基于创新实验的“植物的叶与蒸腾作用”的深度探究

黄建林 （浙江省杭州市文海实验学校 浙江杭州 310018）

1 教材分析

“植物的叶与蒸腾作用”是浙教版科学8年级下册第4章第5节的内容。本节重点是知道蒸腾作用的概念并探究影响蒸腾作用快慢的因素。难点是设计探究影响蒸腾作用快慢的影响因素的实验装置并加以改进。由于在本节之前学生已储备根、茎、蒸发的相关知识，对于叶散失水分并不陌生。因此，本课设计是通过学生自主学习、自主设计实验，并以此自主探究影响蒸腾作用快慢的因素，并进一步挖掘和拓展教材的知识和内涵，从而提高学生的生物学核心素养。

2 教学目标

1）知识目标：知道叶的结构和了解植物蒸腾作用的影响因素、作用及意义；描述蒸腾作用的现象及解释植物散失水分的主要原因，知道叶表皮气孔的结构、分布及作用。

2）能力目标：通过设计和改进植物蒸腾作用的实验装置培养观察、设计和创新实验的能力及针对现象提出问题、分析问题和解决问题的能力。通过叶结构的观察及植物气孔的结构和分布情况，理解结构和功能相统一的生物学观点。

3）情感态度与价值观目标：通过自主探究、小组合作，培养团结、协作的科学态度，通过实验装置的评价、改进，培养质疑、批判的科学态度。通过蒸腾作用的学习树立保护植物、关注生态的意识。

3 教学过程

3.1 启动思维，引入新课 教师呈现2幅图：一幅是喷雾器向空中喷雾下的人们，一幅是在树荫底下的人们。设问：人们总体的感觉有什么相同点？这可能与什么知识有关？学生在生活中原有的知识经验基础上提出：喷雾下的人们感觉凉爽是因为水蒸发需吸热，导致温度降低。坐在树下感觉凉爽的原因可能是树上也会有水分散失，从而导致温度下降。这时教师可以拿出上课前准备好的用塑料袋包着树叶的植物，让学生观察，塑料袋内壁有什么？从而引出植物蒸腾作用散失水分。

设计意图：让思维在生活化的情境中启动，从生活走向探究，特别是“树荫底下的人们”这个情境的出现为后续学生提出影响蒸腾作用快慢因素的假设埋下伏笔，同时生活化的情境更能引起学生的共鸣和喜欢。

3.2 交流评价，改进实验 教师提问：你认为影响蒸腾作用散失水份的（强弱）因素有哪些？通过思考学生提出以下几个猜测：1）植物体上方的空气流动快慢；2）植物体上方的温度高低；3）植物体的表面积（叶的多少及大小）；4）植物体上方空气的湿度；5）光照等。教师追问：针对这些假设，你将运用什么科学方法及具体的实验设计方案证明你的观点？学生讨论后提出用控制变量的方法，同时教师将学生设计的方案通过同屏投影到屏幕，例如要研究蒸腾快慢与空气流动快慢的因素，只要保证其他量都一样，一个植物体上方吹冷风，一个不吹风，看蒸腾快慢。教师追问：如何判断蒸腾快慢？学生说出2种方案：一种是将植物体用塑料袋套住后以附着在袋壁的小水珠多少判断；第2种是用图1教材实验证明。通过评价认为第2种方案较好，理由是用红墨水可以更清楚观察到压强计U型管液面的变化情况，用转换法即液面变化情况看蒸腾散失水分的快慢，而U型管两边的数据可以化定性为定量，更有效地比较散失水分的快慢。教师提问：该实验成功的关键是什么？你可以如何改进此实验？学生讨论后认为：枝条与U型管接口处密封性一定要好。为了使实验现象更明显，植物可以选得大叶植物，例如法国梧桐，下面的U型管管径越细越好。在教师的引导下，最终学生设计出如图5所示的装置，即用去掉下端玻璃泡的温度计代替U型管中观察示数的变化。

具体制作及使用方法：

1）找一支废旧的普通温度计，例如酒精温度计，将两端去掉，为便于直接读数，一端从温度计示数0℃的地方截断，另一端从100℃的地方截断，如图2所示。

2）按教材图示组装好图1装置,并将带橡皮管的温度计插入U型管中，如图3所示。

3）为保证装置的气密性，在树枝与U型管的接口处涂些许凡士林。

4）用滴管在温度计的上端滴一点红墨水,如图4所示，要求不能太多，由于蒸腾作用散失水，红墨水马上会顺着温度计向下吸，这时根据单位时间内温度计上液面的下降距离即可直接比较蒸腾作用散失水的快慢。如图6是滴上红墨水10 s后的效果，温度计的示数从0℃下降至30℃左右的位置。

