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香烟烟雾对草履虫纤毛摆动的影响实验教学设计
一、使用教材
本实验由人教版义务教育教科书八年级生物学下册第八单元第三章第二节选择健康的生活方式中的“探究烟草浸出液对水蚤心率的影响”改编而来。鉴于当前初中生具有以下心理：追求派头和成人感、怀疑科学宣传吸烟的危害、从众、消遣、消愁、源于青春期的模仿、寻求寄托等，造成很多学生具有吸烟现象，而对于吸烟的危害，学生却知道的很少。
二、实验器材
自制仪器：烟雾收集器、空气泵
专用仪器：数码显微镜、载玻片、盖玻片、滴管、秒表、锥形瓶（250ml）、量筒（500ml）
药品：蒸馏水、红河99牌香烟、棉签
其他：
三、实验创新要点／改进要点
1、直观性强：使用吸烟模拟装置替代烟草浸出液能更直观地说明吸烟对生物体的危害，因为吸烟者吸进肺里的是烟雾中的某些物质，而不是烟草浸出液，能直观向学生展示吸烟的危害，这样对引导学生理解吸烟的危害更具说服力；
2、材料易得：用草履虫替代水蚤进行实验，有利于观察，且不用计数；避免学生实验过程中因难以发现水蚤心脏位置、计数失误等问题；
3、运用了物理、化学等学科知识和方法，自制实验装置，发展了学生的核心素养；
4、本实验仅用一个空气泵，是为控制单一变量，避免使用多台空气泵（自制装置材料规格不一致）造成排水管出水速度不一致，进而影响实验结果；
5、采用一个空气泵串四个吸烟模拟装置的办法，避免了重复检查气密性及利用洗耳球吸气，节省了一部分时间。
四、实验原理、实验设计思路
如图1（后一页）所示，将装置连接好，打开止水夹，向排水管里吹气，若a和b管内的液面随吹气有波动，则气密性好，否则重新连接装置至不漏气；接下来在香烟放置处插入一支点燃的香烟，打开空气泵止水夹，用洗耳球将排水管中的空气吸出，直至塑料桶中的清水沿着排水管流入小水槽（虹吸原理）时止，造成塑料桶内形成负压带动吸烟模拟装置将香烟烟雾持续进入吸烟及烟雾收集装置口，观察收集器中的乳胶管上有微气泡（烟雾）
产生。待香烟燃尽后5分钟，取出草履虫培养液在显微镜下观察草履虫的运动（纤毛），并与空白组进行比较。
五、实验教学目标：
1．尝试自制实验装置，模拟人体吸入烟雾对呼吸道黏膜的危害
2．形成吸烟有害健康的观念，自觉拒绝吸烟
3．学会用科学的证据向公众宣讲吸烟有害健康
六、实验教学内容：
（一）重难点
1、重点
（1）形成吸烟有害健康的观念，自觉拒绝吸烟；
（2）用科学的证据向公众宣讲吸烟有害健康。
2、难点
自制实验装置，模拟人体吸入烟雾对呼吸道黏膜的危害。
（二）探究过程
1、提出问题：
1）香烟烟雾对草履虫的纤毛运动活性有影响吗？
2）不同数量的香烟烟雾对草履虫的纤毛摆动影响一致吗？
2、作出假设：
1）香烟烟雾对草履虫的纤毛运动活性有影响吗？
2）不同数量的香烟烟雾对草履虫的纤毛摆动影响一致吗？
3、制定计划：①准备实验所需物品，②自制实验装置并检验装置的可操作性
（三）实施计划
1、利用5L废弃食用油塑料桶及玻璃导管等器材组装成一套空气泵；另用锥形瓶、玻璃导管等组装四套吸烟（烟雾收集）装置，分别标记1、2、3、4号（组），具体见第三页图2。2
2、将空气泵与4组吸烟（烟雾收集）装置用塑料导气管和Y型导管连接起来，并检查装置的气密性（关闭止水夹5，打开止水夹1，挤轻轻挤压空气泵，若1号装置连接乳胶管的玻璃导管液面上升，则气密性好，接着关闭止水夹1；按此方法以此检查2、3、4装置气密性）
