自制教具“多功能光合作用光照箱”*

陈雪梅 张四方

（1 芜湖市田家炳实验中学 安徽芜湖 241000 2 安徽师范大学化学教育研究所 安徽芜湖 241000）

新课程的基本理念是“提高科学素养，面向全体学生，倡导探究性学习，注重与现实生活的联系”。“环境因素对光合作用强度的影响”是高中生物学必修1 第5 章第4 节的一个重点探究实验。“研究影响光合作用的环境因素”是《普通高中生物课程标准（实验）》（以下简称“课程标准”［1］）“细胞代谢”中的一项重要知识点，在高考《考试说明》中列为“Ⅱ级”要求。无论是从课程标准的角度，还是从考试说明的角度观察，该知识点都应是教学的重点。纵观以往的教学，多以分析实验数据、设计实验方案为主，少有动手操作的环节。这样学生就缺失了“身临其境”的感性体验，教材中相关实验操作表述模糊［2］。在多年的实际教学发现，若按照教材所述进行操作，受限于条件难以开展实验，或在1 课时内很难操作成功。因此，经过多次探究和改良，自制了多功能光合作用光照箱（该教具是笔者参加第33 届全国科技创新国赛获奖后再改良作品），以此方便快捷高效地完成本节探究实验。

1 原理与方法

植物的光合作用受光照强度、CO2浓度、光质、温度等环境条件的影响。利用减压逐出叶圆片组织间隙中的气体，叶片会沉于水底。由于光合作用产生的O2在细胞间积累，叶圆片会由原来的下沉状态而上浮。根据上浮的快慢及溶氧量变化数值，即能比较光合作用的强弱。根据控制变量和节能的原理，将教材实验方案改进，与学生共同探究改良，制作了一个便携式多功能光照箱。实验效果明显，且操作时间短，有利于在短时间完成实验，有利于在实际教学中操作实施，为教师实验演示和学生自主探究均提供了便利。

2 制作材料

亚克力板若干块、彩色LED 灯珠（白色、红色、绿色和蓝色）、亚克力胶水、变压器、电线若干，插头1 个、手提钻、氧气传感器、刻度尺、记号笔等。

3 制作过程

3.1 多功能光合作用光照箱的设计如图1（本文附图见封四）所示。

3.2 多功能光合作用培养箱的制作过程 制作的多功能光合作用光照箱，旨在探究多个环境因素对光合作用强度的影响。具体步骤如下：

1）先将背板等分为上、下2 层，每层3 个小正方形方格，边长均为15 cm，用记号笔画线，共6个方格。然后，在上层红、绿、蓝3 色灯箱内各加一个隔板，将每个灯箱均分为2 个小方格，便于比较和重复。

2）用手提钻将背板的每个小方格内等距离打孔，每个隔间内打9 个孔洞，用于安装LED 灯珠。

3）在上、下2 层的底板上用记号笔等距离画上刻度线，从背板向前依次间隔5 cm，以便快速准确地安放烧杯，确定光照距离来控制光照强度强弱。

4）用亚克力胶水将背板和其他面板按照设计图粘好，粘牢固。

5）在2 块侧板的前方粘上一小细长窄的亚克力条形成卡槽，以便将门板插入卡槽内。这样每个隔间均可进行独立光合作用，各因素同时研究互不影响，互不干扰。

6）安装LED 灯珠和走线，每层的隔间进行串连走线，方便不同光质、不同光照度光照影响因素的同时探究；上、下2 层进行并连走线，光质光强等因素同步或不同步探究均可，根据需要方便选择。

7）安装变压器，将220 V 的电压变成了5 V，并接上插头，师生使用不会有触电危险。

至此，多功能光合作用光照箱基本框架搭建成功，实物如图2。

4 教学用途与用法

光照箱价格昂贵，大多数中学实验室无光照箱，不能很好地排除实验中无关变量的影响。该LED 灯珠嵌入式的便携式多功能光照箱，可用于高中生物学必修1 第5 章第4 节的“环境因素对光合作用强度的影响”实验探究。

1）探究光照强度对光合作用强度的影响：用烧杯与光源距离远近模拟光照强弱（培养箱中已标明刻度线，直接放置即可）。

2）探究不同光质对光合作用强度的影响：LED灯珠嵌入式便携式光照箱，不同分隔间分别安装了不同颜色的灯珠，有红、绿、蓝、白4 种不同颜色的光。

3）探究不同CO2浓度对光合作用强度的影响：设置不同CO2浓度，在白光分隔间离光源等距离放置即可。

4）探究不同pH 值对光合作用强度的影响：设置不同pH 值，在白光分隔间离光源等距离放置即可。

既可直接观察小圆片上浮的速度或片数定性探究，又可用氧气传感器直接插入烧杯中，连接到电脑端，打开采集器即可直观定量探究。

5 光合作用培养箱特点

探究光合强度影响因素的便携式多功能光照箱，解决了因实验室条件有限（无光照箱）或时间限制（短时间观察不到实验现象）而导致的此实验在中学课堂中无法正常开展的问题。其具体特点有：

1）多功能便携式光照箱：经久耐用，方便移动。可同时探究多个因素，例如光照强度、CO2浓度、光质、温度等环境条件；也可分开探究。

2）LED 冷光源控制变量：教材中使用的光源是40 W 台灯，但由于白炽灯发热明显，导致不同距离提供不同光强的同时，也造成了不同温度的影响，不能满足实验设计的单一变量原则，在实验分析时无法区分光照强弱和温度2 个独立因素的影响。

3）节能环保：LED 灯是节能灯，节约能源。

4）用电安全：装置上用了变压器，将220 V 的电压变成了5 V，安全可靠。

5）精确的刻度线：在装置内的每个隔间都画了刻度线，便于控制光源与烧杯间的距离。

6）省时且定性实验与定量实验相结合：根据课程进度安排。大约每年11月讲授该节内容，而此时环境温度低，利用叶圆片上浮法无法在短时间内获得理想的实验结果。利用氧气传感器，将其放到装置中，然后连接电脑显示器，可直接测水中的溶氧量，不仅极大缩短了实验时间，而且能直观感受不同光合作用强度下产氧量的变化。从而将定性实验与定量实验相结合。

6 本装置的使用情况

经学生实验使用（图3），效果非常好。以前1 课时不能完成一个因素的探究，使用此装置10 min 即可完成多个因素的探究。

总之，该装置设计巧妙，实用性强，节约成本，具有先进性，创新性的便携式的优点。