名校名 推荐“验证绿叶在光下吸收二氧化碳”的实验1 课题名称绿色植物与生物圈中的碳氧平衡。2 实验教学目标本实验是课题“绿色植物与生物圈中的碳氧平衡”一节中的子实验，目的是通过实验，验证绿色植物在光下能吸收二氧化碳，与之后的学生实验“探究绿色植物在光下放出的气体”相结合，使学生明确绿色植物通过光合作用吸收二氧化碳并产生氧气，从而在维持生物圈的碳 - 氧平衡中起重要作用。3 实验内容实验名称：验证绿叶在光下吸收二氧化碳。实验器材和装置：A4 密封袋（大小与A4 纸相当， 袋口带有密封条）、锥形瓶、 玻璃弯管、滴管、澄清石灰水、大标签、黑纸盒、400W白炽灯、植物枝条（如香樟）等。实验装置如图：黑纸盒A4 密封袋甲组乙组丙组4 实验教学设计思路本实验需要较长的时间，在 1 课时内无法完成，因此根据教材内容和课标要求，本实验设计为演示实验。本实验的重点是让学生了解实验原理和实验装置，学会分析实验结果以及根据实验结果得出结论。难点是理解实验原理和对照实验的设置。由于初二学生还不具备相应的化学知识，因此在实验前，教师安排了小实验，让学生了解二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊这一特性，使学生对实验原理有初步的了解和直观的认识。实验中存在两个变量：光照和植物，结合实验装置提出如下问题，引导学生思考、分析： （1）为什么丙中不放植物？（ 2）为什么甲要放在黑暗处？（ 3）本实验中甲、乙、丙三个装置可以分为几 组对照？分别是什么？通过分析，使学生理解如此设置对照实验的目的。最后根据三个装置的澄清石灰水是否变浑浊，来判断三个装置内是否含有二氧化碳，不变浑浊的乙组不含二氧化碳，说明二氧化碳被绿叶吸收，从而得出验证性结论：绿叶在光下吸收二氧化碳。1名校名 推荐5 实验教学过程5 1 实验前的知识准备教师取两只无色、透明的A4 密封袋（袋内最初不含气体），标号1，2。请一位学生向1号袋内深吐气十余次，随即密封，2 号袋不做处理。让学生说出这样做的目的。学生回答：使1 号袋内含有较多的二氧化碳，2 号袋内不含二氧化碳，然后向两个袋内滴加澄清石灰水。教师将两个袋子展示给学生，进行对比，请学生描述石灰水发生的变化。学生回答：1 号袋内 的石灰水变浑浊， 2 号袋内的石灰水不变浑浊（学生第一次接触该实验，可能不能正确描述石灰水所发生的变化，教师可以明确告知该种变化称为“变浑浊”）。师生共同归纳出：二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。在实验正是开始前，安排这个小实验，一是给学生补充二氧化碳的化学性质，使学生在直观上了解二氧化碳的鉴定方法，为下面正式实验时分析实验结果提供知识储备；二是使学生体会到实验中用到的袋子具有很好的气密性，而且袋子无色、透明，透光性好，容易观察结果。正是 具备了这些特性，才使这个袋子保证了实验的成功，成为本实验的创新器材。5 2 实验装置的设置和处理教师取三个密封袋，在袋口外分别贴上大标签，标签上分别标注甲、乙、丙三组。准备好三个大小、型号相同的锥形瓶，加入等量的清水，分别放入三个密封袋内。准备好两束香樟枝条，枝条数目、叶片数目、枝条的生理状态等基本相同，一束插入甲组的锥形瓶中，另一束插入乙组的锥形瓶中，丙组锥形瓶中不插植物。然后向三个袋内深吐气，直至袋子鼓胀至不能再吹入气体，迅速拉上密封条。将三个装置放在阳光较强、温度较高的地方照射34个小时，其中甲组用不透光的黑盒子罩住。如果实验期间光照不足，可用4 个大功率白炽灯照射，时间略长，约 7 8 个小时。（特别注意：白炽灯打开后温度会升高，要使袋子和灯泡保持适当距离，以免温度过高使密封袋融化甚至燃烧。在光照期间还要转动装置，使装置的各面均匀受光，并确保三组装置接受到同等强度的光照。整个过程中注意保持袋子始终处于直立状态，千万不能将锥形瓶打翻。）上述步骤由教师在课前完成，教师把操作过程中的关键步骤拍成照片，上课时将照片展示给学生，并向学生讲解实验步骤和方法。教师提问： （ 1）为什么丙中不放植物？（ 2）为什么甲要放在黑暗处？（3）本实验中甲、乙、丙三个装置可以分为几组对照？变量分别是什么？学生讨论、交流，尝试回答。教师补充、修正。师生共同小结如下：甲放在黑暗处、丙中不放植物，都是作为乙的对照组。三个装置可以分为两组对照：甲和乙对照，变量是光照；丙和乙对照，变量是绿色植物。2名校名 推荐学生完成下表：实验组别实验条件甲组有植物、无光照乙组有植物、有光照丙组有光照、无植物5 3 实验结果的鉴定将处理好的三 组装置搬进教室讲台，分别向袋内滴加澄清石灰水，并振荡袋子使石灰水与二氧化碳混合均匀（一手拿住袋口，一手托住袋底并握住锥形瓶底，注意振动力度，防止锥形瓶翻倒或瓶内水分撒出），观察三个袋内石灰水的变化。此时也可将锥形瓶和植物取出，使石灰水流入袋底部一角，便于学生观察、对比。