液對金魚藻植物所處空氣中CO2的濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是由于NaHCO3水溶液呈現(xiàn)堿性，對植物葉片的氣孔開放情況有著一定的影響，若是NaHCO3溶液的濃度較高，會使O2的釋放速度逐步變慢，從而影響光合作用的實驗結(jié)果。因此，文章選擇了CO2泡騰片作為本實驗主要的材料，其主要成分是有機(jī)酸和碳酸氫鹽，在遇水融化之后會釋放出大量的CO2，提高水中的CO2濃度，使水溶液的pH值不會出現(xiàn)較大的變化，仍然呈現(xiàn)中性的狀態(tài)。

四、 實驗改進(jìn)建議

（一）對自變量——光照強(qiáng)度控制的改進(jìn)建議

本次實驗在進(jìn)行的過程當(dāng)中，要注意避免外界條件對實驗的結(jié)果造成一定的誤差或擾亂的現(xiàn)象。為了保證變量唯一，教師會引領(lǐng)學(xué)生將放有綠色植物的密閉瓶放置在黑暗處一晚，并在第二天將綠色植物放置在具有光照的地方，在獲得光照數(shù)小時之后，通過獲取密封瓶里的葉片進(jìn)行檢測，檢測葉片是否出現(xiàn)了淀粉。為了減少外界因素所造成的干擾，并在短時間內(nèi)得到實驗的現(xiàn)象與結(jié)果，建議學(xué)生用100W的臺燈作為主要光源，通過調(diào)整距離對光照強(qiáng)度進(jìn)行控制。但如果是在同一實驗平臺完成三組實驗，將會對實驗的結(jié)果產(chǎn)生干擾：第一，出現(xiàn)光源相互干擾的現(xiàn)象。因為不同的光源所發(fā)出的光線出現(xiàn)疊加的狀態(tài)，且疊加的范圍、程度、強(qiáng)度等都有一定的差距，影響實驗的溫度及自變量，影響綠色植物產(chǎn)生淀粉的效果。第二，耗時的時間比較長。特別是在冬天的時候，外界的自然光線暗，實驗室的環(huán)境也相對陰暗，若是用40W的臺燈作為主要的光源進(jìn)行實驗，很有可能因為光照不夠等原因，導(dǎo)致綠色植物無法獲得良好的光照。

改進(jìn)建議：如果是通過調(diào)整臺燈距離來控制光照的強(qiáng)度，會使實驗室內(nèi)部的光線有著一定的誤差，若是能使用攝影棚進(jìn)行實驗，能解決相應(yīng)的問題，但是極不方便。在進(jìn)行光合作用實驗時，我們可以使用能改變光度的LED燈作為主要的光源，并利用光照強(qiáng)度傳感器進(jìn)行測量。學(xué)生在進(jìn)行實驗的過程中需要注意，每一盆植物之間不能各自遮擋而影響光源的照射，必須利用光照強(qiáng)度傳感器度對光線的檢測，證明其亮度滿足光合作用實驗的條件。

（二）對無關(guān)變量——溫度控制的改進(jìn)建議

教材中對進(jìn)行實驗所需要的溫度沒有進(jìn)行明確的標(biāo)注，在運(yùn)用綠色植物葉作為光合作用實驗材料的時候，最好對當(dāng)?shù)厮募镜臏囟冗M(jìn)行分析，因為光合作用實驗在進(jìn)行的過程中，很有可能會受到溫度的影響，導(dǎo)致葉片無法正常進(jìn)行光合作用，這也是學(xué)生應(yīng)當(dāng)注意的現(xiàn)象。而在冬季進(jìn)行實驗的時候，由于室內(nèi)的溫度偏低，尤其是在供暖之前的溫度格外寒冷，若是與光合作用實驗的溫度差值過大，將會對實驗的現(xiàn)象難以控制。而且若是臺燈的功率過大，也有可能對溫度造成影響，這就需要各個實驗組運(yùn)用水浴保溫的方式對溫度進(jìn)行控制，保障光合作用實驗進(jìn)行的效果。

