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视频标签：全国初中生物,实验教学微课

所属栏目：模拟课、微型课及试讲

视频课题：第五届全国初中生物实验教学微课《模拟探究水污染对生物的影响以及生物的净化作用》福建

教学设计、课堂实录及教案：第五届全国初中生物实验教学微课《模拟探究水污染对生物的影响以及生物的净化作用》福建省厦门第一中学初中生物

模拟探究
《水污染对生物的影响以及生物的净化作用》实验说课稿
福建省厦门第一中学  黄春晓
一、使用教材
    本实验是人教版七年级《生物学》下册第四单元第七章第二节“探究环境污染对生物的影响”关于水污染的拓展创新实验。
二、实验器材
    水蚤、水蕴草、硝化细菌制剂、洗衣粉、洗洁精、洗手液、蒸馏水、250mL烧杯、10mL量筒、玻璃棒、胶头滴管、棉絮、载玻片、电子称、药勺、镊子、数码显微镜、计数器。
三、实验创新要求/改进要点
    教材第七章第二节“探究环境污染对生物的影响”前半部分内容围绕大气污染安排模拟探究活动“酸雨对生物的影响”，后半部分则介绍了我国的水污染情况及水污染防治措施。
受“酸雨对生物的影响”探究实验的影响和启发，不少学生要求再试一试水污染对生物的影响。为了满足学生的探究热情，教师组织学生小组合作设计并实施实验“探究水污染对生物的影响”。有一组学生在实验方案中提出“水草能不能净化污水？”的问题，受到该组学生的启发，教师将实验拓展到“生物对污染水质的净化作用”，这有利于帮助学生深刻理解生物与环境的关系。本实验充分体现了学习中教学相长的乐趣。
    由于这个实验是学生自己“要来的”实验，学生自主性强，参与度高，积极参与共创最优实验方案。从发现问题、选取实验材料，设计实验思路，再到数据统计和作图分析等，在科学探究过程中运用理性思维，实现了在教材基础上的深度学习。
四、实验原理/实验设计思路
（一）实验一：探究水污染对生物的影响
家庭洗涤类污水是学生最常见的污水，本实验在学生讨论的基础上，选取洗涤剂溶液（洗衣粉、洗手液、洗洁精）模拟洗涤污水。选取水蚤作为水污染指示生物，水蚤身体透明，对污染物敏感，在短时间内就能表现出变化，是污染生态学领域的模式生物。选取水蚤，受到人教版八年级下册“探究酒精对水蚤心率的影响”的启发，也为该实验积累经验。
（二）实验二：探究生物对污染水质的净化作用
结合家庭养鱼的经验，选取沉水植物、硝化细菌制剂对模拟污水进行净化，观察水蚤的心率变化。
（三）小组合作设计并实施实验
学生小组根据兴趣选择模拟洗涤污水的种类及净化生物（见表1），体现了实验的开放性，极大地调动了学生积极思维、主动参与学习的积极性；选取同种模拟洗涤污水的小组之间可共享实验数据，不仅节省了重复实验的时间，还可进行生物净化效果的横向对比。
表1  学生分组实验

	硝化细菌净化	沉水植物净化	细菌+植物净化
洗衣粉	第3小组	第2小组	第4小组
洗手液	第7小组	第1小组	第5小组
洗洁精	第6小组	第9小组	第8小组

（四）收集和分析数据
在数码互动实验室组织实验观察，收集水蚤在培养液、模拟污水及净化水中的心率变化，进一步在Excel中完成作图分析，有效提高课堂效率。有三个亮点：一是运用数码显微镜的实时拍摄技术，突破水蚤心率计数难点；二是有助于教师实时反馈各小组的实验进度，及时给予指导和帮助；三是有利于学生之间的共享和交流。
五、实验教学目标
   （一）设计并实施模拟探究活动，分析水污染对生物的影响，以及生物对污染水质的净化作用。
   （二）在探究活动中与同伴合作解决问题，进一步理解科学探究，提升科学探究能力。
   （三）关注生活中的污染问题，从爱护生物圈的角度，提升改进生活习惯，减少生活排污的自觉性。
教学重难点：小组合作设计并完成探究活动。
六、实验教学内容
（一）配置模拟污水梯度溶液
选取一种生活洗涤用品（见图1），根据预实验（以出现水蚤致死效应为界）确定污水浓度梯度，如洗衣粉选取四个浓度：0.25%、0.5%、1%、2%。

 
 
 
 
 
图1  配置模拟污水梯度溶液
（二）第一次水蚤心率计数
观察水蚤在对照组（培养液）和实验组（模拟污水）中的心率变化，具体操作如下：用胶头滴管吸取培养液中的水蚤置于载玻片中央，撕取少量棉絮置于液滴中，静置1分钟后置于数码显微镜下观察，用计数器辅助记录水蚤心率；吸干载玻片上的培养液，迅速向水蚤滴加污水，静置1分钟后置于数码显微镜下观察，记录水蚤心率（见图2）。



图2  水蚤心率计数
 
（三）生物净化处理
选取沉水植物（水蕴草）或硝化细菌制剂或两者混合进行污水净化，分别向200mL污水中加入20g水蕴草或2mL硝化细菌制剂，静置24小时（见图3）

3  生物净化
（四）第二次水蚤心率计数
方法同步骤二。
（五）数据处理与绘图
将水蚤在培养液、模拟污水、净化水中的心率记录整理在Excel实验报告里，绘制折线图（见图4）。