如下图：甲组乙组丙组教师展示下面表格，请学生描述实验结果，完成表格：实验组别实验条件实验结果甲组有植物、无光照澄清石灰水变浑浊乙组有植物、有光照澄清石灰水不变浑浊丙组有光 照、无植物澄清石灰水变浑浊5 3 实验结论的得出和原因分析教师组织学生讨论、交流，得出结论并分析原因，完成下表：实验组别实验条件实验结果实验结论甲组有植物、无光照澄清石灰水变浑浊乙组有植物、有光照澄清石灰水不变浑浊绿叶在光下吸收二氧化碳。丙组有光照、无植物澄清石灰水变浑浊学生讨论后回答：乙组不变浑浊，说明乙组袋内没有二氧化碳，对照丙组，可知乙组袋内的二氧化碳被绿叶吸收掉了；再对照甲组，说明绿叶吸收二氧化碳需要光照，从而验证了“绿叶在光下吸收二氧化碳”这一结论。3名校名 推荐教师进一步提出以下问题：1）乙组中的二氧化碳在实验时间内一定会被完全吸收吗？如果不是，那么实验结论将如何修正？ 2）若定量分析，甲组与丙组的石灰水变浑浊的程度相同吗？如果不同，原因是什么？学生讨论、交流，尝试回答。教师进行补充和修正。师生共同得出如下答案：乙组袋内的二氧化碳在实验时间内不一定全部被吸收，袋内可能还剩余部分二氧化碳，所以滴加石灰水后仍有可能变浑浊，但与甲组、丙组相比，二氧化碳肯定减少了。所以石灰水应该是不变浑浊或浑浊程度不明显。甲组植物处于黑暗环境中，非但不能进行光合作用吸收二氧化碳，还要进行呼吸作用放出二氧化碳，所以甲组袋内的二氧化碳比丙组更多，石灰水的浑浊程度也将更大。师生共同完善上述表格：实验组别实验条件实验结果实验结论甲组有植物、无光照澄清石灰水明显变浑浊澄清石灰水不变浑浊或浑乙组有植物、有光照绿叶在光下吸收二氧化碳。浊程度不明显丙组有光照、无植物澄清石灰水变浑浊6 说明由于本实验器材难找、实验时间长，成功率低，在以往的授课中一般很少开展。教师在讲课的过程中，往往只是对教材上的实验装置进行分析，或者连装置分析也省略，直接告诉学生结论。这种知识传授的方式，很难使学生信服，同时也违背了学生掌握知识的一般规律，不利于培养学生的科学素养和探究能力。而本实验经过教师的精心设计和大胆创新，克服了上述问题，取得了很好的效果。它的独特之处可以用两个字概括：创新。具体有以下几点：1）创新设计知识准备实验。在正式实验前，教师与学生共同完成了一个简单的小实验，使学生了解了二氧化碳的性质和鉴定方法，知道了澄清石灰水变化后呈现的状态，学会了观察实验结果，为下面分析实验结果、得出实验结论做好了知识储备。2）实验器材的创新。教材提供的实验装置要用到大广口瓶。而要满足口大、瓶体大（能放得下一盆植物）、无色、透明、带盖、盖上能插导管，还要保证良好的气密性的，这样的装置学校的实验室不具备，市场上也很难找到，这也是造成本实验难以开展的主要原因。本人经过多次实践，用 A4 密封袋代替教材中的广口瓶，完全符合实验要求，实验效果好，易观察，而且材料容易买到，价格便宜。4名校名 推荐实验用植物也进行了改革。教材中用盆栽植物，这样植物和花盆体积会很大，要求其放入的密闭容器也必须很大，而且很难保证所用的两盆植物大小、生理状态等基本相同。而本实验中用的是新鲜的带较多叶的枝条，插入注水的烧杯，这样体积变小了，容易放入密闭容器，而且取材方便，几乎没有成本，也比较容易控制实验中的无关变量。3）实验过程的创新。由于本实验时间跨度大，学生在1 课时内无法完成，只能设计成演示实验。但是与一般的演示实验只有教师操作、学生被动观察不同，本实验中的很多环节是由师生共同完成的，例如知识准备实验的完成、实验装置的分析、实验结果的鉴定、实验结论的得出，都有学生积极参与在其中。实验中只能由教师完成的部分，也拍成照片展示给学生，并结合照片说明操作方法及步骤，使学生了解整个实验的过程，提高实验的可信度。4）创新对实验结果进行拓展。在学生观察到实验结果后，教师没有就此结束，而是提出问题，引导学生分析实验中更为深入、细致又容易忽略的问题。对于乙组的实验结果，教材和大多数师生往往都会认为不变浑浊，原因是植物会吸收二氧化碳。而在实际的实验过程中，植物可能将二氧化碳吸收完，也可能只吸收了一部分 （这种情况在光照时间较短、 光照强度较弱、 温度较低时更可能出现），这样在袋内还会留有部分二氧化碳，此时滴加澄清石灰水，石灰水仍可能变浑浊。对于甲组，学生可能只想到了绿色植物在黑暗条件下不进行光合作用，但往往会忽略植物仍会进行呼吸作用。通过进一步提问、分析，学生会意识到一方面植物通过光合作用吸收二氧化碳，另一方面植物还会通过呼吸作用放出二氧化碳。只有意识到这一点，学生才能更加深入、全面地理解绿色植物对生物圈中碳氧平衡所起的作用。本实验在 2011 年苏州市中小学课改观摩课上展示后，受到了与会专家、 老师的广泛好评。之后本人将这节课的实验器材、实验设计和过程、实验中要注意的问题等介绍给许多兄弟学校，对其他学校更好地开展这一实验提供了便利和借鉴之处，对其他老师开展创新性实验起到了一定的榜样示范作用。