3、实验步骤：
（1）在1、2、3、4组吸烟（烟雾收集）装置分别加入200ml草履虫培养液，把管口用橡皮塞塞紧，并关闭止水夹1、2、3、4；
（2）用量筒量取5000ml自来水注入空气泵置中，管口用橡皮塞塞紧，关闭所有止水夹；3
（3）打开止水夹5和2，用洗耳球将排水管中的空气吸出，直至塑料桶中的清水沿着排水管流入小水槽（虹吸原理）时止，此时造成塑料桶内形成负压，并关闭止水夹5和2；
（4）点燃一支香烟放在图2中的2号装置香烟放置处，并打开止水夹2；利用塑料桶内形成负压带动吸烟模拟装置将香烟烟雾将持续吸入收集器，待香烟燃尽时关闭止水夹2,5分钟后取下2号装置橡胶塞，用滴管吸取少量草履虫2号培养液放在数码显微镜下观察，记录实验现象；
（5）点燃一支香烟放在图2中的3号装置香烟放置处，并打开止水夹3，利用塑料桶内形成的负压带动吸烟模拟装置将香烟烟雾持续吸入收集器，待香烟燃尽时关闭止水夹，5分钟后重复一次此步骤；等第二支烟熄灭后5分钟，用滴管吸取少量草履虫3号培养液放在数码显微镜下观察，记录实验现象；
（6）点燃一支香烟放在图2中的4号装置香烟放置处，并打开止水夹4，利用塑料桶内形成负的压带动吸烟模拟装置将香烟烟雾将持续吸入收集器，待香烟燃尽时关闭止水夹，每间隔5分钟后重复一次此步骤，累计重复3次，等第三支烟熄灭后5分钟，用滴管吸取少量4号草履虫培养液放在数码显微镜下观察，记录实验现象；
（7）、记录上述经过不同处理之后的草履虫培养液运动状态在下表中：
组别 处理方式 草履虫的运动状态
1 不处理
2 1支香烟
3 2支香烟，间隔5分钟再点一根
4 3支香烟，每间隔5分钟再点一根
······ ·.....
（8）重复实验：鉴于一节实验课的时间不足以完成重复实验，可将重复实验布置成课外探究实验，由学生在家里完成，并统计全班的实验结果，增强学生的科学素养。
（9）结果预测：随烟雾收集量的增加草履虫运动能力逐渐减弱，最后死亡，直观地说明了香烟烟雾的对草履虫有毒害作用［2］，经电镜研究表明原生动物的纤毛与人类呼吸道上皮细胞的纤毛结构上是相似的。纤毛摆动的减弱及停止，可以说明吸烟有害健康［3］。
七、实验教学过程：
（一）教学准备
1、培养一周的草履虫培养液
2、自制实验装置
3、其他器材
（二）指导性谈话
1、实验目的4
（1）尝试设计探究实验
（2）形成吸烟有害健康的观念，选择健康的生活方式
（3）学会用科学的证据向公众宣讲吸烟有害健康
2、实验内容
（1）清点实验用具、材料
（2）合理提出实验的问题及假设
（3）利用显微镜找到经不同数量烟雾处理的草履虫的运动状态，并如实记录
（4）得出准确的实验结论
（5）实验常规：清洗实验用具、复位实验器材
（6）尝试进行本实验的重复性实验
3、实验注意事项
（1）装置连接好后注意检查气密性，防止实验过程中烟雾未被吸入装置；
（2）待香烟燃尽5分钟后，各组取一滴草履虫制作成临时玻片并放在显微镜下观察；
（3）正确使用显微镜；
（4）空气泵（塑料桶）中的水量不足500ml时，关闭所有止水夹，打开空气泵中的橡胶塞沿加水口加入水至5000ml标志线处后塞紧橡胶塞；
（5）实验中不要移动装置，防止漏气，并橡胶管勿折叠；
（6）实验过程中为节省时间，可及时取处理完成的草履虫培养液进行观察，或者拆除以及完成实验的装置。
