“验证绿叶在光下吸收CO2”实验的2次改进

翟小梅（东海县安峰初级中学 江苏连云港 222311）

“验证绿叶在光下吸收CO2”实验属于苏科版《生物学·8年级·上册》第18 章第2 节“绿色植物与生物圈的碳－氧平衡”，教材通过1 个原理、2 个变量和3 个装置的巧妙设计，使学生透过直观的实验现象，获得绿色植物在光下进行光合作用并吸收CO2的理性认识。同时，与本节的第2 个实验“探究绿色植物在光下放出的气体”相结合，使学生认同绿色植物在维持生物圈碳-氧平衡中的重要作用。因此，认真设计、组织和开展这2 个实验至关重要，对于学生科学思维和探究能力的培养大有裨益。

1 教材实验的不足之处

笔者根据教材的方案（图1）开展实验，发现以下几个问题。

图1 验证绿叶在光下吸收CO2 示意图

首先，适宜放置盆栽植物的广口瓶不易寻找，既要体积大、带软木塞、能插入玻璃导管，做分组实验又要保证足够的数量。由于实验室和日常生活中均较难找到这样的广口瓶，笔者改用较大的塑料袋，并用绳子将塑料袋袋口扎紧，这样做虽然实验材料方便易得，但是向塑料袋内滴加BTB（溴麝香草酚蓝）水溶液时操作并不方便。

其次，教材对于所使用的盆栽植物种类没有明确，教师必须根据生活经验或者查阅资料确定使用哪种植物效果更好。在反复尝试的过程中，教师需要采购多种植物，而且要尽可能地保持2 株植物长势接近，如果再安排分组实验，将需要较大的时间成本和经济成本。

再者，BTB 水溶液滴加的位置不易把控，滴在植物叶片上或者塑料袋内壁上都会影响实验结果，且实验现象均不明显，3 个装置内基本上都是呈现黄色。

2 对教材实验的改进

2.1 改进方案1 经过对教材实验不足的原因分析，笔者从实验材料、实验方法等方面对该实验进行了初步改进，装置如图2所示。

图2 实验改进方案1 装置图

2.1.1 实验材料 锥形瓶3 个，铜钱草（Hydrocotyle vulgaris）若干株、塑料吸管1 只、皮筋3 根、注射器1 个、保鲜膜、BTB 标准溶液（浓度为0.1%），1 种变色范围为pH=6.0（黄）～7.6（蓝）的酸碱指示剂、清水。

2.1.2 实验步骤

1）甲、乙、丙3 个锥形瓶中分别加入等量的清水。2）甲和乙中分别放入大小相似、数量一致的铜钱草，丙中不放。3）用吸管向清水中深呼气10余次，使清水中溶解大量的CO2，并用保鲜膜和皮筋分别将3 个锥形瓶的瓶口密封。4）将甲装置放在黑暗处，乙和丙装置放在阳光下照射3～4 h。5）3～4 h 后，用注射器分别向3 个装置中注入少量的棕色BTB 标准溶液，观察装置中溶液颜色变化。

2.1.3 实验现象及结论 如表1、图3所示，丙中溶液变成黄色，因为其中溶解了大量的CO2；甲中溶液也变成黄色，因为铜钱草在遮光条件下还进行呼吸作用，产生的CO2也溶解在水中；乙中溶液变成蓝色，说明铜钱草在光下进行光合作用消耗了CO2。甲与乙、乙与丙分别形成对照，说明绿叶在光下吸收了CO2。

表1 改进方案1 实验方法及现象

2.1.4 实验方案评价

1）使用小型的水生植物，例如铜钱草，不仅可以与液体环境相适应，而且可方便地置于常用的玻璃器皿中，操作简单。2）一定量的清水能维持水生植物的正常生长，且与BTB 标准溶液相结合之后颜色变化非常明显。3）注射器针头从瓶口的保鲜膜刺穿一个小孔，操作方便，瓶内气体不会泄漏，气密性较好。4）实验现象直观、生动、明显，学生能观察到BTB 标准溶液与装置内溶液混合之后瞬间所发生的颜色变化，促进对实验现象的感性认识和理性分析。

2.2 改进方案2 《义务教育生物学课程标准（2011年版）》教学建议部分提出“实验设计应该多样化，可以采用比较规范的实验仪器设备设计实验，也可以设计低成本实验”［1］。考虑到学生都有参与实验的积极性，但并非都有机会使用实验室器材，笔者对实验进一步修改、设计并实践，获得了更为简便的实验装置（图4）。

2.2.1 实验材料 塑料瓶（瓶口粗一些）3 个、铜钱草若干株、BTB 水溶液。

2.2.2 实验步骤

1）甲、乙、丙3 个塑料瓶中分别加入等量的BTB 水溶液（蓝色）。2）甲和乙中分别放入大小相似、数量一致的铜钱草，丙中不放。3）用吸管向溶液中深呼气10 余次，使溶液中溶解大量的CO2，直至溶液变成黄色，拧紧瓶盖密封。4）将甲装置放在黑暗处，乙和丙装置放在阳光下照射3～4 h。5）3～4 h 后，观察3 个装置中溶液颜色变化情况。

2.2.3 实验现象及结论 如表2、图5所示，甲中溶液仍然为黄色，因为铜钱草在遮光条件下仍然进行呼吸作用，产生的CO2也溶解在水中；乙中溶液由黄色变成蓝色，说明铜钱草在光下进行光合作用消耗了CO2；丙中溶液颜色不变，因为其中溶解的CO2含量没有发生变化。甲与乙、乙与丙分别形成对照，说明绿叶在光下吸收了CO2。

表2 改进方案2 实验方法及现象

图3 改进方案1 实验现象

图4 改进方案2 实验装置

图5 改进方案2 实验现象

2.2.4 实验方案评价 与教材实验方案相比，本方案的实验材料在生活中极易获得，所有学生都可以积极参与实验过程，实验步骤更加简单，实验现象更加明显。

与改进方案1 相比，本方案将实验材料和步骤又进行了改进，呈现出一些更加贴近教学实际的特征。其一，在没有实验室专用器材的情况下，学生利用身边的物品即可开展实验。其二，不需要使用注射器注入BTB 溶液，不仅消除了注射器针头存在一定危险性的弊端，而且在不打开瓶盖的情况下就可以直接观察实验现象，实验步骤得以简化。其三，在实验进行过程中，改进方案1 装置中溶液的颜色变化是看不见的静态过程，只有滴入BTB 标准溶液并根据溶液由无色变为蓝色的现象，方可说明CO2被绿色植物吸收。而改进方案2 中溶液颜色随着时间的推移逐渐发生变化，直至其中的乙装置液体颜色完全变为蓝色时，实验即可完成，可直接观察到绿色植物通过光合作用吸收CO2的动态变化过程。

3 总结

实验是一种科学研究方法，也是一种教学方法，是生物学课堂教学的重要组成部分，也是“格物致知”的一种路径，对学生的认知发展、方法习得、能力进阶及思维表达等起到重要的作用。针对实验教学面临的现实困境，教师作为课程的设计者、引导者、组织者和实践者，应当通过不断的创新，努力改善实验环境和实验方法，促进实验教学的落地、生根，促进学生科学探究和科学思维素养的提升。