“酸雨對銅錢草生長的影響”實踐教學與反思

袁磊宇 駱 婷 胡雪嬌,3*

（1 四川省雅安中學 四川雅安 625000 2 四川師范大學生命科學學院 四川成都 610101 3 四川省彭州市濛陽中學 四川彭州 611934）

“酸雨對生物的影響”是人教版7年級下冊第4 單元第7 章第2 節(jié)“探究環(huán)境污染對生物的影響”中的內(nèi)容，是一個模擬探究活動。從內(nèi)容上看，“探究環(huán)境污染對生物的影響”這一節(jié)內(nèi)容的教學重點并不是知識的傳授，而是環(huán)境保護的意識教育和培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神、 實踐能力及團隊合作能力［1-2］。針對“酸雨對生物的影響”這一模擬探究活動，教材并未提供明確的實驗探究材料、操作步驟等教學方法，僅提供了少許的背景資料和提示。這些資料和提示在教學實踐中遠遠不足。 但對于擁有“空中死神”稱號的酸雨，已成為人類廣泛關(guān)注的全球性問題，并不缺乏研究資料及文獻。

在教材的背景資料中指出： 酸雨是指具有較強酸性的雨水，其pH 值小于5.6。 而在科學研究中，酸雨只是一個通常叫法，其科學名稱為酸沉降［3］，包含濕沉降（例如酸雨、酸雪、酸霧、酸雹）和干沉降（例如SO2、NOX、氯氧化物等）。酸雨的危害十分廣泛： 污染湖泊、 森林和土壤、 危及生物安全、腐蝕損害金屬和建筑物［3］，這在教材背景資料中也有所提及。 在酸雨的危害研究中，多以“酸雨對植物的影響為主”。付曉萍等［3］綜述了酸雨對植物形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化等方面的影響，指出：酸雨影響植物葉片中的細胞器、破壞細胞膜系統(tǒng)、破壞花的結(jié)構(gòu)、抑制植物的出苗速度、影響光合作用和導致植物營養(yǎng)元素的丟失等。 針對酸雨對植物光合作用的影響，王麗紅等［4］進行了綜述分析，提出：酸雨破壞植物葉片是由外向內(nèi)遞進，先破壞結(jié)構(gòu)后影響功能；酸雨對植物孕穗期影響最為明顯；硝酸型或混合型酸雨對植物的影響大于硫酸型酸雨。關(guān)于酸雨對動物的影響探究方面，李袁等［5］模擬探究了不同pH 環(huán)境中金魚、泥鰍、黃鱔、田螺的承受能力，并提出酸雨對動物的危害大于植物。

然而在中學實踐教學中，“酸雨對生物的影響”的實踐教學研究相對較少，參考難度較大。 僅有林慧、張冬梅、李袁等［1-2，5］提出了具體的教學實例，其中林慧提出了包括導入、了解酸雨形成原因及不利影響、探究方案、具體實踐、指導學生撰寫探究報告等在內(nèi)的具體的教學方法。

在大量文獻閱讀及資料積累的基礎(chǔ)上，結(jié)合教學時間、材料可行性、學生學情等多方面因素，對現(xiàn)有的實踐教學案例進行了優(yōu)化組合，選取“銅錢草”作為模擬探究材料，完全以學生為主體，用2 個課時進行“酸雨對生物的影響”的實踐教學。教學中僅給予學生文獻資料、探究材料、提示解答等，不提供具體的探究方案和操作步驟，完全由學生自主完成該內(nèi)容的模擬探究。如此，在培養(yǎng)學生環(huán)保意識、創(chuàng)新探究精神、團隊協(xié)作能力的同時，也優(yōu)化補充“酸雨對生物的影響”教材內(nèi)容的教學新實例。

