“探究吸煙的危害”生物實(shí)踐活動(dòng)方案

郭士安

目前中國煙民有3.2億，每年約有100萬人死于吸煙引起的疾病，居世界第一。青少年吸煙的問題不容忽視，2010年吉林省對800名青少年學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果是青少年的平均吸煙率為18.3%;13.7%的青少年嘗試吸煙年齡在16周歲以下。40.0%的青少年在家里或公共場所遭受二手煙危害。吸煙對正處在生長發(fā)育階段的青少年的危害更為嚴(yán)重。最新研究顯示，香煙煙霧成分復(fù)雜，至少含有7 000多種化學(xué)物質(zhì)，其中數(shù)百種具有毒性，至少有69種物質(zhì)可以致癌，香煙煙霧中的焦油、尼古丁、一氧化碳等是危害吸煙者和被動(dòng)吸煙者健康的罪魁禍?zhǔn)住Ｎ鼰熚：θ梭w健康的機(jī)理復(fù)雜，許多問題值得研究。因此依據(jù)普通高中生物新課程理念，以生物綜合實(shí)踐活動(dòng)為載體，設(shè)計(jì)活動(dòng)方案，開展探究吸煙的危害生物實(shí)踐活動(dòng)，具有重要的教育意義。

1 活動(dòng)目標(biāo)

1.1 知識目標(biāo)

學(xué)生通過此項(xiàng)活動(dòng)能夠說出香煙煙霧主要化學(xué)成分;描述吸煙對人體健康的危害。

1.2 能力目標(biāo)

學(xué)生利用提供的實(shí)驗(yàn)材料和儀器，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究吸煙對酶活性及小動(dòng)物的影響。

1.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

學(xué)生通過調(diào)查和一些簡單的實(shí)驗(yàn)懂得吸煙危害人體健康的道理，從而遠(yuǎn)離香煙，珍愛生命，健康成長;增強(qiáng)自身的環(huán)保意識，更加關(guān)注身邊的環(huán)境問題，激發(fā)愛科學(xué)、學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的興趣。

2 活動(dòng)對象

本活動(dòng)適合于初、高中學(xué)生，以班級或小組形式開展。

3 活動(dòng)的重點(diǎn)、難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 活動(dòng)重點(diǎn)

學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)、圖書資源查閱收集有關(guān)資料;自制煙霧收集裝置;設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究香煙煙霧的主要成分，探究吸煙對酶活性及小動(dòng)物的影響。

3.2 活動(dòng)難點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中變量的分析和控制，實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)，結(jié)果的分析和結(jié)論的得出;自制實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)儀器的使用，研究報(bào)告的撰寫，以及學(xué)生之間、師生合作及家長等有關(guān)人員的合作。

3.3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

研究方法的創(chuàng)新：在活動(dòng)中采用觀察法、資料收集法、實(shí)驗(yàn)探究法、綜合分析法等科學(xué)方法。

活動(dòng)項(xiàng)目的創(chuàng)新：自制簡易抽煙霧裝置和環(huán)保香煙煙霧收集裝置;煙焦油的簡單驗(yàn)證實(shí)驗(yàn);設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究香煙煙霧對酶活性的影響;設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究煙蒂提取液對小紅鯉魚的影響等。

4 活動(dòng)設(shè)計(jì)

4.1 探究活動(dòng)一：了解植物煙草、香煙煙霧的化學(xué)成分及吸煙對人體健康危害的相關(guān)知識

為了全面了解吸煙的危害，教師要求每位學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)及圖書資料，收集有關(guān)資料，在班級內(nèi)開展一次“吸煙有害健康警示展”手抄報(bào)或?qū)ｎ}宣傳網(wǎng)頁設(shè)計(jì)展示評比活動(dòng)，召開討論會共同探討有關(guān)問題。教師提供參考題目：

香煙從何而來？中國的煙民有多少？香煙煙霧主要含有哪些化學(xué)物質(zhì)？被動(dòng)吸煙者為什么比吸煙者受到的危害更大？吸煙對人體健康有哪些危害？吸煙危害人體健康的原因有哪些？吸煙還有哪些方面的危害？……

