2012年11月18日 星期日

關於植物吸氣、呼氣---學生怎麼想?

在教學過程中常見學生對植物的「吸氣」、「呼氣」有許多迷思概念,最常見的是:(1)植物白天進行光合作用,晚上進行呼吸作用(植物白天進行光合作用,但不進行呼吸作用,植物也有呼吸作用但只在夜間進行)。或(2)植物的呼吸作用在白天和晚上是不一樣的,白天吸收二氧化碳、吐出氧,晚上吸收氧、吐出二氧化碳。
這兩個迷思概念常被做成選擇題的選項來考,如:以下關於植物的代謝作用何者正確? A 葉片只能進行光合作用,不會進行呼吸作用 B 植物在白天只進行光合作用不會進行呼吸作用 C 植物的呼吸作用是:白天吸收二氧化碳、吐出氧,晚上吸收氧、吐出二氧化碳 D葉片在白天時光合作用是出的氣體多於呼吸作用(答案D)。
但評量只能用來診斷學生是否確有這些迷思概念,無法幫助學生澄清既有想法,建構正確概念。這次我嘗試利用情境題目來前測學生的迷思概念,再以教學方法協助學生澄清並建構正確概念。課程設計及教學過程如下: 
一、先以情境題進行前測 
(一)情境題一:如果用兩個透明杯子分別放入葉片,一組放在日光下(A),一組用紙箱或鋁箔紙包住隔絕光線(B)(如下圖)
 
一小時後,將點燃的線香放入杯,則:
1.當線香放入A杯中時,會繼續燃燒或熄滅?為什麼?
2.當線香放入中時,會繼續燃燒或熄滅?為什麼?

(二)、情境題理念說明:
B杯的設計是---白天時,使葉片處於無光(無法進行光合作用)的情形下,若葉片仍有排出氣體,則表示葉片在白天時,有在進行光合作用以外的其他作用──呼吸作用,而其排出的氣體(二氧化碳)即為呼吸作用釋出產生的氣體。用意在幫助學生澄清:「植物白天進行光合作用,但不進行呼吸作用」的錯誤觀念。A、B組同時討論後可幫助學生澄清:「植物的呼吸作用在白天是吸收二氧化碳、吐出氧」的錯誤觀念。

(三)、學生的反應分析:
1、多數組對第一題都能很快答出「繼續燃燒,因為葉片會行光合作用放出氧氣。」,可見得學生對「葉片會行光合作用放出氧氣」這個概念是很清楚的。但是第二題時就出現一些爭議了,討論情形如下:
(1)部分學生答:「會繼續燃燒,因為葉片會行光合作用…」,不過這個答案很快被其他學生糾正:「沒有光不會光合作用啦….」,表示學生已具有「光合作用需要光這個概念」。
(2)多數學生答:「會熄滅,因為葉片不會行光合作用,所以沒有氧氣…」,此答案仍以光合作用的有無來判斷,為了瞭解學生對植物呼吸作用的既存概念,於是我提出:「原來燒杯中有沒有氧氣呢?」,這時學生想到「燒杯中原來是有氧氣」,於是又修正答案變成「燃燒一下子又熄滅了,因為氧氣被燒完了…」。從這些討論中可看出學生完全沒有「葉片會進行呼吸作用用掉氧氣」的想法;於是我又提出「植物除了光合作用外有沒有其他代謝作用會吸入或釋出氣體?」,學生才想到:「葉片會進行呼吸作用」,但又有學生問:「葉片進行呼吸作用也是吸入氧氣呼出二氧化碳嗎?」,此時可看出學生對植物的呼吸作用概念並不明確,所以我補充說明:「植物的呼吸作用和動物一樣,這點我們以後會用實驗來證明」,於是學生將答案修正成:「黑暗中葉片會進行呼吸作用,用掉氧氣呼出二氧化碳,所以線香會熄滅….」,總算接近原先設定的答案了!
接著我們將此題轉換為情境題二:
(一)、情境題二:如果有和上述相同的兩組裝備,但檢測時間是在晚上,a組以日光燈照射,b組仍以鋁箔紙覆蓋,則:
3.當線香放入a杯中時,會繼續燃燒或熄滅?為什麼?
4.當線香放入b杯中時,會繼續燃燒或熄滅?為什麼?

