基于实验融合的探究植物蒸腾失水

邵瑞 2. 惠欣欣

1. 安徽省宿州市教育科学研究所（ 234000） 2. 安徽省宿城第一初级中学 （ 234000）

摘要：本文以校园内自然生长的植株为实验材料，将“植物的蒸腾失水实验”与“探究植物气孔的数目和分布实验”相结合，将定性实验与定量实验相结合，让学生在量的变化中了解蒸腾作用的本质，更深刻地理解叶的各部分结构特点与功能相适应，为学生结构与功能观、进化与适应观的形成和发展提供支撑，有助于其解决和解释生物活动的现象和规律。

关键词：实验融合 探究 蒸腾失水

“倡导探究性学习” 是义务教育生物学课程标准的基本理念之一。“倡导探究性学习，力图改变学生的学习方式，帮助学生领悟科学的本质，引导学生主动参与、勤于动手、积极思考，逐步培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力等，突出创新精神和实践能力的培养。”^[1] “生物学课程中的科学探究是学生积极主动地获取生物科学知识、领悟科学研究方法而进行的各种活动。科学探究通常涉及：提出问题、作出假设、制订计划、实施计划、得出结论、表达和交流。将科学探究引入义务教育阶段生物学课程内容，是为了促进学生学习方式的改变，使学生能主动地获取生物科学知识，体验科学过程，形成一定的科学探究能力和科学态度与价值观，培养创新精神”。^[1] 实验教学既是生物学探究活动的一部分，又是生物学教学的基本形式之一。笔者在进行北师大版初中生物学七年级上册第三单元第五章第4节教学的过程中发现，利用校园内自然生长的植株，将“植物的蒸腾失水实验”与“探究植物气孔的数目和分布实验”相结合，将定性实验与定量实验相结合，让学生在量的变化中了解蒸腾作用的本质，能增强学生对自然现象的好奇心和求知欲，掌握科学探究的基本思路和方法，更加深刻地理解叶的各部分结构特点与叶的光合作用、呼吸作用和蒸腾作用等生命活动相适应的，进而认识到植物体结构与功能的适应是在长期的进化过程中形成的，为学生结构与功能观、进化与适应观的形成和发展提供支撑。同时，也能使学生在实验设计和操作、结果记录与分析得出结论的过程中养成科学思维的习惯，形成尊重事实的科学态度，提高证据意识，培养乐于团队合作的精神，为解决现实生活中的生物学问题、探讨生物活动的现象和规律，提供一种可供参考思路和方法。

一、师生讨论实验方案，着重提升科学思维能力

上课伊始，笔者向学生们介绍了一项特别状态下的野外求生技能，即“将塑料袋套在一个树枝上并将袋口扎紧，一段时间后可以收集到一定量的水，以解严重缺水的燃眉之急，而且相同时间内天气越热，得到的水就越多”。然后笔者展示了自己在校园内进行的实验(如下图所示)，并适时提出 “塑料袋内壁上的水珠是从哪里来的？”的问题，引发全体学生思考讨论，并以“水为什么会在塑料袋上”“这些水从叶片的什么地方出来”“是以气态还是液态出来”等子问题，引出植物正常生长的重要生理作用之一——蒸腾作用，通过师生共同的交流讨论使学生理解蒸腾作用是如何发生的，对植物的生长有什么意义，进而理解蒸腾作用的内涵。

接着，笔者抛出“水产生的多少，除了与天气有关外，与植物叶片的形态有无关系，有什么关系？”的问题，引发小组内的同学进一步思考讨论，并适时提出“不同种类植物叶片的气孔数目和分布一样吗？”“同一株植物不同部位叶片的气孔数目和分布一样吗？”“同一植物叶片上下表皮的气孔数目一样吗？”等子问题，让学生分析水分产生多少与植物叶片气孔之间的关系，为理解植物叶片的结构是与其功能相适应提供证据支撑，同时提出“如何设计实验来验证你的猜测？”引导小组内的同学学生根据自己的猜测来设计实验方案，并由师生共同讨论修订实验方案，来保证实验方案的合理性。本部分教学内容的思路和流程如下图。

设计意图：教师通过介绍“用塑料袋收集植物蒸腾作用散失的水”这一野外求生技能和教师的实验，创设真实的问题情景，引导学生观察和分析生活中的生物学现象，发现并提出 问题，带着疑惑开始本部分内容的学习。教师设置的核心问题“塑料袋内壁上的水珠是从哪里来的？”引发学生在思考后，开展师生交流讨论。教师针对学生的发言和反馈，以追问的形式再抛出一系列子问题和小问题，进一步引导学生思考分析，理解植物叶片的结构与其蒸腾作用的进行相适应，并为寻找解释或解决问题的实验证据，设计实验方案，培养学生的证据意识和严谨的科学思维能力。在讨论实验方案的过程中，针对方案中的不科学、不严谨之处，教师不断地通过交流和追问，引导学生正确地理解和应用单一变量原则、对照原则、重复性原则等科学实验的一般原则，提升学生的实验与探究能力。

