資源簡介

香煙煙霧對草履蟲纖毛擺動的影響實驗教學設計
一、使用教材
本實驗由人教版義務教育教科書八年級生物學下冊第八單元第三章第二節選擇健康的生活方式中的“探究煙草浸出液對水蚤心率的影響”改編而來。鑒于當前初中生具有以下心理：追求派頭和成人感、懷疑科學宣傳吸煙的危害、從眾、消遣、消愁、源于青春期的模仿、尋求寄托等，造成很多學生具有吸煙現象，而對于吸煙的危害，學生卻知道的很少。
二、實驗器材
自制儀器：煙霧收集器、空氣泵
專用儀器：數碼顯微鏡、載玻片、蓋玻片、滴管、秒表、錐形瓶（250ml）、量筒（500ml）
藥品：蒸餾水、紅河99牌香煙、棉簽
其他：
三、實驗創新要點／改進要點
1、直觀性強：使用吸煙模擬裝置替代煙草浸出液能更直觀地說明吸煙對生物體的危害，因為吸煙者吸進肺里的是煙霧中的某些物質，而不是煙草浸出液，能直觀向學生展示吸煙的危害，這樣對引導學生理解吸煙的危害更具說服力；
2、材料易得：用草履蟲替代水蚤進行實驗，有利于觀察，且不用計數；避免學生實驗過程中因難以發現水蚤心臟位置、計數失誤等問題；
3、運用了物理、化學等學科知識和方法，自制實驗裝置，發展了學生的核心素養；
4、本實驗僅用一個空氣泵，是為控制單一變量，避免使用多臺空氣泵（自制裝置材料規格不一致）造成排水管出水速度不一致，進而影響實驗結果；
5、采用一個空氣泵串四個吸煙模擬裝置的辦法，避免了重復檢查氣密性及利用洗耳球吸氣，節省了一部分時間。
四、實驗原理、實驗設計思路
如圖1（后一頁）所示，將裝置連接好，打開止水夾，向排水管里吹氣，若a和b管內的液面隨吹氣有波動，則氣密性好，否則重新連接裝置至不漏氣；接下來在香煙放置處插入一支點燃的香煙，打開空氣泵止水夾，用洗耳球將排水管中的空氣吸出，直至塑料桶中的清水沿著排水管流入小水槽（虹吸原理）時止，造成塑料桶內形成負壓帶動吸煙模擬裝置將香煙煙霧持續進入吸煙及煙霧收集裝置口，觀察收集器中的乳膠管上有微氣泡（煙霧）
產生。待香煙燃盡后5分鐘，取出草履蟲培養液在顯微鏡下觀察草履蟲的運動（纖毛），并與空白組進行比較。
五、實驗教學目標：
1．嘗試自制實驗裝置，模擬人體吸入煙霧對呼吸道黏膜的危害
2．形成吸煙有害健康的觀念，自覺拒絕吸煙
3．學會用科學的證據向公眾宣講吸煙有害健康
六、實驗教學內容：
（一）重難點
1、重點
（1）形成吸煙有害健康的觀念，自覺拒絕吸煙；
（2）用科學的證據向公眾宣講吸煙有害健康。
2、難點
自制實驗裝置，模擬人體吸入煙霧對呼吸道黏膜的危害。
（二）探究過程
1、提出問題：
1）香煙煙霧對草履蟲的纖毛運動活性有影響嗎？
2）不同數量的香煙煙霧對草履蟲的纖毛擺動影響一致嗎？
2、作出假設：
1）香煙煙霧對草履蟲的纖毛運動活性有影響嗎？
2）不同數量的香煙煙霧對草履蟲的纖毛擺動影響一致嗎？
3、制定計劃：①準備實驗所需物品，②自制實驗裝置并檢驗裝置的可操作性
（三）實施計劃
1、利用5L廢棄食用油塑料桶及玻璃導管等器材組裝成一套空氣泵；另用錐形瓶、玻璃導管等組裝四套吸煙（煙霧收集）裝置，分別標記1、2、3、4號（組），具體見第三頁圖2。2
2、將空氣泵與4組吸煙（煙霧收集）裝置用塑料導氣管和Y型導管連接起來，并檢查裝置的氣密性（關閉止水夾5，打開止水夾1，擠輕輕擠壓空氣泵，若1號裝置連接乳膠管的玻璃導管液面上升，則氣密性好，接著關閉止水夾1；按此方法以此檢查2、3、4裝置氣密性）
