探究绿色植物呼吸作用的过程

探究绿色植物呼吸作用的过程
一、使用教材
人教2011课标版七年级《生物》上册第三单元第五章第二节《绿色植物的呼吸作用》的内容。

二、实验器材
（一）实验材料：小番茄、大蒜瓣、胡萝卜、榕树叶、西兰花、澄清石灰水、溴麝香草酚蓝（BTB）溶液。

（二）实验用具：带有按压头的洗手液空瓶、空的生理盐水挂瓶、输液器、注射器、透明保温杯、饮料瓶、广口塑料瓶、吸管、乳胶管、温度计、玻璃弯管、塑料泡沫板、透明胶带、卫生香、生日蜡烛、剪刀、小刀、酒精灯、打火机、纱布、细线、牙签、冰袋、二氧化碳传感器、平板电脑、交互式电子白板。

三、实验创新要点/改进要点
（一）学生课前自学微课，对探究植物的呼吸作用的三个演示实验及实验装置有了一定的认识，知道热量、二氧化碳和氧气的检测方法，这有助于接下来的创新自制实验装置。

（二）创新自制实验装置：学生利用生活中的一些废弃材料或易得的材料，自制实验装置。

将教材中的三个实验装置整合成一个实验装置，“一箭三雕”地分组探究绿色植物根、茎、叶、花、果实的呼吸作用。

（三）实验材料多样化：学生自行准备植物的根、茎、叶、花、果实作为实验材料，改进了教材中只用种子来实验的状况。

（四）利用二氧化碳传感器和平板电脑“探究温度对果实呼吸作用的影响”，更直观地解释实际生活问题。

(五)微信报道学生的创新实验“废物巧利用，创意大比拼”，提升了学习的自豪感和成就感，促进不同班级不同学校之间的交流。

四、实验原理/实验设计思路
七年级的学生活泼好动，思维活跃，好奇心强，探究欲望强烈，并且喜欢与人合作学习。

之前已经经过多次的实验探究，知道二氧化碳的检验方法（二氧化碳可使澄清石灰水变浑浊，使溴麝香草酚蓝溶液由蓝色变为黄绿色或黄色）以及氧气的检验方法（氧气具有助燃的特性），为本节课的探究学习奠定了基础。

因此，我要求各小组在自学微课后开展探究活动，鼓励学生利用生活废弃品设计一套实验装置，把“绿色植物呼吸作用释放热量”、“呼出二
氧化碳”、“吸收氧气”这三个实验整合在一起，用一套实验装置分三个步骤有序地、一气呵成地完成实验过程，从而分别得出各种植物器官进行呼吸作用的三个结论，再引导学生总结出呼吸作用的概念和表达式。

这样的设计，将学习的舞台和主动权都交给学习，激发学生的探究热情和创造力，同时废物的利用提升了学生的环保意识。

最后再引导学生利用二氧化碳传感器和平板电脑拓展探究“温度对果实呼吸作用的影响”，解释生活现象。

五、实验教学目标
（一）知识目标：
1.描述植物呼吸作用的过程；
2.说出呼吸作用的实质；
3.举例说出呼吸作用原理与农业生产和人类生活的关系。

（二）能力目标：
1.尝试实验设计，培养合作与动手操作及创新能力。

2.进行表达与交流，培养口头表达与探究的思维能力。

（三）情感、态度、价值观目标：
1.体验实验探究，形成严谨、求实的科学态度；
2.参与教材实验的改进，形成勇于创新的精神。

六、实验教学内容
课前各个学习小组利用生活废弃品制作实验装置，课中用自制的实验装置分组探究植物一种器官的呼吸作用，小组展示交流之后，教师引导学生得出呼吸作用的三个结论：植物呼吸作用吸收氧气、呼出二氧化碳、释放能量，从而构建呼吸作用的概念。

课后利用二氧化碳传感器和平板电脑探究“温度对果实呼吸作用的影响”，解释生活问题。

七、实验教学过程
（一）微课导学，任务驱动。

本节采用翻转课堂教学模式，在课前微课中以教师的实际操作来呈现教材的3个演示实验（如图1、2、3，实验材料为萌发的绿豆种子和煮熟的绿豆种子），引导学生观察和思考。

通过微课的自学，学生们质疑：是不是只有种子才能进行呼吸作用呢？绿色植物的其他器官能不能进行呼吸作用？针对学生的疑问，教师不是直接简单地告诉学生答案，而是布置探究任务，要求各小组利用生活中的废弃物品制作一套实验装置，将教材中的三个实验整合成一个实验，五个小组分别探究植物根、茎、叶、花、果实的呼吸作用。

