“水质对生物的影响”教学案例及反思

一、教学目的

本节课是在数字化实验室条件下探索水质对生物的影响，希望学生在课堂实验中感受生物实验的乐趣，从中学会一些基本的实验技能和设计实验的方法。学会进行知识迁移，用生物方法判断未知水样是否受到污染，会用传感器测定未知水样的指标并作出一定的分析。在实验过程中注重小组分工合作、对实验结果进行交流和讨论，共同分享实验成功的喜悦，培养学生团结合作精神。希望通过这节实验课，学生能够切身体会水质污染对生物产生的影响，从而关注周围的水资源，自觉提高保护水资源的意识。

二、教学设计

教学流程：引入 ---- 课本实验 ---- 未知水样探索 ---- 学生分析实验结果 ---- 教师小结

教学过程

1 、引入：

学生看一则近期的新闻图片

在一星期以前，一场灾难降临在西安市某镇的渔民身上。一天早晨，他发现自己辛辛苦苦养在鱼塘里的鱼全都翻着白肚皮，死了。这到底是什么原因造成的呢？原来鱼塘上游是一家镇集体企业性质的化工厂，该厂购进原料进行调配生产农药。 5 月 9 日，厂里机器发生故障，工人对清洗完机器的污水处理不当，致使污水直接排出，由于污水中含有农药成分，使下游 3 个鱼塘出现死鱼现象。我们知道由于人类的活动造成自然水体水质的改变，可能给水生生物的生存带来影响。今天我们来实验探索水质对生物的影响。

以一则近期的发生的水质污染对生物影响的具体事例作为情景引入，既能使学生从情感上体会到水受到污染后给人带来的直接影响，又能使学生快速的了解本节课的实验内容。

2 、未知水样的探索

每组同学桌上都有一个未知水样，六个小组的未知水样各不相同。这些水样有的受到了污染，有的没有受到污染。你们能够想到什么方法再探索手中得水样是否受到污染呢？

我们给大家提供了两种水生生物 ---- 鱼和水蚤。水蚤是淡水中的浮游生物，又称“鱼虫”或“红虫”，身体半透明，在显微镜下可以看见它的心跳。水蚤对环境的变化比较敏感，在受污染的水中水蚤很难生存，同时水中的某些离子或物质可能改变水蚤的心跳。因此我们可以通过蚤在不同的水样中的成活情况或水蚤心跳的变化推测水样的污染程度。

学生自由发言

结合课本实验讲授实验方法，学生学会方法后进行未知水样的探索。

……

通过实验，你认为手中的水样是否受到了污染？你手中的水样可能是自来水、酸溶液、碱溶液、酒精溶液、废电池浸出液、酒精溶液、烟丝浸出液中的一种，你能否通过它们对生物的影响来推测出是哪一种溶液？如果不能得话，你们可以借助 pH 传感器和导电率传感器来测定一下，然后进行推测。

学生用传感器对水样进行测定，并根据测定的结果进一步推测。

由于自然界中得水样就是个未知水样，因此这里设计了六种未知水样让学生探索它们是否受到污染以及受到怎样的污染，激发学生强烈的探索兴趣。但若要让学生完全自主探究是很困难的，因此在学生有了一定想法的基础上，借助课本实验传授实验方法，接着学生学以致用，进行知识迁移，对未知水样进行探索。通过水样对生物的影响学生可以初步判断水样是否受到污染，若想要得知具体答案，则要借助传感器的使用。利用传感器测出水样的 pH 值和导电率，根据自来水、酸溶液、碱溶液、酒精溶液、废电池浸出液、酒精溶液、烟丝浸出液在 pH 值和导电率的不同作出较为准确的推测。

3 、实验方法和技能的传授

在合成洗涤剂对生物的影响这一实验中，提出问题： 1 号试管的作用是什么？ ---- 空白对照。为什么 4 个试管都要选取 5 只水蚤，如果水蚤数量不同会对结果造成怎样的影响？希望大家在选取水蚤时 4 个实验组中 5 只水蚤选取的大小尽量相同。你觉得若每组水蚤的大小相差很大，会对结果造成怎样的影响？