3、實驗步驟：
（1）在1、2、3、4組吸煙（煙霧收集）裝置分別加入200ml草履蟲培養液，把管口用橡皮塞塞緊，并關閉止水夾1、2、3、4；
（2）用量筒量取5000ml自來水注入空氣泵置中，管口用橡皮塞塞緊，關閉所有止水夾；3
（3）打開止水夾5和2，用洗耳球將排水管中的空氣吸出，直至塑料桶中的清水沿著排水管流入小水槽（虹吸原理）時止，此時造成塑料桶內形成負壓，并關閉止水夾5和2；
（4）點燃一支香煙放在圖2中的2號裝置香煙放置處，并打開止水夾2；利用塑料桶內形成負壓帶動吸煙模擬裝置將香煙煙霧將持續吸入收集器，待香煙燃盡時關閉止水夾2,5分鐘后取下2號裝置橡膠塞，用滴管吸取少量草履蟲2號培養液放在數碼顯微鏡下觀察，記錄實驗現象；
（5）點燃一支香煙放在圖2中的3號裝置香煙放置處，并打開止水夾3，利用塑料桶內形成的負壓帶動吸煙模擬裝置將香煙煙霧持續吸入收集器，待香煙燃盡時關閉止水夾，5分鐘后重復一次此步驟；等第二支煙熄滅后5分鐘，用滴管吸取少量草履蟲3號培養液放在數碼顯微鏡下觀察，記錄實驗現象；
（6）點燃一支香煙放在圖2中的4號裝置香煙放置處，并打開止水夾4，利用塑料桶內形成負的壓帶動吸煙模擬裝置將香煙煙霧將持續吸入收集器，待香煙燃盡時關閉止水夾，每間隔5分鐘后重復一次此步驟，累計重復3次，等第三支煙熄滅后5分鐘，用滴管吸取少量4號草履蟲培養液放在數碼顯微鏡下觀察，記錄實驗現象；
（7）、記錄上述經過不同處理之后的草履蟲培養液運動狀態在下表中：
組別 處理方式 草履蟲的運動狀態
1 不處理
2 1支香煙
3 2支香煙，間隔5分鐘再點一根
4 3支香煙，每間隔5分鐘再點一根
······ ·.....
（8）重復實驗：鑒于一節實驗課的時間不足以完成重復實驗，可將重復實驗布置成課外探究實驗，由學生在家里完成，并統計全班的實驗結果，增強學生的科學素養。
（9）結果預測：隨煙霧收集量的增加草履蟲運動能力逐漸減弱，最后死亡，直觀地說明了香煙煙霧的對草履蟲有毒害作用［2］，經電鏡研究表明原生動物的纖毛與人類呼吸道上皮細胞的纖毛結構上是相似的。纖毛擺動的減弱及停止，可以說明吸煙有害健康［3］。
七、實驗教學過程：
（一）教學準備
1、培養一周的草履蟲培養液
2、自制實驗裝置
3、其他器材
（二）指導性談話
1、實驗目的4
（1）嘗試設計探究實驗
（2）形成吸煙有害健康的觀念，選擇健康的生活方式
（3）學會用科學的證據向公眾宣講吸煙有害健康
2、實驗內容
（1）清點實驗用具、材料
（2）合理提出實驗的問題及假設
（3）利用顯微鏡找到經不同數量煙霧處理的草履蟲的運動狀態，并如實記錄
（4）得出準確的實驗結論
（5）實驗常規：清洗實驗用具、復位實驗器材
（6）嘗試進行本實驗的重復性實驗
3、實驗注意事項
（1）裝置連接好后注意檢查氣密性，防止實驗過程中煙霧未被吸入裝置；
（2）待香煙燃盡5分鐘后，各組取一滴草履蟲制作成臨時玻片并放在顯微鏡下觀察；
（3）正確使用顯微鏡；
（4）空氣泵（塑料桶）中的水量不足500ml時，關閉所有止水夾，打開空氣泵中的橡膠塞沿加水口加入水至5000ml標志線處后塞緊橡膠塞；
（5）實驗中不要移動裝置，防止漏氣，并橡膠管勿折疊；
（6）實驗過程中為節省時間，可及時取處理完成的草履蟲培養液進行觀察，或者拆除以及完成實驗的裝置。
（三）實驗操作