【设计意图】培养学生爱动手、勤动脑的探究精神；让学生能更全面地认识植物其他器官也能进行呼吸作用。

（二）巧用废物，创新实验。

课前组建学习小组，并分发“小组分工责任卡”，放手让学生自主选择探究课题以及自行准备实验材料，按照探究法的一般步骤设计实验方案，教师给与必要的指导和帮助。

当各小组确定方案后展开实验探究，填写实验报告单。

因该实验过程耗费的时间较长，不可能在一节课内完成，因此各小组在实验过程中利用iPad 拍摄记录各小组各自的实验准备过程并做成微课，在课堂上展示，介绍各自的实验装置，然后再分组实验，检验热量的变化、二氧化碳含量和氧气含量的变化。

第一组：探究“根的呼吸作用”。

实验材料：胡萝卜。

利用废物：闲置的保温杯，注射器。

实验装置如图4：
实验过程如下： 1.按图4组装实验装置（甲：新鲜的胡萝卜，乙：烫熟的胡萝卜），记录温度计的初始数值，将保温杯并放入泡沫保温箱中。

图1 图2 挤压洗瓶法 图3 图4 甲 乙 图5 甲 乙
2.10小时之后，取出实验装置，读取两支温度计的数值并做记录。

3.用装有5ml澄清石灰水的注射器抽取20ml空气，拔出注射器并震荡片刻，观察两支注射器中澄清石灰水的变化，并记录实验现象（如图5）。

4.打开盖子，将点燃的卫生香分别伸入两个保温杯中，观察并记录实验现象。

5.小组内分析实验现象，得出结论。

第二组：探究“茎的呼吸作用”。

实验材料：大蒜瓣。

利用废物：饮料瓶，吸管，橡皮泥。

实验装置如图6：
图6 甲乙图7 甲乙
实验过程如下：
1.按图6组装实验装置（甲：蒸熟的大蒜瓣，乙：新鲜的大蒜瓣），记录温度计的初始数值，将装置用棉花包裹好，放到自制的泡沫保温箱中。

2.10个小时之后取出，读取温度计上的数值并记录。

3.在两支试管中加入等量的澄清石灰水，将吸管末端有橡皮泥的一小段剪掉后迅速插入澄清的石灰水中，挤压饮料瓶使气体通入澄清的石灰水中，观察并记录实验现象（如图7）。

注意松开手之前先将吸管从石灰水中取出，防止液体倒吸。

4.打开瓶盖，将点燃的卫生香分别伸入两个饮料瓶中，观察并记录实验现象。

5.小组内分析实验现象，得出结论。

第三组：探究“叶的呼吸作用”。

实验材料：大榕树叶。

利用废物：生理盐水瓶，注射器，输液器。

实验装置如图：
图8 甲乙图9 甲乙图10 甲乙
实验过程如下：
1.按图8组装实验装置（甲：新鲜的树叶，乙：烫熟的树叶），读取并记录两支温度计的数值。

2.用棉花将玻璃瓶的瓶身裹紧，将这两个实验装置置于泡沫板制成的保温盒中保温。

3.10小时之后取出实验装置，读取并记录两支温度计的数值并记录，拔出温度计。

4.取2只25ml的注射器分别编号甲、乙，分别抽取5ml的BTB溶液，分别将注射器与输液器的一端相连；将输液器的尖端插入玻璃瓶橡胶塞的小孔中，打开输液器的阀门，抽取20ml 气体，然后震荡注射器，观察两支注射器中BTB的颜色变化，记录实验现象（如图9，10）。

5.打开橡胶塞子，将燃烧的卫生香伸入瓶中，观察并记录现象。

6.小组内分析实验现象，得出结论。

第四组：探究“花的呼吸作用”。

实验材料：西兰花。

利用废物：广口塑料瓶。

实验装置如图11：
悬挂法：先在瓶中加入BTB溶液，用纱布将西兰花包裹起来悬挂在瓶盖上，再放入瓶中，拧紧瓶盖。

实验过程如下： 1.按图11组装实验装置（甲：新鲜的西兰花，乙：蒸熟的西兰花），读取温度计的初始数值，将这两个装置用棉花包裹好，放入自制的泡沫保温箱中。

2.2个小时后取出实验装置，读取温度计上的数值并做记录。

3.观察瓶中溴麝香草酚蓝（BTB ）溶液的颜色变化并记录实验现象（如图12）。

4.打开盖子并将西兰花取出，将点燃的生日蜡烛伸入瓶中，观察并记录实验现象（如图20）。

5.小组内分析实验现象，得出结论。

第五组：探究“果实的呼吸作用”。

实验材料：小番茄。

利用废物：洗手液瓶。

实验装置如图所示：
实验过程如下：
1.按图13组装实验装置（甲：新鲜的小番茄，乙：烫熟的小番茄），读取温度计的初始数值，将装置用棉花包裹好后放入自制的泡沫保温箱中。