4.2 探究活動(dòng)二：自制香煙煙霧收集裝置

材料用具：注射器、玻璃管、移液槍頭、橡皮管、大龍頭瓶、玻璃三通、橡皮塞、鐵架臺等。

設(shè)計(jì)要求：教師要求學(xué)生利用家里的簡單材料，自己設(shè)計(jì)、自己制作一個(gè)簡易抽取煙霧裝置。學(xué)生在教師指導(dǎo)下利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室簡單器材合作設(shè)計(jì)制作一個(gè)環(huán)保抽氣通氣裝置（圖1、圖2）。

注意事項(xiàng)：制作簡易抽煙裝置是為了抽取煙霧，關(guān)鍵是要解決注射器如何與香煙連接的問題，選擇大小合適的金屬（或塑料）筆帽、移液管頭、玻璃滴管等材料，利用橡膠或塑料管連接。設(shè)計(jì)環(huán)保抽氣通氣裝置的目的是為了既能抽取煙霧，又能解決實(shí)驗(yàn)過程中余煙對空氣的污染問題，可依據(jù)負(fù)壓原理圖2裝置設(shè)計(jì)制作，注意關(guān)鍵各部件的順序連接及氣密性的檢測。教師要啟發(fā)學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦，創(chuàng)造性設(shè)計(jì)抽氣裝置。

4.3 探究活動(dòng)三：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明香煙煙霧中含有焦油、尼古丁和一氧化碳

4.3.1 煙焦油的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原理：煙焦油是指吸煙者使用的煙嘴內(nèi)積存的一層棕色油膩物，俗稱煙油。它是香煙在缺氧條件下的不完全燃燒產(chǎn)物，是眾多烴類及烴的氧化物、硫化物及氮化物的極其復(fù)雜的混合物，其中包括苯并芘、鎘、砷、胺、亞硝胺以及放射性同位素等，多種致癌物質(zhì)和苯酚類等促癌物質(zhì)。煙焦油可以吸附在附著物上，也可溶解在水中或酒精中。

驗(yàn)證方法：方法① 將白色棉絮塞到透明管內(nèi)，將透明管的一端接香煙，另一端接環(huán)保負(fù)壓抽氣裝置。火柴點(diǎn)燃香煙后，打開龍頭放水抽氣。若棉絮被染成黃褐色，證明香煙煙霧中含焦油;若棉絮不被染成黃褐色，證明香煙煙霧中不含焦油。

方法② 火柴點(diǎn)燃香煙后，用注射器抽取煙霧，將注射器管頭貼緊濾紙，將煙霧推過濾紙空隙，觀察現(xiàn)象。若濾紙上出現(xiàn)黃褐色圓圈，證明香煙煙霧中含焦油;若棉絮不被染成黃褐色，證明香煙煙霧中不含焦油。

4.3.2 尼古丁的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原理：尼古丁又稱煙堿，分子式為C10H14N2，是一種存在于茄科植物（茄屬）中的生物堿，也是煙草的重要成分。尼古丁會使人上癮或產(chǎn)生依賴性，大劑量的尼古丁會引起嘔吐以及惡心，嚴(yán)重時(shí)會使人死亡。尼古丁是油狀液態(tài)物質(zhì)，可溶于水和有機(jī)溶劑，遇無色HgCL2或Hg（NO3）2，溶液出現(xiàn)白色沉淀。

檢驗(yàn)方法：① 取一只試管編號為A，注入10 mL蒸餾水，用負(fù)壓抽氣裝置抽氣，向A試管通入5支煙的煙霧，當(dāng)看到溶液變?yōu)楹稚珪r(shí)，再取2 mL褐色溶液于另一試管中，滴入6滴1 mol/L硝酸汞溶液，觀察現(xiàn)象。② 將2只吸過的煙蒂浸泡在20 mL蒸餾水中，制成煙蒂浸出液，取2 mL浸出液于B試管中，滴入6滴1 mol/L硝酸汞溶液，觀察現(xiàn)象。

