2011年4月26日 星期二

光合作用的靈異事件(51屆宜蘭縣科展的經驗分享)

故事是這樣開始的… 
用鋁箔紙包在葉片遮光以證明「光合作用需要光」,這是中華民國國中生物科最經典、最普遍、最長壽的實驗;沒有任何一版本錯過這個實驗,大家都那樣做,根本不必做就知道結果了!近幾年有人開始搞怪---除了用底片在葉片上出現人像外(阿簡),有些人開始用貼紙代替鋁箔紙。我覺得用貼紙也不錯:貼得牢、圖樣有變化,所以今年我也用數字貼紙,新加入的怡伶老師也是用貼紙。有天怡伶老師拿著做過測定的葉片來找我說:老師,我用數字貼紙出現很怪的結果:有貼貼紙的地方竟然出現藍黑色(應該是黃褐---沒澱粉)….,我一聽大樂,因為前年阿簡老師也出現過類似的靈異現象,現在又重複出現(而且出現率約40%),這絕非巧合,一定有鬼,決定來抓鬼了…就這樣我成了怡伶老師的助手一起來抓鬼 
R G B + 黑…. 
於是我們選擇了各色貼紙(RGB+黑)貼在同一葉片上,每天去摘葉片來測澱粉,猜猜看結果如何?的13.14天….出現…..靈異現象了!!
從結果來看可排除:1、「澱粉是從葉片其他部位運輸至此儲存」 (好像文蘭老師在50屆科展就是做此假設) 2、「葉子背面未貼貼紙,葉背照到日光而行光合作用」的可能性。
推論是:紅色貼紙可透光,而且此光的波長和強度足可使葉片進行光合作用
做色光實驗只能用LED,不能用貼紙?玻璃紙? 
從上一個實驗知道這一定和透光有關,但到底透什麼光?強度是多少呢?而藍、綠貼紙為何不行?這問題就牽涉到色光對光合作用的影響了,一想到色光腦中馬上浮現「玻璃紙透過的非單一色光不能拿來做色光的實驗」,歷年凡是拿玻璃紙稿色光的準死無疑,最少要用LED燈;於是我們也去試了LED燈,但要有足夠的光使大量的咸豐草進行光合作用,需要很多LED燈,這超出我們「一件科展作品最多能報2000元經費」的預算,更重要的是:我認為科展不該搞成平常教學或研究無法做到的!於是我們開始尋找可能的方式。正好打聽到宜大生物機電系有在用LED燈進行植物培養(植物工廠)的研究,所以想去借用!到了宜大後發現他們有兩個我們做夢都不敢想的儀器---光譜儀和LED燈培養箱;光譜儀可以測出貼紙玻璃紙…所透的光的強度和波長,培養箱有紅藍LED燈可以讓植物進行光合作用;我們先借用光譜儀測出所有貼紙的透光率及波長,發現紅玻璃紙貼紙都只透紅光,基本上這就是單一色光了!如果用貼紙也可以達到單一色光的效能,為什麼我要用國中根本沒有的培養箱?而且培養箱還要開空調…很耗電的!於是我們就用紅貼紙來做實驗了!
逐日記錄記錄出的新問題
由於上個實驗是在貼貼紙後的13.14天才出現藍黑色,我們想應該和貼的天數有關,於是進行逐日記錄,結果如圖,這其中有3個新問題:
1、在第6~8天出現澱粉,第9~11天澱粉消失,第12~14天澱粉又出現;呈「藍綠-黃褐-藍綠」現象。 
2、紅貼紙區的藍黑色比照光區更深;
3、有些葉片出現正面(上表皮那面)為藍黑色,背面是黃褐色的現象。
第一點解答了為什麼有些老師用一樣的方法、一樣的植物卻沒找到靈異現象的原因!關於第1、2個問題,我們絞盡腦汁反覆做推論、推翻自己的推論、又另起爐灶….終於在一次監考中想通了:用以下表格及圖解釋(詳情請聽學生解說):
於是綜合所有實驗我們做了第五個實驗
   
終結者---光的強度與光合作用產物的累積、運輸
終於來到做終結的時候---把我們前面發現的光強度、藍黑、黃褐變化的種種推論用一個實驗來驗證。實驗5的設計如圖,這樣的操作變因看起來是單純的「紅光強度對光合作用速率的影響」,但在側應變變因時,我們加入了3個變化,以探討不同的變因,結果如圖;
1、 逐日記錄顏色---這是要看我們原先的推論:顏色其實只是相對比較的結果:弱紅光區其實一直有在進行光合作用,只是因量較少所以開始時看起來是黃褐色。我們的另一個推論「弱紅光區逐日累積,而強光區會運輸到根、莖,葉內只累積固定的量」,所以時間久了之後,會變成「弱紅光區比強光區顏色還深」的效果,這在第5天時得到証實。
2、 觀察紀錄5:30與9:00的差異---這個設計一則可以證實:顏色是相對比較的結果,一則可以說明:強光區的產物會運輸到根、莖儲存,而當天只儲存某固定量的說法。
3、 觀察紀錄葉片正面和被面澱粉反應的差異:因為在實驗二中出現:「葉片正面(上表皮那面)為藍黑色,背面是黃褐色」的現象,我們認為弱光區光合作用產物少,所以事先儲存在柵狀組織再儲存至海綿組織,這現象如果能在後面的實驗中重複出現,這論點就應該可以成立了。果真如此而且竟然要5天後背面才出現!
靈異事件其實很科學 
教學多年來一直碰到「光合作用的產物」這個實驗結果歧異度很大的問題:如整片葉子都是黃褐色或整片都是藍黑色,現在甚至出現---原本應該黃褐色的部分反而出現藍黑色;其實我們在網路上也發現別的學校也有類似情形,只是大家都習慣以天氣因素、沒包好…等理由來解釋,但經過這次探究後,我們發現其實沒有那麼多靈異事件,一切都在科學原理下運作呀! 
這是我要的科展,我要把它變成科學探究課程 
雖然這個作品在縣內只獲得第二名,但探究的過程我非常喜歡,尤其能有老師一起討論一起解決問題是很棒的經驗,學生也覺得沒有超出他們的能力範圍,做起來挺輕鬆的。當我們一再推翻自己原先的假設,終於出現符合我們預測的結果,而且是多次出現時,學生、怡伶老師和我都高興得跳起來!也許這個研究沒有高深的學問,但是它是所有師生都熟悉的題材,實驗的材料隨手可得,器具也都是現成的,只要把透光率及波長作為背景資料,她就是所有國中生都可以探究的題材!所以我決定了,我要以這個為例做成完整的科學探究教材,相信生物老師教起來一定會更得心應手!

1 則留言:

  1. 太有意思了XDXD(雖然留言很像廢話我還是留一下好了XD)

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