“探究酒精对水蚤心率的影响”实验装置改进及拓展

摘要

利用数码显微镜代替光学显微镜观察并录制视频计数水蚤心率，能够确保实验数据的准确性。融合信息技术的应用使采集数据变得简单，而以绘制数字表格、生成曲线图等方式完成报告，使实验结果更加准确、直观。在原实验材料基础上，增加明珠蜗牛和玻璃拉拉鱼开展拓展实验，能够有效促进学生的生物学学科素养。

关键词

水蚤心率 / 酒精 / 实验装置 / 改进与拓展 / 初中生物学

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》）要求学生主动参与学习过程，在亲历提出问题、获得信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中习得生物学知识，养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习的能力^［1］。《课程标准》中的课程实施建议提出：应该鼓励学生参与实验设计，创造性地设计低成本、耗时短和易于操作的实验；安排学生主动获取证据，如实记录数据，作出判断；重视培养学生通过文字描述、数字表格和曲线图等方式完成报告^［2］。要想实现“做中学”的实验教学目标，教师必须落实概念教学，这是培养学生探究实践能力、科学思维和实事求是的科学态度的重要途径。

“探究酒精对水蚤心率的影响”源于苏教版生物学八年级下册第26章第一节“远离烟酒”。《课程标准》学习主题五“人体生理与健康”的次位概念6.2.2指出：“酗酒、吸烟等不良嗜好和吸毒等违法行为对人体健康具有危害作用”，并建议开展“探究酒精对水蚤心率或成活率的影响”实验活动。通过观察实验现象、分析实验数据，认识酗酒对人体健康的危害，引导学生形成健康的生活习惯^［1］。

查阅的大量文献显示，在开展“探究酒精对水蚤心率的影响”实验活动中存在一些问题，如张宜萍^［3］ 所述水蚤心率计数（如速度过快）以及数据处理是实验中面临的主要难题。同时，在教学过程中学生质疑：酒精对其他动物的心率是否有影响？综上所述，在此列出2个主要问题：①水蚤心率较快，学生难以计数水蚤心率，导致所得数据不够准确。②只利用水蚤进行探究实验，实验材料单一，学生质疑酒精对其他动物心率是否有影响。鉴于此，依据《课程标准》的实验教学建议，笔者在教学中与学生共同探讨，做出以下两点改进创新：一是改进实验装置，融合信息技术在实验中的应用；二是增加了实验材料的种类。

1 探究酒精对水蚤心率的影响

1.1 材料器具

数码显微镜、载玻片、滴管、量筒、吸水纸、体积分数为95%的酒精溶液、清水等。

1.2 实验步骤

（1） 利用体积分数为95%的酒精溶液，配制实验所需的不同浓度酒精。

（2） 学生4人一组，角色分别为：实验操作员、1号计数员、2号计数员和数据分析员。每组指定使用1种浓度的酒精进行实验，每个浓度的酒精由两个小组进行探究。

（3） 取一只水蚤置于载玻片上，吸去多余的水分，在数码显微镜下观察并录制10 s水蚤心脏跳动的视频；吸干水分，迅速滴一滴酒精，静置1 min；吸去多余的酒精，再次录制10 s视频。

（4） 两名计数员通过慢速播放视频进行水蚤心率计数，确保数据准确。每组重复3次实验，结果取平均值，乘以6转换为水蚤心率。

（5） 各组汇总数据，填写Excel表格，生成酒精浓度与水蚤心率关系的曲线图。

1.3 实验结果

（1） 不同浓度酒精溶液中水蚤心跳次数记录见表1。

（2） 实验结果及分析。

酒精对水蚤心率有抑制作用，且随着酒精浓度的增大，酒精对水蚤心率抑制的效果越明显。

1.4 实验评价

为确保学生探究实验有序、有效、真实开展，可通过评价量表对实验开展的过程和结果进行评价，创设“教—学—评”一致性的实验教学过程。制作的“探究酒精对水蚤心率的影响”评价量表如表2所示。

1.5 实验创新点

用数码显微镜代替光学显微镜观察记录水蚤心率，容易观察，录制的视频可反复观看进行计数，确保实验数据准确。解决了原实验采用打点计数法进行计数，导致数据不准确的问题。在分组实验过程中融合信息技术的应用，能帮助学生学会采集数据，以绘制数字表格、生成曲线图等方式完成报告，实验结果准确、直观。制作的评价量表可对学生实验进行过程性评价和结果性评价。

2 拓展实验——“探究酒精对明珠蜗牛（玻璃拉拉鱼）心率的影响”

课堂上探究酒精对水蚤心率影响的实验结束后，讨论反思中学生提出酒精对其他动物心率是否有影响，为进一步探究酒精对动物心率的影响，笔者和学生共同探讨寻找合适的实验材料，最终选择明珠蜗牛和玻璃拉拉鱼开展课外拓展实验。

