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探究光照强度对植物生命活动的影响
淮北市实验高级中学 闵娜
使用教材
人教版普通高中课程标准(2020年修订版)必修一《分子与细胞》第三章《细胞的基本结构》第2节《细胞器之间的分工合作》探究实践《用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动》和第五章《细胞的能量供应和利用》第4节探究实践《探究环境因素对光合作用强度的影响》
实验器材
数码显微镜、分体式照度计、自制照度箱、溶解氧传感器、台灯、秒表、水温计、培养皿、载玻片、盖玻片、烧杯、滴管、镊子、玻璃棒、天平、称量纸、吸水纸、碳酸氢钠溶液等
黑藻(沉水植物)
实验创新点
(一)基于大单元教学在学习广度和系统性方面的优势,我对人教版高中生物学必修一《分子与细胞》第三章的实验《用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动》以及第五章的实验《探究环境因素对光合作用强度的影响》进行了有效的整合并改进。
(二)利用数码显微镜观察并录制叶绿体分布的动态变化过程,直观感受生命的神奇,有利于学生深刻体会叶绿体的分布和光合作用相适应的特点,并且便于保存、分享、服务于日常教学。
(三)材料器具的选择
1、网购黑藻
黑藻为多年生沉水草本,叶片薄,不用切片,叶绿体体积大,易观察;胞质环流现象明显;在进行光合作用时具有利用外部碳源重碳酸盐(HCO3-)的能力,通过增加C4关键酶的活性提高CO2的浓度,以此适应水中低CO2环境并保持较高的光合作用。因此黑藻是开展该实验项目的好材料。学生在淮北的多个水域进行打捞未发现黑藻,经商讨,选择网购黑藻进行实验。从湖北荆州发货,第二天即可到达淮北,黑藻新鲜度高且经济实惠,为高中生物学实验的顺利开展创造了条件。
2、分体式照度计
照度计可以灵敏的检测环境中的光照强度,分体式探头便于检测显微镜通光孔处的光照强度。除此以外还具有检测环境温度的功能,可以随时监测环境温度从而减小无关变量(温度)对实验结果的影响,提高实验的准确性。
3、自制照度箱
利用灯带、包装盒、锡纸、不同程度的遮光纸等材料自制照度箱,利用分体式照度计检测光照强度达到预设值(黑暗、2000lx、4000lx、6000lx、8000lx)。
(四)利用数码显微镜的屏幕测微尺以及溶解氧传感器等实验器材把教材中的定性实验升级为定量实验,定量实验具有实证性、明确性和客观性,在课程标准中特别强调定量实验有利于学生在量的变化中了解事物的本质。在进行定量分析时,充分利用数据分析软件(例如Logger pro3.15等),把定量的实验数据便捷、直观的呈现出来。
四、实验教学目标
举例说明叶绿体的形态、分布与光合作用相适应的特点。
观察细胞质的流动,理解细胞质的流动是一种生命现象。
体验科学探究过程,提高动手能力和实验设计能力。
尝试运用比较和归纳等方法,以文、图、表等方式说明实验结果。
采集植物材料,关注生态环境。
五、实验教学内容
探究一 探究光照强弱对黑藻叶绿体分布的影响
通过调节数码显微镜的光源大小,设置弱光和强光环境,观察并录制叶绿体的分布。
探究二 探究光照强度对黑藻胞质环流的影响
利用照度计准确设置自变量光照强度
优化实验流程,降低操作难度,节省操作时间。
确定因变量的测定指标
选择合适的叶肉细胞进行定量测定
无关变量分析,降低实验误差
进行实验,分析结果,得出结论。
探究三 探究光照强度对黑藻光合作用强度的影响
1、自制照度箱
2、挑选新鲜的黑藻,在26℃条件下暗处理一夜。
3、确定浓度合适的碳酸氢钠溶液。
4、校对溶解氧传感器,减小实验误差。
5、进行实验,分析结果,得出结论。
六、实验教学过程
基于大单元教学思想,以黑藻为材料,从生命活动的角度对教材实验进行整合并改进,分别探究光照强度对叶绿体分布、胞质环流和光合作用强度的影响,有利于阐明生命活动的整体性。
探究一 探究光照强弱对黑藻叶绿体分布的影响
材料用具:黑藻叶临时装片,数码显微镜等
实验原理:弱光下叶绿体聚集在细胞表面,增大光的吸收;强光下叶绿体移动到细胞侧壁,避免发生光破坏。叶绿体的分布随外界环境条件的改变而变化,从而能够更好的适应周围的环境。
实验处理:通过调节数码显微镜的光源和通光孔的大小设置弱光和强光,先观察弱光下黑藻叶肉细胞内叶绿体的分布,然后强光处理三十分钟,持续观察叶绿体的分布。结果见下图:
弱光处理 强光处理10分钟 强光处理30分钟 强光处理30分钟
进一步调节细准焦螺旋
实验结论:叶绿体的分布随光照强弱的改变而变化,进而更好的适应周围的环境。
备注:利用数码显微镜的录像功能记录了黑藻叶肉细胞
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