学生进行知识迁移，用同样的方法探索未知水样对水蚤存活状况的影响实验

在 KCl 对水蚤心跳的影响这一实验中，操作过程：吸取少量水蚤置于载玻片上，用镊子轻轻盖上盖玻片。低倍镜观察水蚤心跳。记录每分钟心搏数，重复三次，求平均值。用引流法使水蚤浸于 1%( 或 2%)KCl 溶液中，连续观察 5 ～ 6 分钟，看水蚤活动状况和心搏变化。这里提醒学生注意三点：一是水蚤心脏的位置。通过看显微镜下拍的水蚤录像，指导学生找到水蚤心脏位置；二是水蚤心跳的计数。提问：如何能够数清水蚤心跳的次数？学生发言后总结出划线法，即目测每十下划一条线，可以记录十秒钟或十五秒钟；三是如何将水蚤至于 KCl 溶液中 ---- 用引流法，引流操作最好在载物台上进行，确保前后观察同一只水蚤，便于对照。

学生进行知识迁移，用同样的方法探索未知水样对水蚤心跳的影响实验

通过问题和假设的形式让学生实验体会设计的原则 ---- 对照原则和控制变量原则，因为只有对这些原则有了充分的体会，学生才能在实际操作过程中注意细节，减少实验误差。教师借助显微镜下拍摄的录像将原先水蚤心跳不宜观察的难点解决，并且让学生动脑如何进行水蚤心跳的计数。

4 、实验结果交流和讨论

（ 1 ） KCl 溶液对水蚤的心跳产生了怎样的影响？不同浓度的 KCl 溶液对水蚤心跳影响相同吗？

（ 2 ）未知水样对水蚤的心跳产生了怎样的影响？

（ 3 ）普通洗衣粉对水蚤存活情况的影响。若水蚤的活性没有明显变化是否说明低浓度的洗衣粉溶液对它没有毒害作用？

（ 4 ）未知水样对水蚤的存活情况的影响

（ 5 ）未知水样对鱼活性的影响

（ 6 ）同种水样对不同生物的影响是否相同？

实验结果的交流以学生口头表达为主，通过逐个问题的回答让学生看到各小组实验结果的差异，并能够对这些差异进行的一定的分析和说明。在这个过程中培养学生共同交流学习的意识

5 、教师总结

通过实验，我们亲眼目睹了各种水污染对生物的影响，希望大家能够关注周围的水体，保护水环境，保护我们唯一的家园，保护人类自己。

三、教学反思

本节课除了课本实验外，设计了一个悬念 ---- 未知水样，希望学生在掌握了一定实验方法的基础上自行设计实验对未知水样进行探索。探索过程分为两部分：一是通过未知水样对生物的影响判断水样是否受到了污染；二是利用 pH 传感器和导电率传感器对未知水样进行检测，从而准确判断出水样受到了怎样的污染。通过整个实验过程希望学生进一步体会到水质污染对生物生存的影响，从而能自觉提高保护水资源的意识。正确的实验设计和方法是实验成功的基础，因此在教学过程中我注意对学生实验方法和技能的培养，如在讲不同浓度的洗衣粉溶液对水蚤活性的影响实验时，我将课本上的实验过程简化成几行文字：并提问： 1 号试管的作用是什么？若每组水蚤的大小相差很大，会对结果造成怎样的影响？在讲 KCl 对水蚤心跳的影响实验时，提醒学生在载物台上进行引流操作，以保证前后观察同一只水蚤，进行前后对照。提醒学生注意了这些实验设计原则后，学生就会在实验的过程中体会和运用了这些原则，培养了学生缜密的科学思维。