2.1 探究酒精对明珠蜗牛心率的影响

（1） 材料器具：15只明珠蜗牛、培养皿、一次性手套、清水、体积分数为95%的酒精溶液等。

（2） 方法步骤。

①实验前，将明珠蜗牛放置在同一环境条件下饲养1～2 d，尽可能减少明珠蜗牛的生理差异。

②取材分组。取5个培养皿，向培养皿中各放入3只大小相似、活动状态相近的明珠蜗牛。

③清水浸泡计数。清水浸泡蜗牛3 min，观察记录心率。

④酒精浸泡计数。将培养皿中清水倒出，加入等量一定浓度的酒精溶液浸泡蜗牛3 min，观察记录心率。每组重复3次实验，结果取平均值。

（3） 实验结果。

不同浓度酒精溶液中明珠蜗牛平均心率与清水中的比较记录表如表3所示。

（4） 实验结果分析。

基于数据分析，同一只蜗牛浸泡前后心率下降值随着酒精浓度的升高幅度逐渐变大，据此得出：酒精对明珠蜗牛的心率有抑制作用，且随着酒精浓度的增加，明珠蜗牛心率下降幅度越大。

2.2 探究酒精对玻璃拉拉鱼心率的影响

（1） 材料器具：15条玻璃拉拉鱼、显微镜、培养皿、150 mL烧杯、一次性手套、纱布、体积分数为95%的酒精溶液、清水。

（2） 方法步骤。

①用95%的酒精配制体积分数为5%、10%、15%和20%的酒精溶液。

②取5只150 mL烧杯，分别编号1～5，向1号烧杯中加入100 mL清水，向2～5号烧杯中分别加入100 mL体积分数为5%、10%、15%和20%的酒精溶液。

③选取健康且大小相似的5条玻璃拉拉鱼，将其分别放入1～5号烧杯中，静置2 min，使其适应环境变化。

④将5只烧杯中的玻璃拉拉鱼同时捞出，分别侧放在底部盛有少量清水的培养皿中央，使其头部平贴在培养皿底部，可用湿润的纱布盖住鱼的躯干，防止鱼跳动。

⑤将培养皿放在显微镜的载物台上，用低倍镜观察心脏跳动，并记录1 min的心跳次数。

⑥再换5条玻璃拉拉鱼，重复实验，每组重复3次，记录数据，结果取平均值。

（3） 实验结果。

不同体积分数酒精溶液中玻璃拉拉鱼平均心率与清水中的比较记录表如表4所示。

（4） 实验结果分析。

基于数据分析可知，酒精对玻璃拉拉鱼的心率具有抑制作用，且酒精体积分数越高，抑制作用越明显。

2.3 实验创新点

采用多种动物作为实验对象，解决了学生提出的关于酒精对其他动物心率是否有影响这一问题的疑问。

明珠蜗牛个体较大，壳体半透明，心率为20～50次/min不等，无须使用任何器具，肉眼可直接观察到其心脏搏动，计数操作性更强。

玻璃拉拉鱼身体半透明，心脏相比水蚤更大，在显微镜下可清晰看到玻璃拉拉鱼的心脏及血管内血液的流动情况。在实验过程中，不仅可以观察到酒精对玻璃拉拉鱼心率的影响，还可以明显观察到酒精浸泡前后其血管内血液流速的变化情况。用体积分数为20%的酒精溶液浸泡玻璃拉拉鱼后，观察到同一处血管内血流速度明显由快变慢，该现象为实验结果的得出提供了更加充分的事实证据，也可以从多方面让学生直观地感受酒精对动物所带来的影响。

3 教学建议与总结

分组实验“探究酒精对水蚤心率的影响”的实验教学在1课时内就能完整开展，而“探究酒精对明珠蜗牛和玻璃拉拉鱼心率的影响”实验则作为课外拓展实验。在教学时，教师首先引导学生围绕以下问题进行讨论：①影响水蚤心率的因素有哪些？②如何尽可能避免无关变量的影响？③水蚤的正常心率很快，我们在显微镜下很难数清它的心率，怎么办？④供实验用的水蚤共需要多少只？水蚤应该分成几组？每组多少只？为什么？教师要避免直接告知学生实验方法和步骤，而应引导学生分小组讨论并设计出合理的实验方案，注重培养学生科学探究的实验设计能力和创新精神。在实验操作阶段，教师要鼓励小组分工合作，引导学生注意观察实验现象，如实记录实验结果，利用信息技术手段处理实验数据，绘制曲线图，注重培养学生的动手实践操作能力、科学思维及合作精神。在实验结束后，教师应引导学生互相交流，对实验现象、数据和结果进行科学解释，形成实验报告，注重培养学生分析、归纳能力和解决问题的能力。在学生分析讨论结果的过程中，教师应引导学生思考、质疑批判，尝试提出创造性的见解或建议，从而进一步提出增加明珠蜗牛和玻璃拉拉鱼作为实验材料。

课后，学生开展“探究酒精对明珠蜗牛（玻璃拉拉鱼）心率的影响”实验活动。学生通过总结归纳课堂实验和课后拓展实验，得出酒精对3种动物的心率均有抑制作用。学生由此推测，酒精对人的心率也具有抑制作用。学生通过查阅资料及咨询医生，深入了解了酗酒对人体健康其他方面的具体危害。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 义务教育生物学课程标准（2022 年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

[2] 朱列侠，郏红丽.“探究酵母菌发酵现象”实验装置的创新和应用［J］.中学生物学，2022，38（01）：58-60.

[3] 张宜萍.“探究酒精对水蚤心率的影响”实验难点解决方法［J］.生物学教学，2017，42（12）：30-31.

基金资助

安徽省教育科学研究项目“生物学实验教学与信息技术融合创新的行动研究”(JK20060)