檢驗(yàn)結(jié)果：若以上A、B試管中出現(xiàn)白色沉淀，說明香煙中含有尼古丁。

4.3.3 一氧化碳的毒性檢驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原理：一氧化碳是煤氣的主要成分，是有機(jī)物在氧氣不足的情況下產(chǎn)生的，一氧化碳進(jìn)入人體之后會和血液中的血紅蛋白結(jié)合，進(jìn)而使血紅蛋白不能與氧氣結(jié)合，從而引起機(jī)體組織出現(xiàn)缺氧，導(dǎo)致人體窒息死亡。因此一氧化碳具有毒性?？衫靡谎趸几褐屑t細(xì)胞的血紅蛋白結(jié)合，使血液由暗紅色變成鮮紅色的原理檢驗(yàn)。

檢驗(yàn)方法：在試管中加入5 mL新鮮的動(dòng)物（雞、鴨等家禽）血液，加入少量草酸鈉作抗凝劑，用負(fù)壓抽氣裝置抽氣，點(diǎn)燃香煙，使煙霧通過試管（其中盛入1/3管蒸餾水）。

檢驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)點(diǎn)燃到第三支香煙時(shí)，可明顯地看出血液由暗紅色逐步變成鮮紅色，證明煙霧中含有一氧化碳。

4.3.4 注意事項(xiàng)

為減少廢氣的污染，節(jié)省時(shí)間，上述實(shí)驗(yàn)中需要通煙霧的試管可利用環(huán)保負(fù)壓抽氣裝置同時(shí)通氣。試管中的新鮮動(dòng)物血液要及時(shí)加入少量草酸鈉防止凝固，搖勻，試管口加蓋，防止空氣進(jìn)入。為減少實(shí)驗(yàn)過程中煙霧溢出，除采用環(huán)保負(fù)壓抽氣裝置外，實(shí)驗(yàn)盡量放在有排氣設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。尼古丁驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中的硝酸汞溶液有毒，注意不要灑落在皮膚、衣物上。使用過廢液不要亂倒，倒入回收容器中，妥善處理。火柴梗和煙頭要及時(shí)熄滅，放入廢物桶。

4.4 探究活動(dòng)四：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究香煙對人和動(dòng)物的危害

4.4.1 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究香煙對酶活性的影響

提出問題：吸煙會影響酶的活性嗎？

做出假設(shè)：該實(shí)驗(yàn)的假設(shè)是什么？（如香煙煙霧中含有的化學(xué)物質(zhì)會影響酶的活性）

確定變量：該實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量分別是什么？無關(guān)變量有哪些？（自變量是酶是否接觸香煙煙霧，因變量是酶活性的變化，其他影響酶活性的因素如溫度、酶量等屬于無關(guān)變量）

材料用具：新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟（如豬肝、雞肝）研磨液（含過氧化氫酶），體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液，香煙。自制吸煙器，試管，滴管，試管架，衛(wèi)生香，火柴，鐵架臺等。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟：在A、B兩只試管中各加入5 mL 3%的過氧化氫溶液，在C、D兩只試管中各加入2 mL 20%肝臟研磨液，將A、B、C、D試管放在37℃水浴中，用抽煙裝置抽取一只香煙的煙霧，緩慢通入C試管肝臟研磨液中，D試管作為對照通入等量的清潔空氣，將C、D兩只試管中的肝臟研磨液分別同時(shí)加入A、B兩只試管中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

分析結(jié)果，得出結(jié)論（表1）。

4.4.2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究煙蒂提取液對小紅鯉魚的影響

材料用具：（1） 小紅鯉魚15條（魚體健壯，體長3.0 cm±1.0 cm，質(zhì)量為3.0 g±1.0 g）。實(shí)驗(yàn)前 1 d不喂食，隨機(jī)選取個(gè)體差異不大、健康活潑的小紅鯉魚用于試驗(yàn)。準(zhǔn)備烤煙型香煙。（2） 自制吸煙器、燒杯、小漁網(wǎng)、培養(yǎng)皿等。（3） 香煙煙蒂水溶物的制備：將吸過的10支煙蒂和未吸過的10支香煙過濾嘴，分別放在盛有200 mL蒸餾水的燒杯中浸泡2 h，加熱煮沸，冷卻到室溫，用紗布過濾，取濾液備用。

