探究光照强弱对光合作用的影响

郭卫华

摘 要 通过学生自行设计实验方案，掌握设计实验的基本原则。并以小组合作方式完成实验，在活动中获取知识，在合作与交流中，分享解决问题后的愉悦。最终通过实验突破难点——“光照强弱对光合作用强度的影响”。

关键词 实验设计 小组合作 光合作用

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

1 本实验生物学教学中的地位与作用

光合作用是高中生物的重难点，也是高考中的热点内容。光照强弱是影响光合作用强度的重要因素。因此，本节课采取让学生设计，并完成实验。

2 实验教学目标

2.1 知识目标

（1） 掌握实验设计的基本原则。（2） 理解光照强弱对光合作用强度的影响。

2.2 能力目标

（1） 通过小组合作的方式，探究光照强弱对光合作用强度的影响。

（2） 提高设计、实施及分析实验数据的能力。

2.3 情感、态度与价值观目标

（1） 体验探究性实验过程，激发探索新知识的欲望和创新意识。

（2） 在合作与交流中，分享解决问题的愉悦。

3 教学过程

3.1 学生活动一：找一找

学生仔细观察幻灯片上个别学生的部分实验方案，结合实验设计的基本原则，找出该实验设计不合理的地方。学生1的方案见表1。

学生1的方案评价：① 各组的叶片数不相同，违背等量原则。② 吹气多少未说明，也不好把握，很可能造成光照强弱和二氧化碳两个变量，不符合单一变量原则。

学生2的方案：取3只烧杯，分别倒入20 mL富含二氧化碳的清水。分别往3只烧杯中放入10片小叶片，通过改变台灯与实验装置的距离分别对3个装置施以强、中、弱三种光照。观察并记录同一时间段内容各实验装置中小圆形叶片浮起的数量。

学生2的方案评价：① 强、中、弱三种光强不具体。② 未提到重复实验，难排除偶然情况对实验结果的影响，即未考虑重复性原则。

根据学生课前自行设计的实验方案，结合实验室的现有情况，教师与学生一同商讨并确定本节实验课的实验方案。

3.2 实验方案

实验原理：自然状态下的叶片是浮于水面的，如果抽出叶片内的气体，叶片会沉入水底。叶片进行光合作用产生氧气，将使沉于水底的叶片上浮。观察并记录同一时间内叶片的上浮数。

每四个学生为一学习小组，一共13个小组，这样就会13组重复实验。1个学习小组的成员安排包括一个负责打孔、一个负责抽气、一个负责装烧杯里的水、一个负责观察并记录。

主要材料用具：直径1 cm的打孔器、注射器、灯光（每张实验台上均有4盏13W的节能灯）、烧杯、玻璃棒、量筒、黑色袋子、菠菜等。

实验注意事项包括：

① 打孔时尽量避开大叶脉。

② 一定确保放入的10片都沉入水底。

③ 当抽气完放入一个烧杯，做好避光处理。

④ 观察并记录3 min、5 min、7 min、9 min、11 min 5个时间内叶片上浮数。

实验成功的关键：抽气要彻底，确保各烧杯沉入的都是10片，同时控制好无关变量。

3.3 学生活动二：小组合作完成实验，分析结果并得出结论

3.3.1 对实验结果（表2）的分析

对6、8、10、11、12共5个组的数据进行分析，由各小组的成员回答：

第6小组：3个烧杯没有叶片上浮可能的原因是：① 叶片不新鲜；② 抽气时抽得太猛，破坏了叶片中叶肉细胞，导致无法进行光合作用，所以叶片不上浮。

而第8、10、11、12小组：个别数据出乎意料，很可能的原因中，虽然都是13W的节能灯，有些是用了很长时间，有些是新换上的，所以发出来的光的强度不同。即使都是新换上的，个别灯之间也很难保证发出来的光的强度一样，虽然最大功率相同，但额定功率也可能不同。

3.3.2 结论

当将13个小组的数据当场输入并出结果，尽管小组之间有些差异，但总体规律没变。根据实验结果，学生总结出结论：光合作用强度随光照强度的增加而加强。

教师根据学生的回答进行补充：需要加上一句“一定范围内”，为什么？

学生回答：光合作用存在光饱合点，当到达光饱和点时，光合作用强度不会随光照强度的增加再加强。

3.4 将知识以问题形式呈现，让学生要答题中掌握知识

① 该实验的自变量是什么？这体现实验设计中的什么原则？（光照强度、单一变量原则）

② 为何放入烧杯的叶片数都是10片，体现了实验设计的什么原则？如何确保10片都沉入水底？（等量原则、可一次多抽几片，未沉水的叶片去掉不用）

③ 当抽气完放入一个烧杯是否需要避光，等其他两个也抽气完一同放入光照，这样做的目的是什么？（需要避光，排除烧杯未实验就受到别的光的影响）

④ 该实验是否遵循了对照原则，如果遵循了，是哪种类型的对照？（遵循了相互对照原则）

⑤ 此实验进行13组重复实验，体现实验设计中的什么原则，为什么？（重复性原则、防止偶然情况对实验的影响，保证实验结果可靠性）

⑥ 叶片没上浮可能的原因？（叶片不新鲜、抽气太久叶肉细胞已破坏、光照时间短等）

3.5 学生课后能力拓展

根据学生记录了3 min、5 min、7 min、9 min、11 min 5个时间内叶片上浮数，画出3 cm组、9 cm组、15 cm组，不同时间内叶片上浮数，培养学生动手绘图能力。

4 教学体会

本节课以新课程理念为指导，开展了以学生为中心的多样化教学。在课前，教师先让学生动脑自行设计实验方案；教学中展示学生的作品，先肯定了学生的设计实验工作，后让其他学生也参与实验方案的修改。学生以小组合作探究的方式完成实验，让学生积极参与，真正地体现了学生的主体性。实验结束后，教师让学生当场输入实验数据，并在投影上呈现，肯定了学生的劳动成果。最后让学生对实验数据进行分析，既培养了学生分析实验数据的能力，又培养了小组合作探究的能力。学生在合作与交流中，通过主动探究来体验实验结论产生的过程，分享到了解决问题后的愉悦。

影响该实验的因素太多，如叶片的选择与打孔、抽气的力度和来回的重复数，甚至气温、水温等。尽管在实验中一直在控制无关变量，有些数据组与组之间差异仍然比较明显。为保证实验结果的可靠性，设置了13组重复。此实验的实验日期是2015年3月13日，当日天气是小雨，气温14℃-18℃，材料为菠菜叶。其实不用往水中吹气，也不需要往烧杯中加入一定量的NaHCO3溶液，实验现象就已比较明显。因为在常温常压下，二氧化碳在水中的溶解度最大的约为1∶1，清水中也有较多的二氧化碳，故光合作用所需的二氧化碳也就有保障。

参考文献：

[1] 王忠等.植物生理学[M].北京：中国农业出版社，2000，2：170-172.

[2] 朱晓琳等.利用DIS探究光照强度对光合作用速率的影响[J].生物学通报，2009（7）：50-51.

[3] 刘静岩.关于光照强度对光合作用强度影响问题的一点思考[J].中学生物学，2008（11）：52.