关键词:光合作用；实验；普利斯特利；鲁宾和卡门
1 光合作用知识的地位及其重要性
光合作用在整个生物学中是极其重要的，因此，年年高考都作为重点知识必考。科学发现过程可培养学生科学的思维方式和严谨的工作态度，增强探索能力的过程。因此，在发现实验的讲解中加入一些新的探究或创新的方法、思路，更能拓宽学生的视野和思维方式，加深对此知识认识和理解，在解题过程中思维更加清晰和深入。
2 海尔蒙特实验的探究和拓展
科学家海尔蒙特设计了一个简单而又巧妙的实验：他将一棵重2.3kg 的柳苗栽种到一个盛有土壤的木桶中，木桶内土壤的重量是 90kg 。此后，他只用纯净的雨水浇灌柳苗。5年过去了，柳苗渐渐地长大了。他再次称量柳苗和土壤的重量，结果使海尔蒙特大吃一惊：柳苗重量增加74.5kg ，土壤重量仅减少了0.057kg ！这样，海尔蒙特得出与前人不同的结论：柳苗生长所需的物质，并不是由土壤直接转化的，水才是使植物增重的物质。此实验高中教学应该补充，并引导学生思考：1、海尔蒙特的结论是否完善，增重的物质是否主要来源于水？ 2、土壤重量减少了的物质是什么？此时可以为后面的知识打下伏笔，在讲述完光合作用的过程和原理后，让学生理解光合作用的原料是二氧化碳和水，但谁是增重最主要的？有机物的碳、氧元素来自于二氧化碳，氢元素来自于水，从元素分子量就可明白海尔蒙特的结论是不完善的。植物生长过程除需要二氧化碳和水以外，还需要矿质元素，占生物体的比例很少，所以土壤减少的0.057kg是矿质元素。
3 普利斯特利实验的探究和拓展
科学家普利斯特利在研究助燃空气时做了一个新奇的实验：把一支点燃的蜡烛和一只小鼠放到密闭的玻璃罩里，不久蜡烛熄灭了，小鼠死去了；将一支点燃的蜡烛和一盆绿色植物放到一个密闭的玻璃罩里，植物能够长时间地活着，蜡烛也没有熄灭；把一盆绿色植物和一只小鼠同时放到一个密闭容器里，植物和小鼠则都能够正常地活着。
因此，他指出植物可以更新空气。但更新的是空气中的什么成分？不过，当时普利斯特列由于受“燃素学说”的错误影响，没有认识到这就是氧气，而是给它取名叫“失燃素的空气”。
4 萨克斯实验的探究和拓展
高中教材中讲述了萨克斯的实验过程，但用的是文字阐述，学生不易深刻理解和记忆，因此补充初中教材中的图解非常有必要，其过程如下：
但学生学完此过程，就肯定有疑问，为什么萨克斯用的是碘蒸气处理叶片，而这里用酒精处理后再用碘液染色？这时引出色素提取的原理是：色素溶于有机溶剂而提取出来。叶片脱色后呈淡黄色，碘液遇淀粉变蓝色，颜色对比萨克斯的碘蒸汽方法更明显。
萨克斯的实验不仅证明了光合作用产生了淀粉，还可证明光照是光合作用的必须条件。除此之外，该实验在解题中更重要的应用是判断光合作用是否进行。如下进行的拓展：
1)证明光合作用需要CO2，见右图，准备甲、乙两套装置（甲装置的槽里盛的是NaOH溶液，乙装置的槽里盛的是NaHCO3），把它们同时放在黑暗处一昼夜，然后一起移到光下。几小时以后，检验甲、乙装置里的叶片是不是都有淀粉生成。
2)检验光合作用的场所
银边天竺葵的叶，边缘是白色的，不含叶绿体，其余部分是绿色的（下图左）。把银边天竺葵放在阳光下，照射几小时，然后摘下一片叶，依照萨克斯实验的方法脱去叶绿素，滴上碘液。结果，叶片的绿色部分变蓝了，白色部分没有变蓝（下图右）。因此证明：叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。这比恩格尔曼的实验方法更简单明了。此实验的材料可以用金星黄杨等变异叶植物代替。
3)证明光合作用需要水：把一盆植物放在黑暗处 24 小时，然后切断叶的中脉（如右图所示），放在阳光下照 2 小时，检验叶中淀粉的产生，结果叶上部无淀粉产生，而叶下部有淀粉产生，原因是切断叶脉起了阻断了水的运输