设计意图：对教材的质疑、对权威的的挑战瞬间点燃学生探究的热情，活跃了他们的思维，尤其是对实验改进的思考，培养了学生思维的批判性和深刻性。当然在这过程中教师并不是直接将创新装置呈现在学生面前，而是通过学生的设计、讨论、修正等过程，最终水到渠成地得到了一个全新的装置，这时教师再呈现出来。这样学生参与了整个实验设计过程，感受了实验设计的喜悦感和成功感，当然也会对实验过程感到亲切且充满期待。

3.3 应用实验，展开探究 学生按已设计好的实验方案进行实验（桌面上已经放了一些实验材料，包括吹风机、灯泡之类）。教师根据实验情况可安排每组只探究一个实验，也可根据时间调整，让每一组都做，然后进行交流讨论。设计表格如表1。

表1 探究植物蒸腾作用影响因素记录表

设计意图：运用对照法，更清楚地得出结论：温度、流速及湿度对植物蒸腾作用的影响。在表格填写过程中，给予学生学法指导，使他们以后在设计实验时，要运用对照法进行设计。

3.4 拓展实验 深度探究 在前面探究的基础上，教师再抛出一个问题，在无风、微风、大风3种情况下哪一种蒸腾作用更强？学生的猜测都是大风，在猜测的基础上，让学生在上面实验的基础上再次设计实验方案。方案为：第1种（无风）在教室里正常情况下做实验；第2种（微风）学生的设计是用电风扇最小档吹；第3种（大风）用电风扇最大档吹。最后得出的数据为：微风时5 s温度计中的红墨水示数下降25格（25℃）；无风时5 s下降15格；强风时5s下降9格。微风时植物的蒸腾作用最强。教师再适时地追问：这又是为什么？

设计意图：创新实验不仅仅是为了验证教材知识，而是为了更好地拓展，进行深度探究。通过对叶风力大小因素的深度探究，不但更好地学习了教材知识，更拓阔了学生的视野，同时激发了他们的思维，更好地培养了学生的动手动脑的习惯及实证精神。

3.5 归纳总结，构建新知 师生归纳总结：影响植物蒸腾作用的因素包括：温度、流速及湿度，而且植物体上方的温度越高、流速越大及湿度越小，植物的蒸腾作用越强。学生自主构建蒸腾作用的概念及自主学习蒸腾作用的意义。教师追问：蒸腾作用跟叶及叶上的某些构造有什么关系？学生通过自学叶的结构及气孔的相关知识后，教师展示自制的创新实验，即先将叶放入水中，用打气筒通过橡皮导管向茎中打气，然后让学生通过与教材实验的对比，评价自制教具的优点。

设计意图：通过自主学习，对蒸腾作用的概念、意义及叶的结构和气孔的相关知识进行有效自主构建，实现了从感性到理性的提升。通过实验评价，提升了思维，培养了质疑精神和批判性思维的能力。

3.6 知识应用，拓展提升 教师提出一些生活中的实际问题，引导学生将所学知识应用到生活中：

1）浮水植物叶的气孔分布是水上多还是朝水下的一面多，为什么雨水多的地方植物的叶片较宽？

2）移栽花木时，最好是中午还是早晨，为了提高成活率，还可以怎么做？

3）蒸腾作用的影响因素是否只有刚才所学的3种，例如叶的形状，叶的厚薄、叶的新老、有无角质层、还有红墨水的浓度等是否也是影响因素，你怎样设计实验？

设计意图：第1个、第2个问题直面现实生活，使学生明白，科学与生活是紧密联系在一起的，同时，也让他们明白要学以致用。特别是第3个问题，对本节课的知识进行了拓展，同时也进行了一定的提升，指出蒸腾作用的影响因素可能还有很多，有待于进一步探索，为后续教学奠定一定基础，同时使学生对以后的学习充满期待。

4 教学反思

在实验教学中，特别是生物学实验教学中，可以放手大胆地让学生自己设计实验，对实验方案进行评价，并用实证法检验他们所设计的装置在实际应用过程中是否有效，这样不但能培养学生的创新意识，更能培养他们质疑、批判、团结、协作的科学精神和科学品质。当然最好是利用身边废弃物组装或制作创新实验，一是废物的合理利用，二是渗透了环保理念，使学生认识到科学就在身边，只要多思考，勤动手，创新实验也不难。同时，将教师已经设计好的实验方案，改成是让学生自主设计，自主探索，积极创新、质疑、讨论、归纳和总结，体验探究的整个过程，真正像科学家一样在探索科学的道路上勇往直前。