探究影响光合作用的因素的试验改进.DOC

“探究影响光合作用的因素——传感器测定法”实验改进 上海市敬业中学生命科学教研组 钟思慧 一、背景和目的 “探究影响光合作用的因素”实验是沪教版《生命科学——高中第一册（试用本）》第四章“生物的物质变化和能量转换”中的一个重要实验。该实验属探究性学生实验，是学生自行设计的实验，要求高，在《上海市中学生命科学课程标准（试行稿）》中该实验的学习水平被定级为C级，既掌握水平。 实验要求学生通过小组合作，根据控制变量原则和对照原则，讨论确定探究的题目，列出实验方案，按照方案实施实验，记录、整理、表达实验结果，最后得出实验结论。该实验的教学目标要求学生较完整的体验科学实验探究的过程，理解科学探究的一般原理。对学生的科学素养提高和实验创新能力培养具有重要的作用，充分体现了二期课改“以学生发展为本”的教学理念。为实现教学目标，教师要尽力帮助学生设计好实验。教师除了需要先引导学生从所学的光合作用过程讨论分析影响光合作用的因素，提出探究的问题，做出假设，还需要特别引导学生从科学家是如何设置对照、确定变量、控制无关变量等方面得到启发，此外，教师更需要事先做大量预实验以确定实验条件以保证学生实验的顺利进行。 教材中提供了两种实验方案，即“真空渗水法”和“溶解氧传感器测定法”。“真空渗水法”对实验设备要求较低，操作较简便，学生理解和设计也较顺利。“溶解氧传感器测定法”则需要配备数字化传感器和数据采集器、电脑等相关设备，且要求学生掌握一定的操作技能，但方法实验结果的即时连续动态反应，可以让学生不断体验实验进程和结果带给他们的收获。但是教材中介绍的“溶解氧传感器测定法”，在实际操作中发现操作要求较高，实验效果在短时间内不明显，不能满足课堂教学的有效性。因此在不断探索、总结和反复实践之后，尝试使用新的实验材料和方法以便提高实验效率和可操作性，从而更有效地达成探究性实验教学的教学目标。 本文记录了在实际实验教学准备过程中对“溶解氧传感器测定法”进行的改进，以使“传感器测定法”更适合中学生命科学课堂教学。 二、过程与方法 （一）遇到的问题 教材中“溶解氧传感器测定法”介绍的实验原理为溶解氧传感器可精确测出液体中氧的含量变化，利用溶解氧传感器测量职务叶片光合作用释放氧气的量，可以比较精确地了解植物光合作用的强度；材料选择为黑藻；仪器和试剂有溶解氧传感器、数据提存器计算机、40W白炽灯、250ml烧杯、铁架台、2%NaHCO3溶液（用煮沸后急速冷却的水配制）。 在预实验中根据教材提供的实验方法进行操作，发现2个主要问题： 1、实验方法中建议设置的自变量为光照强度，光照强度的改变通过黑暗、距光源5cm、距光源20cm来进行，但是实际操作中发现40w白炽灯作为光源的同时近距离会对实验材料产生热量影响实验水中溶解氧的含量和植物的呼吸作用，不利于控制无关变量温度； 2、溶解氧传感器只能测定水中溶解氧的含量，而水中溶解氧的含量本身较低，在用传感器测定时发现水中溶解氧变化量显示不明显，不利于实验现象的观察和实验数据的分析。 （二）改进的方法 1、器材改进 基于市面上已有的各类传感器，从光合作用过程出发，考虑是否能用测量空气中二氧化碳的含量变化来替代检测水中溶解氧含量变化来探究植物光合作用的强弱，于是尝试用二氧化碳传感器。二氧化碳传感器可以精确测量密闭空间内空气中二氧化碳浓度变化。通过检测绿色植物周围密闭空间内二氧化碳浓度变化能够有效反映植物光合作用强度变化，从而探究光照强度对光合作用的影响。 发光二极管是冷光源，用可调节灯光大小的发光二极管手电筒作为光源，既可以达到调节光照强度的目的，又能够更好地控制无关变量温度。 2、材料改进 在选用可以精确测量密闭空间内空气中二氧化碳浓度变化的二氧化碳传感器的基础上，精心挑选苋菜作为实验材料。苋菜是一种C4植物与C3植物一个重要区别是C4植物的CO2补偿点很低，而C3植物的补偿点很高，所以C4植物在CO2含量低的情况下存活率更高。 数据采集后电脑显示数据及反应条件标注 2、实验分析 强光照处理下，塑料瓶中二氧化碳浓度下降明显，主要原因是此时光合作用显著，苋菜叶片通过光合作用吸收的二氧化碳远多于叶片进行呼吸作用所释放的二氧化碳。 弱光照处理下，塑料瓶中二氧化碳浓度下降幅度与强光照处理相比明显减小，主要原因是弱光照条件下苋菜叶片光合作用强度减弱，吸收的二氧化碳减少，同时叶片的呼吸作用仍旧进行着。 无光照处理下，塑料瓶中二氧化碳浓度显著上升，主要原因是此时苋菜叶片光合作用停止，无二氧化碳的吸收，只有呼吸作用释放的二氧化碳。 3、实验结论 本实验结果证明了绿色植物光合作用强度受到光照强度的影响。在本实验使用的发光二极管手电筒的光照强度范围内，绿色植物光合作用强度随光照强度的增强而提高。 三、效果与反思 （一）教学实效 在实际