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视频标签：呼吸作用
所属栏目：初中生物说课视频
视频课题：第六届全国中小学实验教学说课_探究呼吸作用实验_天津
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第六届全国中小学实验教学说课_探究呼吸作用实验_天津
探究呼吸作用实验
一、使用教材
人教版初中《生物学 七年级上册》第五章第二节 绿色植物的呼吸作用
二、实验器材
器材：矿泉水瓶、温度计、医用脱脂棉、保温桶、保温杯、注射器、酒精检测仪、轻质黏土、打孔器、标签纸、蜡烛、火柴、玻璃棒、100mL量筒、细口瓶、烧杯、胶头滴管、电子天平、滤纸、药匙
药品：安琪酵母、葡萄糖、氢氧化钙（试剂纯）
三、实验创新要求/改进要点
本实验主体材料为常见生活用品，如用矿泉水瓶代替锥形瓶，用打孔器将瓶盖打孔代替橡胶塞，并且还能通过挤压矿泉水瓶促进气体排出代替了加水排气法，简化了实验装置。
实验所需药品简单、易获得且无毒、无腐蚀性。如，酒精检测药品——重铬酸钾和浓硫酸，均为不易取得，并且有很大危险性的。所以本次实验规避了这些药品的使用，以此体现实验药品的安全化。
尽管严格控制了实验药品的危害性，但还是采用了封闭的实验装置——塑料瓶加盖，并用轻质黏土封口及注射器的使用。确保实验产生气体不外溢，不会对实验室环境造成污染或是对学生身体健康造成危害，同时也能保证收集气体时的严谨性，以此确保实验操作绿色化。
（四）实验结果信息化
本实验运用了化学物质检测传感器，将检测到的数据信息导入计算机，如，酒精的浓度采用酒精检测器检测。同时经反思，二氧化碳的浓度检测也可通过传感器记录，免于书面上的记录造成的误差，捕捉反应现象背后的微观数据，以此做到实验结果信息化。
（五）实验现象VR化
在传统的教学模式中，学生通过显微镜进行观察，并不能真正地融入到实验中，基于当前信息技术进课堂的大背景下，本课程尝试引入VR技术，对采集到的酵母菌图像进行处理。但无论是以何种形式引入何种器材，都有一个无法规避的问题——成本过高。通过对蚊香的阅读分析，我们发现生活中最常见的VR技术就是我们所熟知的3D影像技术。
为增强学生对实验现象的直观感受，我们用3DMAX制作出酵母菌的简图，将图像置于绘声绘影的视频轨迹中，多次复制，并变换其形态。使用绘声绘影X7的3D化功能打造一个酵母菌的世界，学生通过佩戴3D眼镜，可以更直观的观察酵母菌的生活，呼吸和生殖过程。据此，VR技术也在课堂中得到了很好的应用。
本实验由课本中三组植物呼吸作用实验——测温度、测氧气、测二氧化碳引入，并将三组实验并为一组，实现实验装置上的创新。同时提出其他类型生物是否也能进行呼吸作用的探究性问题，以酵母菌为例开展探究性实验。借此指出贴近生活的例子：酒的酿造。
五、实验教学目标
（一）知识与技能：理解植物呼吸作用的过程及应用，知道单细胞生物的也有其相应的呼吸作用，理解酵母菌呼吸作用原理。
（二）过程与方法：运用已学的知识分析植物呼吸作用的原理，改进先前的实验装置，并将该创新点迁移至新的生物材料上，培养学生科学的探究能力和实践能力。
（三）情感、态度、价值观：认同绿色植物在维持碳氧平衡中的重要作用；认同除绿色植物外，其他生物体也有其呼吸作用；认同其他生物体的呼吸作用也能为人类社会做出一定贡献，体验探究带来的乐趣，感受生物技术在生活中的应用。
六、实验教学内容
本节课是学习绿色植物呼吸作用，及单细胞生物之后的拓展探究，酵母菌作为生活中常见且易得到的单细胞生物，也是实验效果较好的一种生物材料。因此引导学生从酵母菌入手，在实验装置创新的基础上引发生物材料的创新。
在学生充分理解植物呼吸作用原理的基础上，探究酵母菌的呼吸作用；同时利用植物呼吸作用实验的知识迁移至检验酵母菌呼吸作用产生的相关物质。此外教师还应对产生的其他物质进行补充，以此扩充学生的知识面。
课程最后，同学生讲解酵母菌在日常生活中的应用，将生物科学技术应用到生活中去，让学生建立生物学来源于生活的科学观念，并时时留意生活中的生物学。
七、实验教学过程
（一）复习导入：学生在先前的学习过程中，对植物的呼吸作用有一定的了解，并熟悉初中阶段植物呼吸作用实验的三个具体案例。据此，我们采用了这种导入方式，既能达到复习效果，又能通过学生熟悉的知识点引发学生兴趣。
知识点如下，“呼吸三测”：
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测温度：
实验步骤：分别于两个暖瓶中装种子（或豆苗），甲瓶中装入萌发的种子，乙瓶中装入煮熟的种子。往瓶中各插入一只温度计。一段时间后观察两温度计显示的温度有何不同。
（图1 测温度）
观察现象：甲瓶中的温度略高于乙瓶中的温度。
分析原因：种子在萌发过程中，其中的有机物发生了变化，释放出能量，一部分能量用于种子的萌发，还有一部分能量以热能的形式散失了。
得出结论：呼吸作用能产生能量。