1、在1、2、3、4組吸煙（煙霧收集）裝置中分別加入200m1草履蟲培養液，管口用橡皮塞塞緊，并關閉止水夾1、2、3、4、5；
2、用量筒量取5000ml自來水注入空氣泵置中，管口用橡皮塞塞緊，關閉所有止水夾；
3、將空氣泵與4組吸煙（煙霧收集）裝置用塑料導氣管和Y型導管連接起來，并檢查裝置的氣密性（先關閉止水夾5，再打開止水夾1，擠輕輕擠壓空氣泵，若1號裝置連接乳膠管的玻璃導管液面上升，則氣密性好，接著關閉止水夾1；按此方法以此檢查2、3、4裝置氣密性)
4、打開止水夾5和2，用洗耳球將排水管中的空氣吸出，直至塑料桶中的清水沿著排水管流入小水槽（虹吸原理）時止，此時造成塑料桶內形成負壓，并關閉止水夾5和2；
5、點燃一支香煙放在圖2中的2號裝置香煙放置處，并打開止水夾2；利用塑料桶內形成負壓帶動吸煙模擬裝置將香煙煙霧將持續吸入收集器，待香煙燃盡時關閉止水夾2,5分鐘后取下2號裝置橡膠塞，用滴管吸取少量草履蟲2號培養液放在數碼顯微鏡下觀察，記錄實驗現象；5
6、點燃一支香煙放在圖2中的3號裝置香煙放置處，并打開止水夾3，利用塑料桶內形成負的壓帶動吸煙模擬裝置將香煙煙霧將持續吸入收集器，待香煙燃盡時關閉止水夾，5分鐘后重復一次此步驟；等第二支煙熄滅后5分鐘，用滴管吸取少量草履蟲3號培養液放在數碼顯微鏡下觀察，記錄實驗現象；
7、點燃一支香煙放在圖2中的4號裝置香煙放置處，并打開止水夾4，利用塑料桶內形成負的壓帶動吸煙模擬裝置將香煙煙霧將持續吸入收集器，待香煙燃盡時關閉止水夾，每間隔5分鐘后重復一次此步驟，累計重復3次，等第三支煙熄滅后5分鐘，用滴管吸取少量4號草履蟲培養液放在數碼顯微鏡下觀察，記錄實驗現象；
8、記錄上述經過不同處理之后的草履蟲培養液運動狀態在下表中：
組別 處理方式 草履蟲的運動狀態
1 不處理
2 1支香煙
3 2支香煙，間隔5分鐘再點一根
4 3支香煙，每間隔5分鐘再點一根
9、得出結論、撰寫探究報告或小論文
（四）檢查實驗效果
1、在學生實驗過程中穿插抽查結果
2、糾正學生操作中的不當之處
3、挑選效果比較明顯的學生的玻片放在數碼顯微鏡上讓學生進行觀察比較
（五）實驗小結及結束清理。
1、小結：隨煙霧的增加草履蟲運動能力逐漸減弱，最后死亡，直觀地說明了香煙煙霧的有毒害作用，為確保實驗結果的說服力，同學們可嘗試進行本實驗的重復性實驗，并匯總數據、進行分析以及撰寫科普短文，勸導身邊的人戒煙，為健康中國貢獻自己的綿綿之力。
2、清理桌面、復位實驗器材。
八、實驗效果評價：
本案例是一個跨學科實踐學習活動，需要運用虹吸現象、氣壓與氣體流動的物理學知識制作實驗裝置，需要利用顯微鏡觀察單細胞生物草履蟲的實驗技能，以及人體呼吸系統的形態結構、呼吸運動與氣體進出的原理等生物學基礎知識。
利用簡便易得的材料制作香煙煙霧收集器和簡易空氣泵是一項工程學任務，不僅要求有物化的成果，還要求能利用自制的裝置，成功地觀察到煙霧燃燒物對草履蟲的影響。
九、參考文獻：
1.2022版義務教育生物學課程標準解析與教學指導［M］，保定：北京師范大學，2022,282-286
2．用草履蟲觀察香煙煙霧的毒害作用［J］，D．Barde；夏建潤，1986；
3．香煙煙霧毒殺草履蟲的啟示［刀牛樂耕，1996；]
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