二、学生进行分组实验，着重提升科学探究能力

为了验证各小组假设和猜想，笔者指导并带领学生利用校园内自然生长的植物，开展了实验活动。不同小组根据自己的假设和猜想，选择不同的植物进行对照试验：（1）有无叶片对照）；（2）同一植物不同部位叶片对照；（3）同一叶片上下表皮对照（用护手霜分别涂抹叶的上表皮或下表皮），并每小时测量和记录空气的温度和湿度，观察塑料袋内的现象，3小时后，对塑料袋内水分进行称重，记录水的蒸发量；去除塑料袋，测量实验用叶片的长和宽并记录；随机选取实验用叶片，制成上下表皮的临时装片，观察并统计气孔的数目并记录。部分小组的观察和记录结果如下图所示。

部分小组还把叶面积相同的实验用叶片放到热水中，观察叶的上下表皮释放气泡的多少并记录，定性判断叶上下表皮气孔数目的多少（如下图所示）。

栀子叶的上表皮 下表皮 下表皮（放大） 下表皮（再放大）

设计意图：学生在按照修订后的实验方案进行实验，是直接获取证据的重要方式。学生自己动手进行实验，既能调动学生在主动参与学习的积极性，使学生在主动地获取与实验相关的知识，又能提升保证实验的单一变量、获取并记录实验数据等实验和探究的基本技能，体验科学实验的艰辛和团队合作精神，发展科学探究能力。

三、汇总分析实验数据，发展证据意识，提升生命观念

各小组根据实验方案，根据实验结果记录，计算出各实验组的蒸腾速率和单位叶面积气孔的数量，部分小组的实验结果如表1。有的小组还根据热水中叶的上下表皮释放气泡的多少，粗略估计叶的上下表皮上气孔的数目。

表1：栀子花叶片的蒸腾速率和气孔数目

实验时间和条件：2018.10.6上午7.30-11.00晴 温度20℃ 湿度46% ）
组别	处理方式	蒸腾速率（g·m-2·h-1）	气孔数目 （个/cm2）
相近枝条的 有叶无叶	有叶	1042	4.35×104
	无叶	0	0
同一叶片的 不同表面	涂抹叶的上表面	1187	3.36×104
	涂抹叶的下表面	25	1.03×102
同一植株的 不同部位	上部枝条	990	4.40×104
	下部枝条	78	3.68×104

汇总全班各小组实验数据，师生共同分析实验结果，说明叶片蒸腾速率与气孔数目的关系，为“气孔是蒸腾作用的门户”提供证据，证明蒸腾作用散失的水是由气孔蒸发产生的。

设计意图：教师指导学生在对实验数据进行处理，汇总全班各小组的数据，找出单位时间蒸腾速率与单位叶面积气孔数目之间的关系，说明植物蒸腾作用散失的水分是通过叶表皮上的气孔，以水蒸气的形式散发的，为建构“气孔是植物蒸腾作用的门户”这一重要概念，提供实验证据。同时 ，训练了学生收集和整理实验数据、分析数据、实验结果和结论的交流和表达等科学探究能力，发展科学探究等学科核心素养。

本部分内容的教学以解释生活实际中的生物学现象为主要学习目标，通过定量与定性相结合的“测量植物单位时间蒸腾水量和叶面积”“显微观察叶的上下表皮上的气孔并计数”两个融合实验为手段，帮助学生建构重要概念的同时，让学生在体会科学探究的一般过程，引导学生在解决“塑料袋内壁上的水珠是从哪里来的？”这一问题的过程中，学会用已有的生物学知识和实验技能，设计并进行实验，寻找解决问题的方法和证据，来解释或解决生活中实际的生物学问题，进而提升实验与探究能力，提高证据意识，形成尊重事实的科学态度和乐于团队合作的精神，发展科学思维、科学探究、社会责任等方面的学科核心素养。

参考文献

【1】：中华人民共和国教育部制定.义务教育生物学课程标准（2011年版）【M】.北京：北京师范大学出版社，2012：2-3

作者简介：

1. 邵瑞1965.5安徽省宿州市教育科学研究所 教研员 高级教师 本科 234000

2. 惠欣欣 1993.10安徽省宿州市宿城第一初级中学 初级教师234000

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