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《水污染對生物的影響以及生物的凈化作用》實驗說課稿 一、使用教材 本實驗是人教版七年級《生物學(xué)》下冊第四單元第七章第二節(jié)“探究環(huán)境污染對生物的影響”關(guān)于水污染的拓展創(chuàng)新實驗。 二、實驗器材 水蚤、水蘊(yùn)草、硝化細(xì)菌制劑、洗衣粉、洗潔精、洗手液、蒸餾水、250mL燒杯、10mL量筒、玻璃棒、膠頭滴管、棉絮、載玻片、電子稱、藥勺、鑷子、數(shù)碼顯微鏡、計數(shù)器。 三、實驗創(chuàng)新要求/改進(jìn)要點 教材第七章第二節(jié)“探究環(huán)境污染對生物的影響”前半部分內(nèi)容圍繞大氣污染安排模擬探究活動“酸雨對生物的影響”，后半部分則介紹了我國的水污染情況及水污染防治措施。 受“酸雨對生物的影響”探究實驗的影響和啟發(fā)，不少學(xué)生要求再試一試水污染對生物的影響。為了滿足學(xué)生的探究熱情，教師組織學(xué)生小組合作設(shè)計并實施實驗“探究水污染對生物的影響”。有一組學(xué)生在實驗方案中提出“水草能不能凈化污水？”的問題，受到該組學(xué)生的啟發(fā)，教師將實驗拓展到“生物對污染水質(zhì)的凈化作用”，這有利于幫助學(xué)生深刻理解生物與環(huán)境的關(guān)系。本實驗充分體現(xiàn)了學(xué)習(xí)中教學(xué)相長的樂趣。 由于這個實驗是學(xué)生自己“要來的”實驗，學(xué)生自主性強(qiáng)，參與度高，積極參與共創(chuàng)最優(yōu)實驗方案。從發(fā)現(xiàn)問題、選取實驗材料，設(shè)計實驗思路，再到數(shù)據(jù)統(tǒng)計和作圖分析等，在科學(xué)探究過程中運用理性思維，實現(xiàn)了在教材基礎(chǔ)上的深度學(xué)習(xí)。 四、實驗原理/實驗設(shè)計思路 （一）實驗一：探究水污染對生物的影響 家庭洗滌類污水是學(xué)生最常見的污水，本實驗在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上，選取洗滌劑溶液（洗衣粉、洗手液、洗潔精）模擬洗滌污水。選取水蚤作為水污染指示生物，水蚤身體透明，對污染物敏感，在短時間內(nèi)就能表現(xiàn)出變化，是污染生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的模式生物。選取水蚤，受到人教版八年級下冊“探究酒精對水蚤心率的影響”的啟發(fā)，也為該實驗積累經(jīng)驗。 （二）實驗二：探究生物對污染水質(zhì)的凈化作用 結(jié)合家庭養(yǎng)魚的經(jīng)驗，選取沉水植物、硝化細(xì)菌制劑對模擬污水進(jìn)行凈化，觀察水蚤的心率變化。 （三）小組合作設(shè)計并實施實驗 學(xué)生小組根據(jù)興趣選擇模擬洗滌污水的種類及凈化生物（見表1），體現(xiàn)了實驗的開放性，極大地調(diào)動了學(xué)生積極思維、主動參與學(xué)習(xí)的積極性；選取同種模擬洗滌污水的小組之間可共享實驗數(shù)據(jù)，不僅節(jié)省了重復(fù)實驗的時間，還可進(jìn)行生物凈化效果的橫向?qū)Ρ取? 表1 學(xué)生分組實驗 硝化細(xì)菌凈化 沉水植物凈化 細(xì)菌+植物凈化 洗衣粉 第3小組 第2小組 第4小組 洗手液 第7小組 第1小組 第5小組 洗潔精 第6小組 第9小組 第8小組 （四）收集和分析數(shù)據(jù) 在數(shù)碼互動實驗室組織實驗觀察，收集水蚤在培養(yǎng)液、模擬污水及凈化水中的心率變化，進(jìn)一步在Excel中完成作圖分析，有效提高課堂效率。有三個亮點：一是運用數(shù)碼顯微鏡的實時拍攝技術(shù)，突破水蚤心率計數(shù)難點；二是有助于教師實時反饋各小組的實驗進(jìn)度，及時給予指導(dǎo)和幫助；三是有利于學(xué)生之間的共享和交流。 五、實驗教學(xué)目標(biāo) （一）設(shè)計并實施模擬探究活動，分析水污染對生物的影響，以及生物對污染水質(zhì)的凈化作用。 （二）在探究活動中與同伴合作解決問題，進(jìn)一步理解科學(xué)探究，提升科學(xué)探究能力。 （三）關(guān)注生活中的污染問題，從愛護(hù)生物圈的角度，提升改進(jìn)生活習(xí)慣，減少生活排污的自覺性。 教學(xué)重難點：小組合作設(shè)計并完成探究活動。 六、實驗教學(xué)內(nèi)容 （一）配置模擬污水梯度溶液 選取一種生活洗滌用品（見圖1），根據(jù)預(yù)實驗（以出現(xiàn)水蚤致死效應(yīng)為界）確定污水濃度梯度，如洗衣粉選取四個濃度：0.25%、0.5%、1%、2%。 圖1 配置模擬污水梯度溶液 （二）第一次水蚤心率計數(shù) 觀察水蚤在對照組（培養(yǎng)液）和實驗組（模擬污水）中的心率變化，具體操作如下：用膠頭滴管吸取培養(yǎng)液中的水蚤置于載玻片中央，撕取少量棉絮置于液滴中，靜置1分鐘后置于數(shù)碼顯微鏡下觀察，用計數(shù)器輔助記錄水蚤心率；吸干載玻片上的培養(yǎng)液，迅速向水蚤滴加污水，靜置1分鐘后置于數(shù)碼顯微鏡下觀察，記錄水蚤心率（見圖2）。 圖2 水蚤心率計數(shù) （三）生物凈化處理 選取沉水植物（水蘊(yùn)草）或硝化細(xì)菌制劑或兩者混合進(jìn)行污水凈化，分別向200mL污水中加入20g水蘊(yùn)草或2mL硝化細(xì)菌制劑，靜置24小時（見圖3） 圖3 生物凈化 （四）第二次水蚤心率計數(shù) 方法同步驟二。 （五）數(shù)據(jù)處理與繪圖 將水蚤在培養(yǎng)液、模擬污水、凈化水中的心率記錄整理在Excel實驗報告里，繪制折線圖（見圖4）。 圖4 用Excel繪制水蚤心率變化圖 （六）分析數(shù)據(jù) 對比分析水蚤在三種溶液中的心率變化，以下以水蘊(yùn)草凈化洗衣粉溶液為例（見圖5）。 圖5 水蚤心率變化圖 其他模擬洗滌污水（洗潔精、洗手液）對水蚤心率的影響與洗衣粉溶液相似，生物凈化效果也相似。實驗結(jié)果顯示，生活洗滌類污水（洗衣粉、洗潔精、洗手液等）對水蚤心率有明顯的抑制作用，經(jīng)生物凈化后的污水對水蚤心率的抑制作用減弱。 七、實驗教學(xué)過程 教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動 學(xué)生活動 教學(xué)意圖 第一課時 導(dǎo)入 針對課前學(xué)生提出的問題，匯總各組討論結(jié)果，一起探索實驗材料： 1.從哪里收集被污染的水用于實驗？ 2.選取何種生物作為水污染的指示生物？ 全班討論，達(dá)成共識： 1.選取家庭洗滌類污水，以洗滌劑溶液模擬洗滌污水。 2. 分析不選綠豆種子、金魚的原因，最終確定對污染物敏感、在短時間內(nèi)就能表現(xiàn)出變化的水蚤作為水污染指示生物。 拓展思路 激發(fā)興趣 深度學(xué)習(xí) 探究1：水污染對生物的影響 實驗方案討論—— 1.只選用一種模擬污水濃度可行嗎？ 2.是否需要設(shè)計對照實驗？如何設(shè)計？ 3.如何保證在對水蚤心率進(jìn)行計數(shù)時污水不被培養(yǎng)液稀釋？ 4.只選取一只水蚤記錄心率，結(jié)果準(zhǔn)確嗎？ 5.為方便記錄心率，如何限制水蚤的運動？ 6.只做一組模擬污水實驗，結(jié)果可靠嗎？ 指導(dǎo)學(xué)生分組實驗 思考討論，全班達(dá)成共識： 1.參考酸雨實驗，設(shè)置模擬污水濃度梯度。 2.將培養(yǎng)液作為對照組，模擬污水作為實驗組。 3.先將載玻片上的培養(yǎng)液吸干，再迅速向水蚤滴加污水。 4.每組至少選取三只水蚤計數(shù)，取平均值。 5.撕取少量棉絮平鋪在液滴中。 6.需做重復(fù)實驗，小組之間可形成重復(fù)組。 分組操作，運用數(shù)碼顯微鏡的實時拍攝技術(shù)，觀察記錄水蚤在培養(yǎng)液和模擬污水中的心率變化 引發(fā)學(xué)生思維碰撞 全員參與共創(chuàng)最優(yōu)實驗方案 小組成員分工合作 探究2：生物對污染水質(zhì)的凈化作用 針對學(xué)生小組提出的問題：水草能否凈化被污染的水？啟發(fā)全班進(jìn)一步探究生物對污染水質(zhì)的凈化作用，引發(fā)學(xué)生思考選取何種生物用于污水的凈化？ 