图4  用Excel绘制水蚤心率变化图
（六）分析数据
对比分析水蚤在三种溶液中的心率变化，以下以水蕴草净化洗衣粉溶液为例（见图5）。


图5  水蚤心率变化图
    其他模拟洗涤污水（洗洁精、洗手液）对水蚤心率的影响与洗衣粉溶液相似，生物净化效果也相似。实验结果显示，生活洗涤类污水（洗衣粉、洗洁精、洗手液等）对水蚤心率有明显的抑制作用，经生物净化后的污水对水蚤心率的抑制作用减弱。
 
七、实验教学过程

教学环节	教师活动	学生活动	教学意图
第一课时
导入	针对课前学生提出的问题，汇总各组讨论结果，一起探索实验材料：                  1.从哪里收集被污染的水用于实验？                                                     2.选取何种生物作为水污染的指示生物？	全班讨论，达成共识：                                     1.选取家庭洗涤类污水，以洗涤剂溶液模拟洗涤污水。 2. 分析不选绿豆种子、金鱼的原因，最终确定对污染物敏感、在短时间内就能表现出变化的水蚤作为水污染指示生物。	拓展思路  激发兴趣  深度学习
探究1：水污染对生物的影响	实验方案讨论—— 1.只选用一种模拟污水浓度可行吗？ 2.是否需要设计对照实验？如何设计？ 3.如何保证在对水蚤心率进行计数时污水不被培养液稀释？   4.只选取一只水蚤记录心率，结果准确吗？ 5.为方便记录心率，如何限制水蚤的运动？ 6.只做一组模拟污水实验，结果可靠吗？    指导学生分组实验	思考讨论，全班达成共识：        1.参考酸雨实验，设置模拟污水浓度梯度。 2.将培养液作为对照组，模拟污水作为实验组。 3.先将载玻片上的培养液吸干，再迅速向水蚤滴加污水。 4.每组至少选取三只水蚤计数，取平均值。 5.撕取少量棉絮平铺在液滴中。                    6.需做重复实验，小组之间可形成重复组。   分组操作，运用数码显微镜的实时拍摄技术，观察记录水蚤在培养液和模拟污水中的心率变化	引发学生思维碰撞         全员参与共创最优实验方案           小组成员分工合作
探究2：生物对污染水质的净化作用	针对学生小组提出的问题：水草能否净化被污染的水？启发全班进一步探究生物对污染水质的净化作用，引发学生思考选取何种生物用于污水的净化？ 指导学生分组实验	小组讨论：结合家庭养鱼的经验，确定选取沉水植物和硝化细菌制剂进行污水净化   分组操作，完成生物的净化	联系生活   创新设计
第二课时
探究2：生物对污染水质的净化作用	指导学生分组实验       通过数码互动实验室系统发放实验报告给各小组                                       引导全班共同讨论实验结果，得出结论	分组操作，运用数码显微镜的实时拍摄技术，观察记录水蚤在净化水中的心率变化 汇总实验数据，在Excel中绘制水蚤心率变化图，完成并提交实验报告              分析讨论，表达交流，得出结论：洗涤污水对水蚤心率有明显的抑制作用，经生物净化后的污水对水蚤心率的抑制作用减弱	组内分工     组间合作              理性思维
情感升华	引发学生根据实验结果谈谈如何保护环境 展望未来，介绍新兴科技：无需洗涤剂的新型环保洗衣机，如离子洗衣机、超声波洗衣机、新概念超能洗衣机等。	确立保护生物圈的意识：  1.生活中应减少洗涤剂用量                   2.衣物尽量做到少次多量清洗	感悟生命   社会责任

教学流程：
实验回顾，导入新课
 
发现问题，引发探究欲望
 
联系生活，师生共创最优方案
 
小组合作，探究水污染对生物的影响
 
小组合作，探究生物对污染水质的净化作用
 
汇总全班数据，得出结论
 
情感升华，保护生物圈
 
八、实验效果评价
学生受“酸雨对生物的影响”探究实验的影响和启发，提出“探究水污染对生物的影响”的探究设想，在教师的指导下，合作设计解决方法，进而利用科学、技术、数学等知识解决问题，并运用理性方法验证解决效果。从实验设计到实施，班级成员汇聚集体的理解、努力和分工来寻求问题的解决。总的来说，本实验的创新价值主要表现在以下四个方面：
（一）源于生活
关于人类活动对环境造成的影响，相对于大气污染而言，家庭洗涤类污水更贴近学生的生活。本实验选取洗涤剂溶液作为模拟生活污水，模拟探究水污染对生物产生的影响，同时调动学生家庭养鱼经验提出污水净化方法，有效激发了学生的探索欲望。
（二）创新思路
在教师的指导下，学生从生活中的真问题出发，改进已有研究方法用于解决新问题，组内分工、组间分享，从模仿“探究酸雨对生物的影响”所做的“探究水污染对生物的影响”，到进一步“探究生物对污染水质的净化作用”，拓展出全新的实验。同时，借助数码互动实验室大大提高了实验教学的效率，体现出技术创新对教学的促进作用。
（三）深度学习
生活中的问题往往是复杂的问题，本实验立足于培养学生在真实情境下通过合作解决现实问题的能力，在实验过程中，学生小组合作、充分运用理性思维共同完成实验的设计、实施、分析和交流，并进一步深刻理解生物与环境的关系，这种深度学习正是学生成长所需要的。
（四）感悟责任
通过对本实验的探究过程，学生直接观察到生物与环境相互影响的现象，感悟到生活中习以为常的习惯也有可能对环境造成不良影响，需要做一些改进。从小处说，这是个人习惯的小改变，从大处看，如果人人都自觉践行环保生活，那么人类对生物圈产生的负面影响一定会大大降低，由此增进学生的社会责任。

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