設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)（表2）。

4.4.3 注意事項(xiàng)

對自變量、因變量、無關(guān)變量及對照原則等概念，教師要結(jié)合實(shí)驗(yàn)講解。探究香煙對酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中用到的過氧化氫溶液、肝臟研磨液要新鮮;用煙霧處理肝臟研磨液，而不是H2O2溶液。進(jìn)行探究煙蒂提取液對小紅鯉魚的影響實(shí)驗(yàn)前要進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，用配制的煙蒂水溶液試驗(yàn)魚的致死量和致死時(shí)間，使用小魚大小及健康狀況盡量一致;養(yǎng)魚的清水可以用自來水晾曬后使用;實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象主要觀察實(shí)驗(yàn)過程中魚的活動(dòng)狀態(tài)、死亡情況等生命現(xiàn)象，并做好記錄。匯總各小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，填入表2中，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

5 活動(dòng)評價(jià)

教師依據(jù)多元評價(jià)思想和綜合實(shí)踐活動(dòng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用多種評價(jià)方式對學(xué)生活動(dòng)的過程、結(jié)果進(jìn)行及時(shí)反饋、評價(jià)，促進(jìn)教學(xué)活動(dòng)目標(biāo)的達(dá)成。如實(shí)驗(yàn)結(jié)束后讓學(xué)生寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，由教師及時(shí)評價(jià)、小結(jié)、講評;開展“吸煙有害健康警示展”手抄報(bào)評比活動(dòng)，對于學(xué)生的優(yōu)秀作品進(jìn)行張榜公布。教師提前從知識、能力、情感等方面設(shè)計(jì)評價(jià)指標(biāo)，在活動(dòng)結(jié)束后，向?qū)W生發(fā)放實(shí)踐活動(dòng)能力綜合評價(jià)表，要求學(xué)生對自己在活動(dòng)中的表現(xiàn)進(jìn)行自評、互評。同時(shí)學(xué)生結(jié)合教師評價(jià)、點(diǎn)評，明確需要努力的方向。

6 活動(dòng)延伸

學(xué)生通過對上述活動(dòng)的分析、評價(jià)、總結(jié)，總結(jié)成功的經(jīng)驗(yàn)，找出存在的問題、不足和改進(jìn)策略，就吸煙有害健康方面的問題進(jìn)一步深入探究，擴(kuò)大研究成果。學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中，通過觀察、實(shí)踐、思考，師生之間、生生之間的思維碰撞，會產(chǎn)生靈感的火花，從中會產(chǎn)生一些有價(jià)值的研究問題。教師要及時(shí)鼓勵(lì)、指導(dǎo)、支持學(xué)生確立研究項(xiàng)目深入開展研究，利用校內(nèi)外的資源，努力完成自己的研究項(xiàng)目，寫出研究報(bào)告，制成發(fā)明作品，推薦參加青少年科技創(chuàng)新大賽?；顒?dòng)結(jié)束后，在學(xué)?；蛏鐓^(qū)舉辦吸煙有害健康研究成果發(fā)布會，邀請師生或社區(qū)居民參加，展示研究成果，宣傳吸煙有害的證據(jù)，讓廣大師生、居民明白吸煙污染環(huán)境，危害自己和他人健康的道理，從而遠(yuǎn)離香煙，健康生活，促進(jìn)人類社會的和諧、持續(xù)發(fā)展。

通過此項(xiàng)活動(dòng)，學(xué)生在親自觀察、體驗(yàn)、探究、思考中，獲取吸煙危害健康等方面的知識，開闊視野，明白吸煙有害健康的道理。教師要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注身邊的環(huán)境問題和人類社會的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)人類生態(tài)文明建設(shè)，讓學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中嘗到在做中學(xué)、學(xué)中做的樂趣，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生獲取信息能力、合作探究能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生全面、健康、和諧發(fā)展。

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