（三）实验操作
1、在1、2、3、4组吸烟（烟雾收集）装置中分别加入200m1草履虫培养液，管口用橡皮塞塞紧，并关闭止水夹1、2、3、4、5；
2、用量筒量取5000ml自来水注入空气泵置中，管口用橡皮塞塞紧，关闭所有止水夹；
3、将空气泵与4组吸烟（烟雾收集）装置用塑料导气管和Y型导管连接起来，并检查装置的气密性（先关闭止水夹5，再打开止水夹1，挤轻轻挤压空气泵，若1号装置连接乳胶管的玻璃导管液面上升，则气密性好，接着关闭止水夹1；按此方法以此检查2、3、4装置气密性)
4、打开止水夹5和2，用洗耳球将排水管中的空气吸出，直至塑料桶中的清水沿着排水管流入小水槽（虹吸原理）时止，此时造成塑料桶内形成负压，并关闭止水夹5和2；
5、点燃一支香烟放在图2中的2号装置香烟放置处，并打开止水夹2；利用塑料桶内形成负压带动吸烟模拟装置将香烟烟雾将持续吸入收集器，待香烟燃尽时关闭止水夹2,5分钟后取下2号装置橡胶塞，用滴管吸取少量草履虫2号培养液放在数码显微镜下观察，记录实验现象；5
6、点燃一支香烟放在图2中的3号装置香烟放置处，并打开止水夹3，利用塑料桶内形成负的压带动吸烟模拟装置将香烟烟雾将持续吸入收集器，待香烟燃尽时关闭止水夹，5分钟后重复一次此步骤；等第二支烟熄灭后5分钟，用滴管吸取少量草履虫3号培养液放在数码显微镜下观察，记录实验现象；
7、点燃一支香烟放在图2中的4号装置香烟放置处，并打开止水夹4，利用塑料桶内形成负的压带动吸烟模拟装置将香烟烟雾将持续吸入收集器，待香烟燃尽时关闭止水夹，每间隔5分钟后重复一次此步骤，累计重复3次，等第三支烟熄灭后5分钟，用滴管吸取少量4号草履虫培养液放在数码显微镜下观察，记录实验现象；
8、记录上述经过不同处理之后的草履虫培养液运动状态在下表中：
组别 处理方式 草履虫的运动状态
1 不处理
2 1支香烟
3 2支香烟，间隔5分钟再点一根
4 3支香烟，每间隔5分钟再点一根
9、得出结论、撰写探究报告或小论文
（四）检查实验效果
1、在学生实验过程中穿插抽查结果
2、纠正学生操作中的不当之处
3、挑选效果比较明显的学生的玻片放在数码显微镜上让学生进行观察比较
（五）实验小结及结束清理。
1、小结：随烟雾的增加草履虫运动能力逐渐减弱，最后死亡，直观地说明了香烟烟雾的有毒害作用，为确保实验结果的说服力，同学们可尝试进行本实验的重复性实验，并汇总数据、进行分析以及撰写科普短文，劝导身边的人戒烟，为健康中国贡献自己的绵绵之力。
2、清理桌面、复位实验器材。
八、实验效果评价：
本案例是一个跨学科实践学习活动，需要运用虹吸现象、气压与气体流动的物理学知识制作实验装置，需要利用显微镜观察单细胞生物草履虫的实验技能，以及人体呼吸系统的形态结构、呼吸运动与气体进出的原理等生物学基础知识。
利用简便易得的材料制作香烟烟雾收集器和简易空气泵是一项工程学任务，不仅要求有物化的成果，还要求能利用自制的装置，成功地观察到烟雾燃烧物对草履虫的影响。
九、参考文献：
1.2022版义务教育生物学课程标准解析与教学指导［M］，保定：北京师范大学，2022,282-286
2．用草履虫观察香烟烟雾的毒害作用［J］，D．Barde；夏建润，1986；
3．香烟烟雾毒杀草履虫的启示［刀牛乐耕，1996；]
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