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测二氧化碳：
实验步骤：在集气瓶中装入萌发的种子（或新鲜豆苗），外用带阀门的玻璃橡胶弯管，连通装有澄清石灰水的试管。同时在集气瓶的橡胶塞上插入一个玻璃漏斗，并用棉花堵住上面的气孔。
一段时间后，取下棉花，向漏斗中注入清水，将瓶内产生的气体压至装有澄清石灰水的试管中，观察现象。
（图2 测二氧化碳）
观察现象：澄清石灰水变浑浊。
分析原因：二氧化碳具有使澄清石灰水变浑浊的特性。科学实验证明，二氧化碳来自种子里的有机物。有机物在彻底分解时不仅产生二氧化碳，还产生水。
得出结论：呼吸作用产生二氧化碳。
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测氧气
实验步骤：甲瓶中装有萌发的种子，乙瓶中装有等量的煮熟的种子（或用豆苗代替），把甲、乙两瓶同时放到温暖的地方。一段时间后，观察蜡烛在甲、乙两瓶中的燃烧情况。
（图3 测氧气）
观察现象：甲瓶中的蜡烛熄灭，乙瓶中的蜡烛继续燃烧。
分析原因：燃烧的蜡烛放进甲瓶里，火焰立即熄灭了，这是因为甲瓶中缺少氧。氧气被萌发的种子（或豆苗）吸收了。科学实验证明，有机物在彻底分解成水和二氧化碳时，需要氧的参与。
得出结论：呼吸作用消耗氧气。
整理结论：
有机物+氧气→二氧化碳+水+能量
为从课程初期就培养学生的创新探究精神，特先进行一次创新，以此达到“抛砖引玉”的效果，遂将以上“呼吸三测实验”进行“三合一”的调整。综合以上实验，分析得出上述实验存在实验器材过多，造成浪费等缺点。特针对该缺点，对实验器材做出了以下调整：
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将“呼吸三测实验”的实验容器进行统一，由之前的“集气瓶”、“锥形瓶”、“暖瓶”等容器改成了生活中随处可得的“塑料瓶”，既简化了实验装置，又体现了“生活废物可利用”的价值观。
（图4 塑料瓶）
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将“带孔的橡胶塞”改成了用“打孔器”处理过的“塑料瓶盖”，为防止产生的气体外溢造成污染或实验数据不准确，特采用了初中学生常用的“轻质黏土”封口，同时又可达到固定“温度计”的作用，可谓一举两得。
（图5 打孔器、轻质黏土、处理过的塑料瓶盖）
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为方便学生观察实验生物材料的情况，将“暖瓶”改成了“塑料瓶”，并用“保温桶”和“棉花”提供保温措施，以此保证实验数据的准确性。
（图6 保温桶与棉花结合成的保温装置）
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经师生共同分析，在“测二氧化碳”实验中，有“试管”和“玻璃弯管”、“橡胶管”、“水阀”的参与。而以上器材均不可凭借自身保持稳定，必须有“试管架”和“铁架台”的支撑，无形之中又增加了实验器材的使用。本着减少实验器材的目的，同时降低玻璃仪器损坏、学生受伤的风险，将以上实验器材改为“注射器”，先用注射器抽取适量的澄清石灰水，再用其抽取瓶内反应产生的气体，观察反映情况。由于“打孔器”的介入，并不需要“注射器”通过“针头”吸取试剂或是气体，又大大降低了风险。
（图7 注射器）
教师按步骤（二）所述方式进行试验改造，并向学生展示实验结果。
注意：由于本次实验材料利用的是，新鲜的豆苗和开水烫过的豆苗，经处理过后二者体积会出现明显差别（V新鲜的豆苗＞V开水烫过的豆苗），在这里一定要同学生解释清楚，确保实验变量的单一性。除此之外，烫过的豆苗会有一定的温度，需等恢复至室温后进行实验。经测试，可提前4小时准备该实验。
（图8 连接好的装置 豆苗体积）
学生在本册书（《人教版生物学 七年级上册》）还学到过单细胞生物的的相关知识。教师对此引导学生思考，植物有呼吸作用，那么其他的生物是否也有如此的呼吸作用呢？由呼吸作用产生的生成物是否相同呢？对此我们将进行试验验证。
引入新的生物材料——酵母菌，酵母菌在平时生活中易取得，且是学生先前学习过的《单细胞生物》中提及过的物种，同时也是《八年级生物学 上册》重点讲述的知识点。在此，也是以呼吸作用和单细胞生物两个重要知识点为依托，作为学生的原有认知结构引出后续的知识点，并将以上知识点整合进行实验的原因之一。
除此之外，选择酵母菌也是考虑到其生物学特性，能通过其呼吸作用产生酒精，并且处理形成对照实验方式简便，这也是选择其成为创新生物材料的原因。
同时，酵母菌还作为我们日常生活中的技术用菌，可将该知识点与日常生活中的生物技术，如酿酒、面包制作相联系，引发学生共鸣，为学生树立“生物学寓于生活之中”、“学好生物学为了更好地生活”的价值观。