在實驗的過程當(dāng)中，特別是在對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的時候，學(xué)生理論上是根據(jù)單位時間內(nèi)葉片產(chǎn)生氧氣、消耗二氧化碳的數(shù)據(jù)加以記錄，這個也是實際光合速度值，無法直接記錄。另外，在光合作用實驗進(jìn)行的過程中，如果采用10分鐘以上消耗二氧化碳的數(shù)據(jù)，在不同的照明時間內(nèi)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并沒有很大的差異，而5分鐘左右所產(chǎn)生的氧氣數(shù)據(jù)雖有一定的差距，但這是準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，故而選擇5分鐘內(nèi)葉片的氧氣濃度表示光合速率。為了降低學(xué)生進(jìn)行實驗的壓力，光合作用實驗的改進(jìn)與分析十分必要，這一方式所具有的實踐性、應(yīng)用性突出，對初中生物知識的變革具有全局性的作用。

（三）對無關(guān)變量——CO2濃度控制的改進(jìn)建議

二氧化碳是光合作用實驗的主要原料，教材中在對CO2的濃度進(jìn)行控制的時候，是通過制作簡易的實驗裝置，將一個密閉瓶中放入少量的氫氧化鈉溶液，并放入一株綠色植物，然后對密閉瓶進(jìn)行密封；而另一個則沒有氫氧化鈉溶液，放入的是長勢相似的同種植物和清水。通過證實具有氫氧化鈉溶液的密閉瓶中二氧化碳的含量少，瓶內(nèi)的植物不能產(chǎn)生淀粉來證明二氧化碳是光合作用的原料。事實上，應(yīng)用該種方式進(jìn)行實驗，很多學(xué)生都沒有成功，這就需要學(xué)生及教師對實驗進(jìn)行改進(jìn)。

改進(jìn)建議：因為植物進(jìn)行光合作用最適合的CO2濃度是10-3，隨著密封瓶中光合作用的進(jìn)行，CO2的濃度會降低，從而影響植物的光合作用。在進(jìn)行光合作用實驗教學(xué)的過程中發(fā)現(xiàn)，碳酸氫鈉溶液的加入能夠?qū)O2濃度進(jìn)行調(diào)整，實驗現(xiàn)象會明顯，成功率高。

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出要培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)，教師要關(guān)注學(xué)生生命觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任四個方面的提升。本次帶領(lǐng)學(xué)生改進(jìn)光合作用實驗，是一次與“雙減”政策和新課標(biāo)理念的融合實踐。在反復(fù)的實驗操作中，學(xué)生體會到了生物學(xué)的樂趣，并加深了對知識的理解，可謂一舉多得。學(xué)生明白了光合作用的原料除水之外，還有二氧化碳；綠色植物的光合作用不僅吸收了二氧化碳，還釋放出了氧氣。在學(xué)生主動動手完成實驗的過程中，明確探究實踐的方法和步驟，并能進(jìn)行獨立思考和判斷，多角度分析問題提出自己的見解，發(fā)展了科學(xué)思維。

針對初中生物的教學(xué)情況來講，學(xué)生興趣的引導(dǎo)十分重要，是教師設(shè)計新課程體系的重要基礎(chǔ)與依據(jù)，教師必須站在學(xué)生的角度進(jìn)行分析，深刻了解學(xué)生的興趣及其在生物教學(xué)及實驗活動中的不足之處。由于以往的教師課堂方式相對消極，不利于教師的生物實驗教學(xué)，這就要求教師必須適時改變其教學(xué)策略，重視教師與學(xué)生之間的情感交流，了解生物課堂與實驗之間的邏輯聯(lián)系，并注意教師與學(xué)生之間在生物課堂上的互動，使其掌握更多的生物知識。此外，根據(jù)學(xué)生的個性化成長特點合理設(shè)計課程體系，保證初中生物教學(xué)工作的整體提升和優(yōu)化提高，使初中生物教師在進(jìn)行課程教育及實驗的發(fā)展進(jìn)程中逐步確定自己的教學(xué)改革路徑和方法，保證生物教學(xué)的順利開展和優(yōu)化提高，為學(xué)生指引今后成長的道路。

五、 結(jié)語

綜上所述，我國大部分的初中在開展生物教學(xué)課程中，本身就存在一定程度的不合理性，實驗課程設(shè)置偏少，對生物實驗教學(xué)的重視程度低。教師結(jié)合“雙減”政策和新課標(biāo)對光合作用的實驗進(jìn)行改進(jìn)，并對影響實驗的因素進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，做到了減負(fù)增效，落實了“雙減”政策。此外，學(xué)生在主動進(jìn)行光合作用實驗的時候，理論與實踐結(jié)合，不僅體驗到了生物學(xué)的神奇，學(xué)習(xí)到了更多的知識，而且發(fā)展了科學(xué)思維，提高了自身的綜合能力，有助于提升生物學(xué)核心素養(yǎng)。

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