指導(dǎo)學(xué)生分組實驗 小組討論：結(jié)合家庭養(yǎng)魚的經(jīng)驗，確定選取沉水植物和硝化細(xì)菌制劑進(jìn)行污水凈化 分組操作，完成生物的凈化 聯(lián)系生活 創(chuàng)新設(shè)計 第二課時 探究2：生物對污染水質(zhì)的凈化作用 指導(dǎo)學(xué)生分組實驗 通過數(shù)碼互動實驗室系統(tǒng)發(fā)放實驗報告給各小組 引導(dǎo)全班共同討論實驗結(jié)果，得出結(jié)論 分組操作，運用數(shù)碼顯微鏡的實時拍攝技術(shù)，觀察記錄水蚤在凈化水中的心率變化 匯總實驗數(shù)據(jù)，在Excel中繪制水蚤心率變化圖，完成并提交實驗報告 分析討論，表達(dá)交流，得出結(jié)論：洗滌污水對水蚤心率有明顯的抑制作用，經(jīng)生物凈化后的污水對水蚤心率的抑制作用減弱 組內(nèi)分工 組間合作 理性思維 情感升華 引發(fā)學(xué)生根據(jù)實驗結(jié)果談?wù)勅绾伪Ｗo(hù)環(huán)境 展望未來，介紹新興科技：無需洗滌劑的新型環(huán)保洗衣機(jī)，如離子洗衣機(jī)、超聲波洗衣機(jī)、新概念超能洗衣機(jī)等。 確立保護(hù)生物圈的意識： 1.生活中應(yīng)減少洗滌劑用量 2.衣物盡量做到少次多量清洗 感悟生命 社會責(zé)任 教學(xué)流程： 實驗回顧，導(dǎo)入新課 發(fā)現(xiàn)問題，引發(fā)探究欲望 聯(lián)系生活，師生共創(chuàng)最優(yōu)方案 小組合作，探究水污染對生物的影響 小組合作，探究生物對污染水質(zhì)的凈化作用 匯總?cè)鄶?shù)據(jù)，得出結(jié)論 情感升華，保護(hù)生物圈 八、實驗效果評價 學(xué)生受“酸雨對生物的影響”探究實驗的影響和啟發(fā)，提出“探究水污染對生物的影響”的探究設(shè)想，在教師的指導(dǎo)下，合作設(shè)計解決方法，進(jìn)而利用科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)等知識解決問題，并運用理性方法驗證解決效果。從實驗設(shè)計到實施，班級成員匯聚集體的理解、努力和分工來尋求問題的解決?？偟膩碚f，本實驗的創(chuàng)新價值主要表現(xiàn)在以下四個方面： （一）源于生活 關(guān)于人類活動對環(huán)境造成的影響，相對于大氣污染而言，家庭洗滌類污水更貼近學(xué)生的生活。本實驗選取洗滌劑溶液作為模擬生活污水，模擬探究水污染對生物產(chǎn)生的影響，同時調(diào)動學(xué)生家庭養(yǎng)魚經(jīng)驗提出污水凈化方法，有效激發(fā)了學(xué)生的探索欲望。 （二）創(chuàng)新思路 在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生從生活中的真問題出發(fā)，改進(jìn)已有研究方法用于解決新問題，組內(nèi)分工、組間分享，從模仿“探究酸雨對生物的影響”所做的“探究水污染對生物的影響”，到進(jìn)一步“探究生物對污染水質(zhì)的凈化作用”，拓展出全新的實驗。同時，借助數(shù)碼互動實驗室大大提高了實驗教學(xué)的效率，體現(xiàn)出技術(shù)創(chuàng)新對教學(xué)的促進(jìn)作用。 （三）深度學(xué)習(xí) 生活中的問題往往是復(fù)雜的問題，本實驗立足于培養(yǎng)學(xué)生在真實情境下通過合作解決現(xiàn)實問題的能力，在實驗過程中，學(xué)生小組合作、充分運用理性思維共同完成實驗的設(shè)計、實施、分析和交流，并進(jìn)一步深刻理解生物與環(huán)境的關(guān)系，這種深度學(xué)習(xí)正是學(xué)生成長所需要的。 （四）感悟責(zé)任 通過對本實驗的探究過程，學(xué)生直接觀察到生物與環(huán)境相互影響的現(xiàn)象，感悟到生活中習(xí)以為常的習(xí)慣也有可能對環(huán)境造成不良影響，需要做一些改進(jìn)。從小處說，這是個人習(xí)慣的小改變，從大處看，如果人人都自覺踐行環(huán)保生活，那么人類對生物圈產(chǎn)生的負(fù)面影響一定會大大降低，由此增進(jìn)學(xué)生的社會責(zé)任。