1 銅錢草簡介

銅錢草也稱為中華天胡荽（Hydrocotyle chinensis），是生長在河溝邊及陰濕的路旁草地的多年生匍匐草本植物。 銅錢草植株具有蔓生性，株高5～15 cm，葉形為圓形盾狀，像一枚銅錢；具長柄、波浪緣；夏秋開花，黃綠色。 因易養(yǎng)活、培養(yǎng)條件簡單，銅錢草已成為主要的多年生挺水或濕生觀賞植物。

在模擬“酸雨對生物的影響”的實驗材料中選取銅錢草，正是因為其具有易成活、 培養(yǎng)條件簡單、可水培（能直觀根、莖、葉的變化）等優(yōu)勢。

2 課堂實踐教學的組織

2017年5月21日，由教師完成銅錢草的購買、分裝及初培養(yǎng)工作；2017年5月26日在四川省雅安中學7年級2 班開展了第1 課時的教學，主要包括：探究目的說明、學生分組、討論學習、方案設(shè)計及完善等。

2.1 材料準備

1）材料：食用白醋（質(zhì)量分數(shù)5%）、硫酸溶液（質(zhì)量分數(shù)5%）、硝酸溶液（質(zhì)量分數(shù)5%）、pH 試紙、500 mL 燒杯、1 000 mL 燒杯、滴管、小型噴水器、玻璃棒、銅錢草等。 其中銅錢草的準備：于2017年5月21日在花卉店購買水培種植的銅錢草10盆，將其分裝在40 個500 mL 燒杯中（后稱：小燒杯銅錢草）進行水培養(yǎng)4 d。

2）資料：酸雨對植物、生態(tài)系統(tǒng)、光合作用、植物生物量等相關(guān)方面的文獻資料共15 篇，打印成冊，共裝訂8 份。

2.2 教學組織

1）探究目的說明：教師簡單介紹酸雨的定義、形成、現(xiàn)狀及危害、酸雨的研究；向?qū)W生說明本次模擬探究的內(nèi)容及目的，要求學生自行分組并設(shè)計“酸雨對銅錢草生長的影響”的模擬探究方案。

2）學生分組：將四川省雅安中學7年級2 班40 人分為4 個組，每組10 人。 學生自行分組進行“酸雨對銅錢草生長的影響”的模擬探究。

3）分發(fā)資料：按學生分組情況，向每個小組學生發(fā)放1 份相關(guān)文獻資料，并組織學生進行討論。

4）學生自行設(shè)計方案：學生討論后提出大致的模擬探究方案（表1），提出需要的材料、簡單的操作步驟及預期的實驗效果。由表1可得，針對酸雨對銅錢草生長的影響探究，各小組的探究內(nèi)容略有不同： 第1 小組的探究重點在不同pH 酸雨模擬液的影響程度； 第2 小組探究重點在不同類型酸雨模擬液的影響差異； 第3 小組的探究重點在酸雨對植物不同部位的影響； 第4 小組僅僅是驗證酸雨對植物生長是否存在影響。

表1 各小組探究方案的匯總

5）教師指導：針對學生的模擬探究方案，在課堂上教師給予指導、提示，對學生方案的不足之處進行說明及完善，指導學生的課后分工合作、管理、觀察記錄等工作。例如小組1 的實驗分組中存在“pH 變量分組較少，僅2 個分組，不能充分體現(xiàn)不同pH 的影響，且只選用1 盆銅錢草做對照，與實驗組數(shù)量不一致”的問題。 通過提示學生：實驗分組少不能充分體現(xiàn)“不同pH 的影響”這一實驗探究目的；對照組與實驗組數(shù)量不一致，人為增加了實驗誤差，無法保證變量控制，進而給實驗探究結(jié)果帶來干擾。對此，小組成員對實驗方案進行了改進：pH 變量設(shè)置為pH2、pH3、pH4、pH5、清水共5 個組，每組設(shè)置3 個重復，突出實驗探究目的。