本节课是以学生的兴趣为根本出发点，想通过大量的实验使学生获得直接感受，因此每组学生的实验都在三个以上，包括未知水样对鱼生存的影响、未知水样和不同浓度的洗衣粉溶液对水蚤活性的影响、未知水样和 KCl 对水蚤心跳的影响。因此这就成为这节课难以克服的缺点，即实验多，交流少。一节课时间有限，在这么短的时间里要求学生完成这么多实验，学生一直在忙着操作实验观察记录现象，但没有闲暇对自己所做的实验进行充分的讨论、交流和分析。再加上我对一些实验操作的讲解过于详细，最后学生的实验结果只能通过口述完成，没有时间进行进一步的讨论。学生没有了思考感悟的空间，所做的各种实验和应用的各种手段都有些形同虚设、无的放矢的感觉。学生也难以自发地从受污染水样对生物的影响这一现象出发上升到对人类和自身行为的反思上面。由于设计上的缺陷，我没能够利用实验课这一契机对学生及时进行情感教育，或者说没有给学生提供交流讨论达到自我认识提高的平台，可说是这节课的遗憾。因此我认为这节课在设计上还是有很大的改进余地的，比如通过减少实验的数量，更加合理的分配时间，最后多留给学生一些思考讨论交流的时间，这样实验做的有的放矢，效果会更好。

本节课在综合理科数字实验室进行，相较于传统实验室我觉得数字实验室的优点是显而易见的。首先，数字实验室为每个学生提供了观察和体验的机会，大大提高了学生的学习兴趣和学习效率。在“水质对生物影响”这节课中，要求学生在显微镜下找到水蚤的心脏并对水蚤的心跳计数，然后观察滴加 KCl 后水蚤心跳的变化。传统的实验室里学生只能通过轮流观察的方式来看到显微镜下的世界，由于一节课时间有限，很可能每组只由一名学生对水蚤进行观察和计数，其他人便无法体会到 KCl 等物质对水蚤心跳的影响。而在数字实验室中，每个学生都能在电脑上看到水蚤心跳的状况，大家可以一起对水蚤的心跳进行计数，学生的兴趣非常浓厚。原先课本上是对水蚤的心跳计数三次然后取平均值，既然学生都可以观察到水蚤，那么这里对水蚤心跳的计数也可以稍作改进，改为三个人同时对水蚤心跳进行计数，然后取平均值，这样节省了时间提高了课堂效率。此外，学生还可以对自己的实验进行拍照和录像，以便进行实验结果的记录和图像的分析。在学生实验的同时，我可以接收到 12 台电脑上的图像，能够及时发现学生实验中出现的问题，如学生是否找到水蚤心脏的位置，然后进行指导和点评。如果发现某个小组的实验作的特别清晰，我就将其放大给全班同学看，起到以点带面的效果。数字实验室条件下教师能够对学生实验进行实时监控，便于学生进行小组共同探究，克服了传统生物实验室最大的不足，大大提高了课堂效率；第二，数字实验室体现了学科间的渗透和融合，对提高学生综合素质大有帮助。随着生物学的发展，与其他学科间的渗透越来越多，生物学的发展是建立在物理、化学的发展基础之上的。运用数字化实验室能够更好的进行学科整合，使学生体会到各种学科之间的密切关系，从而自觉提高自己的综合实验技能。如本节课中我设计了六个未知水样：酸溶液、碱溶液、废电池浸出液、烟丝浸出液、酒精溶液和自来水。让学生推测这些水样是否受到污染以及受到了怎样的污染。开始学生通过水样对生物影响的实验只能定性的说明这种水样是否受到了污染，没有办法做出具体的推断。借助 pH 传感器和导电率传感器学生就能快速得测出未知水样的一些理化指标，那么这些理化指标说明了什么问题？这几种未知水样的导电率和 pH 值应该呈现怎样的不同？这就需要学生对化学知识有一定的了解，然后才能用测得的数据对水样进行准确的推断。传统实验课由于采集数据的不便多为定性实验，很少有定量实验，而现在借助传感器能够获得准确的数据，提高了实验的科学性、可靠性和说明性，同时也对学生分析数据的能力提出了更高的要求。由于数据采集的便捷，节省了学生对数据采集和处理的时间，增加了学生进行实验探索、讨论分析的时间，从而更有效的利用了课堂时间。

现代化数字实验室为学生主动地探索和教师有效地指导提供了条件，丰富了教学手段，使教学内容更加精彩。但毕竟数字实验室仅仅是在起步阶段，与该设备相配套的综合性实验内容相对较少，因此它对教师的课堂设计提出了更高的要求。教师不仅仅是知识的传授者，更是知识传授的创造者。如何利用先进的数字化实验条件增加课堂容量、进一步培养学生自主探究能力，这是需要我们不断实践与探索的。