2.10个小时之后，取出实验装置，读取并记录此时两支温度计的数值并做记录；
图11 甲 乙 图12 甲 乙
图13 甲 乙 图14 甲 乙 图15 甲 乙
3..取两支试管，分别编号甲和乙，分别加入等量的溴麝香草酚蓝溶液（BTB溶液），将上述实验装置的玻璃弯管分别伸入到试管液面下，取下乳胶管上的止水夹，按压洗手液瓶上的按压头，观察两支试管中BTB溶液的颜色变化，并做记录（如图14,15）。

4.打开洗手液瓶的瓶盖，将两支生日蜡烛点燃后伸入瓶中，观察并记录实验现象。

5.小组内分析实验现象，得出结论。

【设计意图】发挥学生的主观能动性和创造性，巧妙地利用生活废弃品创新实验装置，向学生渗透了环保教育理念，提升学生的社会责任感。

同时使学生明白科学研究可以取材于生活，实施于日常。

改进后的实验装置更加简单便捷，起到“一箭三雕”的效果。

（三）分组实验，展示交流。

各小组按上述的实验方案进行实验，按顺序先后检验热量的变化、二氧化碳和氧气的含量变化，观察并记录实验现象（见表1）。

表1：
各小组根据实验现象分析讨论，分别得出实验结论：绿色植物的根（茎/叶/花/果实）进行呼吸作用释放了热量，产生了二氧化碳，吸收了氧气。

【设计意图】学生通过自主合作探究，实现了生物学核心素养的自我提升。

学生在实验过程中亲历探究的过程，领悟科学探究的方法，养成勤于思考、勇于实践的科学精神，培养理性思维的求知态度以及问题解决的创新观念，提高学会学习的综合能力。

（四）归纳总结，建构概念
教师汇总各小组的实验现象及结论，引导学生一起总结得出：“植物体的所有器官的全部活细胞都能进行呼吸作用”，并引导学生采用思维导图（如下所示）的方式建构呼吸作用的概念：细胞利用氧，将有机物分解成二氧化碳和水，并且将储存在有机物中的能量释放出来，供给细胞生命活动需要，这个过程叫做呼吸作用。

【设计意图】学生在实验的基础上自主获取知识，建构概念，实现从感性认识上升到理性认识的飞跃。

（五）拓展探究，学以致用
课下学生们四人一组，利用二氧化碳传感器和平板电脑，探究温度对果实呼吸作用的影响。

实验过程：取2个广口瓶分别编号甲和乙，将两等份小番茄分别放入瓶中，用塑料泡沫板制成瓶盖，将二氧化碳传感器插入瓶中，注意保证瓶子处于完全密封状态。

将甲装置置于常温下，乙装置置于装有冰袋的保温箱中（如图16）。

半个小时之后，观察对比平板电脑上甲和乙的二氧化碳曲线图。

教师汇总10个小组的数据并求平均值，绘制成曲线图（如图17），引导学生分析曲线得出结论：低温下水果的呼吸作用比较弱，有机物的消耗较少，有利于水果的保存。

图16 甲乙图17 温度对果实呼吸作用的影响
通过各种各样的探究活动，学什么尝试解决以下生产生活问题：
1.蔬菜、水果等为何要低温保存？为什么？
2.农民伯伯为什么在施肥之前都要先松土？
3.大雨之后为什么农田要及时排涝？
4.萝卜放久了为什么会空心？
综合这些实例指出影响植物呼吸作用的重要因素除了温度、氧气浓度之外，还有二氧化碳的浓度、水分等，拓展学生的知识面，有利于促进初高中知识的衔接。

【设计意图】生物知识来源于生活，最后又回归生活，为生活和生产服务。

（六）多维评价，有效激励
最后教师对本实验探究课的过程性评价（《绿色植物的呼吸作用》合作探究评价表）进行汇总，过程性评价包括“目标内容、方式方法、活动效果、成果展示”等方面的内容，采用自我评价、小组评价和教师评价相结合的方式，多维度的评价方式激发了小组成员参与探究的热情，体现了任务驱动对探究积极性的有效激励作用。

（七）微信报道，提升成就感
学生撰写新闻稿，通过厦大附中微信公众平台呈现学生的实验探究过程和结果，将实验由课内延伸到课外，激发了学生的兴趣，提升学生的自豪感和成就感，促进不同班级不同学校之间的交流。

八、实验教学效果与评价
本节课为了落实探究性学习，培养创新精神：
1.采用“翻转课堂”教学，打破了学生被动接受的模式，也实现了课内与课外学习的互动，切实提高实验课堂教学质量。

2.学生们亲历科学探究的过程，构建科学概念，同时培养了科学探究的精神。

3.通过对原有教材的改进，培养了学生动手操作与创新的能力。

4.让学生做中学，做中悟，培养观察，比较，分析，质疑，综合与概况等理性思维。

5.利用信息技术辅助教学，实现了与教学的深度融合，提高了实验教学效率。