基于新课标的初中生物探究性实验改进

一．引言

新课标强调培养学生的核心素养，包括生命观念、科学思维、探究实践和社会责任 ，这使得生物实验教学的重要性愈发凸显[1]。生物实验是学生获取生物知识、培养科学探究能力的重要途径，《植物在碳氧平衡中的作用》是初中生物教学中的一个关键实验，它不仅涉及光合作用和呼吸作用这两个重要的生理过程，还与生态环境中的碳氧平衡密切相关。然而，传统的实验设计和教学方法在达成新课标要求方面存在一定的局限性[4]，因此，对该实验进行改进具有重要的现实意义。

二．《植物在碳氧平衡中的作用》教材实验分析

（一）实验原理分析

本实验以沪教版教材中“植物与碳氧平衡”核心概念为基础，结合氧气与二氧化碳传感器技术，定量验证植物通过光合作用与呼吸作用调节气体浓度的动态过程，并分析其对生态平衡的意义[3]。与传统实验相比传感器的使用能够体现定量分析的优势突破传统实验的定性观察局限，通过数据直观展示动态平衡，强化“物质与能量观”[3]。

（二）存在的问题

1.缺乏对照实验：仅设置了有植物的实验组，没有设置无植物的对照组。无法排除环境对氧气和二氧化碳浓度的干扰，难以准确说明是植物的生理活动导致气体浓度变化。

2.实验条件单一：只在光照环境下进行实验，未考虑植物在不同环境条件下的生理活动。植物在黑暗中只进行呼吸作用，与光照下光合作用和呼吸作用同时进行的情况不同，单一条件不能全面探究植物对碳氧平衡的维持机制。

3. 实验时间短：仅记录一段时间后的气体浓度数据，不能反映植物在较长时间内对碳氧平衡的持续影响。植物的光合作用和呼吸作用是持续进行的，短时间的数据可能存在偶然性，不能代表植物生理活动的整体规律。

三.实验改进思路与设计

（一）改进思路

本节课的目标要求是说明绿色植物有助于维持生物圈中的碳—氧平衡但教材中安排的实验只能通过数据的变化证明说明植物光下产生氧气消耗二氧化碳，学生无感观体验，且实验周期较短无法证明白天和夜晚一个周期的时间内植物向大气中释放的氧气多于自己呼吸作用消耗的，故对原实验做一下改进并增加一个新的实验。

改进内容：

1. 设置对照实验：增加一组除没有植物外，其他条件与实验组完全相同的对照组。将对照组和实验组同时置于相同光照环境下，对比两组氧气和二氧化碳浓度变化，更准确判断植物生理活动对气体浓度的影响。

2.延长实验时间：持续记录较长时间内氧气和二氧化碳浓度的变化，每隔一定时间记录一次数据，绘制气体浓度随时间变化的曲线，分析植物在不同时段对碳氧平衡的影响，使实验结果更具说服力和科学性。

新增实验：该实验需要能够证明一种量的关系，即植物自身产生的氧气多于消耗的氧气，消耗的二氧化碳多于产生的二氧化碳。这样就要测量氧气和二氧化碳量的变化，方法如下：

选用水生植物金鱼藻作为实验植物，利用氧气不易溶于水的性质，用排水法收集氧气，排出的水的体积就是氧气的体积，二氧化碳能溶于水，通过测水的 PH，确定水中二氧化碳含量的变化，依据的原理是： 二氧化碳越多，PH 越小；二氧化碳越少，PH 越大。

（二）改进后的实验步骤

原实验将实验材料改为金鱼藻，仍按照步骤进行，新增实验步骤如下：

1.材料选择

金鱼藻是水域常见水生植物，且适应性较强，在 PH 为 7.1＼～9.2 的水中均可正常生长。测水中二氧化碳的变化选用 PH 计，因为 PH 计能测出溶液中二氧化碳含量的细微变化。注射器的使用使实验更加便携，便于测量氧气体积，测量数值比较准确，并且可将装置平放，从而增大氧气和水的接触面积。矿泉水瓶的使用则安全方便。

2.规格用量

矿泉水瓶容积可选用 250 毫升，金鱼藻用量以装满矿泉水瓶且能充分见光为宜，注射器的容积选 10＼～20 毫升。

3.实验装置

为排除外界空气对实验的影响，以及定量测量气体的变化的要求，设计了下面的装置并设置了对照实验。

4.实验过程

将实验组和对照组的矿泉水瓶中装满水，不留空气，保证装置有良好的气密性。实验前测实验用水的 PH，将装置放在阳光下，24 小时后，测氧气体积和水的 PH，记录结果。特别要强调实验开始时间最好在上午，因为实验用水的 PH 一般为中性，或略偏碱性，而金鱼藻适合在偏碱性的水中生存。白天植物光合作用消耗二氧化碳，水的 PH 会升高，夜晚呼吸作用产生二氧化碳，水的 PH 会下降。这样保证了水的PH 先升后降，但始终大于 7。如果在傍晚以后开始，水的 PH 会先降后升，这样就会出现 PH 小于 7 的阶段，不利于金鱼藻的生存。

5.实验结果

24 小时后实验组（含植物）注射器活塞的位置升高，水的 PH 增大；对照组没有变化。

6.实验结论

金鱼藻一天当中放出的氧气多于消耗的氧气，消耗的二氧化碳多于产生的二氧化碳。四．总结

在《植物在碳氧平衡中的作用》实验改进工作中，科研方法的运用与策略提炼转化成效显著，从科研方法运用角度来看，控制变量法的巧妙应用是实验改进的一大亮点。通过设立严格的对照组，有效屏蔽了采集瓶自身、光照等环境因素对实验结果的干扰，使得实验结论能准确聚焦于植物生理活动对气体浓度的影响[5]。有助于学生全面剖析植物维持碳氧平衡的机制，深刻理解变量控制在科学研究中的核心意义。

五．展望

未来初中生物实验教学需深化科研方法应用与创新，一方面引入系统生物学建模等前沿方法培养系统思维与建模能力，另一方面利用基因编辑技术拓展微观认知；在策略转化上，强化跨学科融合[2]，结合物理化学知识培养综合素养，借助 VR、AR 等现代教育技术提升教学效果，鼓励学生参与科研项目与学术交流以培养创新精神和国际视野。

【参考文献】

[1] 初中生物实验教学存在的问题与改进策略探讨 [J]. 中国期刊网，2020 （8）： 2

462951.

[2] 浅谈新课标下初中生物实验教学的改进 [Z]. 2020 （1）： 8070016134002072.

[3] 上海教育出版社。沪教版初中生物七年级上册（2024 年五四学制）[M]. 上

海：上海教育出版社，2024.

[4] 许海燕。初中生物实验的几个改进 [Z]. 2010 （12）： 1083962969344.

[5] 新课标下初中生物实验教学的优化调整 [J]. 2024 （3）： 318374711.