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延用“豆苗实验”的装置，连接“温度计”和“塑料瓶”。
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配置5%的葡萄糖溶液，用于酵母菌的营养供应。
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设置对照试验：有生命活力的酵母菌15g与无生命活力的酵母菌15g。
处理方式：（1）分别取两包“15g安琪酵母”，取一份置于烧杯中，用100mL开水冲开，用玻璃棒搅拌均匀，待冷却至室温后置于塑料瓶中，制成无生命活力组。如不经冷却，会影响实验的温度数据，同时塑料遇热水会产生相关反应，影响实验。
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另一份可直接倒入塑料瓶中，加入100mL温水，摇匀即可，形成有生命活力组。经测试，如将15g安琪酵母置于烧杯中，加入100mL温水，用玻璃棒搅拌，不易形成液态物质，且会在玻璃棒上结成小块。从单一变量的角度，对实验数据的精确性产生较大影响。
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连接两组的温度计，并用轻质黏土固定，将实验装置放入保温桶中，并用棉花填充，起到保温作用。表明代号：甲，有生命活力；乙，无生命活力。静置15min。
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设计实验报告表。
（表1 实验报告表）
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测试项目 |
预测 |
实际 |
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温度 |
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氧气 |
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二氧化碳 |
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其他（ ） |
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查看温度计数据，并记录。
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用点燃的蜡烛检验甲、乙两塑料瓶中的氧气，并记录。
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分别用两个注射器，先表明甲、乙两组，各吸取10mL澄清石灰水，再吸取10mL塑料瓶中气体，充分震荡后观察实验现象，并记录。
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学生在实验结果验收过程中闻到了酒精的味道，同时基于酵母菌的特殊性质，本实验引入了“酒精检测仪”这一电子装置。将“酒精检测仪”的接收器对准塑料瓶盖上的小孔，挤压塑料瓶，使塑料瓶中的气体溢出，对检测仪进行读数，并记录。
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分析实验数据。
通过酵母菌的呼吸实验，学生了解到酵母菌的呼吸作用产生酒精，据此探究酵母菌日常生活中的应用，播放酿酒视频。使学生认同生物来源于生活。
（七）虚拟现实实验现象
学生通过佩戴3D眼镜，进入酵母菌的世界，融入实验之中，利用VR技术更直观的观察酵母菌的生活，呼吸和生殖过程。
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温故而知新：通过指导学生回顾以往知识，对该知识点的呈现情况采取变式处理，以此培养学生从旧知中提炼、整合新知的能力。
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举一而反三：通过指导学生将两部分知识点整合到一起进行综合实验，学生学会将此种实验方式延伸到其他的生物材料上，以此培养学生的创新实践能力。
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协作而共进：学生的分组实验不仅能够培养学生的协调配合能力，还能让学生在实验过程中享受头脑风暴带来的乐趣。更进一步的加强学生的自主学习能力。如，在本次实验过程中，某实验小组发现，时间越长，酵母菌呼吸作用产生的酒精浓度也就愈高，而后该数据则趋于平稳。进一步分析出“老酒，愈久愈香醇”的道理。
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