(二)、情境題理念說明:
情境題二的目的是要澄清學生「植物白天進行光合作用,晚上進行呼吸作用」的迷思概念,希望建構「光合作用決定於有無光線而非日間或夜間」,「在有光時植物釋出的氣體主要來自光合作用的產物,而非呼吸作用」,「植物的呼吸作用在日間和夜間都一樣是吸入氧氣呼出二氧化碳」。

(三)、學生的反應分析:
(1)多數學生答:「熄滅,因為黑暗中葉片會進行呼吸作用釋放出二氧化碳」:經過前面的討論後,第4題的答案較統一無爭議。
   而第3題的答案則較分歧,如:
(2)有學生答:「會熄滅,因為晚上不會進行光合作用…」,這表示學生還是以白天或晚上而非以有光或無光來判斷會不會進行光合作用。
(3)另有學生提出:「熄滅,因為只有日光燈而沒有日光,葉片不會進行光合作用而會進行呼吸作用,釋放出二氧化碳」,這位學生認為「光合作用需要日光….」,但是題目中是「日光燈」影響了他的作答,這是題目資訊較不週全的地方,於是我補充:「日光燈也可以使植物進行光合作用,但是效率較差…」,於是學生獲得「會繼續燃燒,因為夜間照光時,植物也會進行光合作用釋出氧氣」的共識。 

※迷思概念之二---「植物各部位呼氣的比較」

學生具有呼吸相關的直接經驗主要來自自身的「呼吸運動」,學生易認:植物行呼吸作用也和動物一樣,有呼吸器官進行吸氣和吐氣。而由於課本在介紹葉片的構造與功能時,會強調葉片具有氣孔,氣孔是氣體進出的孔道,學生很容易產生「氣體進出植物體要有特殊的孔道──氣孔或氣孔是植物的呼吸器官」的連結,所以會誤認為沒有氣孔即沒有氣體進出,也就是沒有呼吸作用,出現:植物只有葉子(有氣孔)會進行呼吸作用(吸氣、呼氣),其餘部位不會的迷思概念。

(一)、情境題三如果用兩個透明密閉杯子分別裝入紫色野牡丹的葉子(A)和花(B),放在日光下(如下圖),


一小時後用點燃的線香放入杯中,則:
1.當線香放入A杯中時,會繼續燃燒或熄滅?為什麼?
2.當線香放入B杯中時,會繼續燃燒或熄滅?為什麼?

(二)、情境題三理念說明:
此題的目的是要用實例來強化「所有細胞都會進行呼吸作用」這個事實,並檢測學生對植物對各部位進行呼吸作用的既有想法。

(三)學生的反應分析:
(1) 第1題因為和情境題一相同,所以學生的回答都是:「繼續燃燒,因為葉片會行光合作用放出氧氣。」
但的2題就出現較多激蕩澄清的過程,如:
(2)有學生說:「B有光合作用…」,其他學生會糾正說:「應該沒有光合作用,它又沒有葉綠體….」(這裡可看出學生有光合作用需要葉綠體的概念),又有學生說:「它會呼吸作用嗎?」,然後很多學生開始說:「不會吧!又沒有氣孔….」、也有人說:「會啦,它有細胞…」,最後更出現:「會啦,它有粒線體…」,所以經由討論後,學生終於確認最終的答案為:「會熄滅,因為花會呼吸作用用掉氧氣釋出二氧化碳…」。

心得:
採用小組討論發表的方式比選擇題方式更能檢視學生迷思概念所在,而且透過討論,學生能在互有衝突矛盾的意見中澄清既有概念,有助於之後的教學,老師可依據前測中的發現引導、協助學生建構出正確的概念。
但是我還想不出較好的方式能讓學生體會:植物在白天時同時有呼吸作用和光合作用,只是光合作用大於呼吸作用,所以能測到"釋出氧氣"的結果。不知老師們有無較好的建議!

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