5 恩格尔曼实验的探究和拓展
科学家恩格尔曼用水绵进行了光合作用的实验，把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境里，然后用极细的光束照射水绵。通过显微镜观察发现，好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果上述临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则分布在叶绿体所有受光部位的周围。实验证明：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
利用此实验，可以拓展研究了光合作用的作用光谱。如右图所示，将棱镜产生的光谱投射到水绵上，并在水绵的悬浮液中放人一些细菌，然后在显微镜下观察细菌在水绵不同波长的光照下各部分的聚集情况，请分析：
（l）细菌聚集多的部分表示氧气的浓度高，即这些部位水绵的光合作用强度高。由此可以得出：丝状绿藻主要吸收红橙光和蓝紫光，对绿光基本不吸收。
(2）太阳辐射中的红外光和紫外光不能被水绵利用。
（3）在上面装置的水绵中，放入草履虫，其如何分布？与好氧细菌相同，原因是草履虫需要氧气，且以细菌为食。
6 鲁宾和卡门实验的探究和拓展
科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法，他们用氧的同位素18O, 分别标记H2O 和CO2,证明了：光合作用释放的氧全部来自水。由此实验可以进行以下拓展：
1）利用教材后面的练习进行实验思路的完善。右图是利用小球藻进行光合作用实验的意图。图中 A 物质和 B 物质的相对分子质量的比是8：9。
2）在上题基础上，引导学生，在用同位素标记时，不可能标记所有的H2O 或CO2,如果上题中的H2O 和CO2同时被标记了，且比例分别是0.32%和0.22%，则释放的18O2占所有氧气比例是：0.32%。
7 拓展学习实验的基本过程和遵循的基本原则
在学习上述光合作用的有关实验时，不仅要学习相关的实验知识，还要领会科学发现的基本过程，以此来提高学生探究和创新的能力。因此，在讲述以上实验时，要拓展学习实验的基本过程和遵循的基本原则。
1）一份完整的实验设计方案包括：实验课题，实验目的，实验原理，实验材料、用具和装置，实验步骤，实验现象或结果，实验结论及分析。由此展开分析每个实验的相关过程是什么，以加深对实验的认识。
2）实验设计的基本原则包括：科学性原则，单因子变量原则，对照性原则，平行重复原则等。如在讲述萨克斯实验时，实验变量是有无光照，其余条件要保持相同且适宜；叶片光照部分和遮光部分进行对照；为了避免因偶然因素对实验造成误差，要进行相同的多组或多次实验。
参考文献：
[1]杨祖芳.翻转课堂在高中生物实验教学的应用——以“探究环境因素对光合作用强度的影响”一节为例[J],教育与装备研究, 2015.
[2]宋培培.关于“光合作用的发现”中科学史的教学探索[J],都市家教月刊, 2012.
[3]刘慧,赵苹. "5E"模式:生物探究性实验教学的有效路径 ——以"探究绿叶中色素对光能吸收的差异性"教学为例[J],教育研究与评论(中学教育教学), 2015.
作者简介
1、姓名：刘和平（1987.11），女，汉族，四川成都人，学士，成都石室蜀都中学，中学二级教师，研究方向：生物教学与应用等
通讯地址：四川省成都市郫都区德源镇胜利北街1号，邮编：611730
论文作者:刘和平
论文发表刊物:《教育学文摘》2019年第11期
论文发表时间:2019/12/6
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