6）材料發(fā)放：根據(jù)各小組的設(shè)計方案，發(fā)放所需的材料。 實驗探究所用的酸雨模擬液均在實驗室進行配置。

3 模擬探究的成效分析

2017年5月26—28日，學生按照既定的設(shè)計方案進行實驗操作及統(tǒng)計記錄。 2017年6月1日，針對學生觀察記錄的數(shù)據(jù)進行討論、分析，確定酸雨對銅錢草生長的影響。

在4 個小組的模擬探究中，第1 小組和第4 小組的探究方案在文獻資料中已有報道；因此，本文選取第2 小組、第3 小組的探究成果進行詳細介紹。

3.1 相同pH 的不同類型的酸雨模擬液對銅錢草生長的影響

3.1.1 操作步驟

1）模擬酸雨制備：①硝酸型酸雨模擬液：在1 000 mL 燒杯中用硝酸溶液和自來水配制約1 000 mL 酸雨模擬液，通過pH 試紙調(diào)節(jié)pH 值約等于4。 ②硫酸型酸雨模擬液：在1 000 mL 燒杯中用硫酸溶液和自來水配制約1 000 mL 酸雨模擬液，通過pH 試紙調(diào)節(jié)pH 值約等于4。

2）具體操作：將6 盆小燒杯銅錢草分成2 組，編號A1、A2、A3 和B1、B2、B3，其中：A 編號系列銅錢草使用硝酸型酸雨模擬液處理，B 系列銅錢草使用硫酸型酸雨模擬液處理。將每個小燒杯銅錢草中的水倒掉，加入300 mL 的酸雨模擬液，并放置在向陽處。 觀察從實驗開始至出現(xiàn)傷斑所需的時間。

3.1.2 實驗探究結(jié)果 根據(jù)觀察記錄結(jié)果，經(jīng)硝酸型酸雨模擬液（pH 值為4）處理后，銅錢草平均在第2 天出現(xiàn)爛根的現(xiàn)象，并且在第3 天葉片出現(xiàn)枯黃和褐色小斑點；經(jīng)硫酸型酸雨模擬液（pH 值為4）處理后，3 盆小燒杯銅錢草同樣在第2 天出現(xiàn)爛根的現(xiàn)象，在第3 天葉片出現(xiàn)枯黃和褐色小斑點，但葉片枯黃程度不及硝酸型酸雨模擬液處理后銅錢草葉片枯黃的程度。 由此，小組得出結(jié)論：相同pH（pH 值為4）處理情況下，硝酸型酸雨對銅錢草生長的影響大于硫酸型酸雨對銅錢草生長的影響。

3.2 相同酸雨模擬液（pH 值為3）對銅錢草不同部位的影響

3.2.1 操作步驟

1）模擬酸雨制備：配制硫酸型酸雨模擬液：在1 000 mL 燒杯中用硫酸溶液和自來水配制約1 000 mL 酸雨模擬液，通過pH 試紙調(diào)節(jié)pH 值約等于3。

2）具體操作：將6 盆小燒杯銅錢草分成2 組，編號X1、X2、X3 和Y1、Y2、Y3。 將每個小燒杯銅錢草中的水保留在200 mL。

①X 編號系列銅錢草： 采用滴管滴加硫酸型酸雨模擬液（50 mL）至水中進行處理，每天加2次，連續(xù)加2 d。

②Y 系列銅錢草： 采用小型噴水器噴灑硫酸型酸雨模擬液（50 mL）至葉面進行處理（模擬液不流入小燒杯中），每天噴2 次，連續(xù)噴2 d。

將以上各組銅錢草置于向陽處，觀察從實驗開始至出現(xiàn)傷斑所需的時間。

3.2.2 實驗探究結(jié)果 根據(jù)觀察記錄結(jié)果，銅錢草根部經(jīng)硫酸型酸雨模擬液（pH 值為3）處理后，3組銅錢草在第2 天第1 次噴灑后出現(xiàn)爛根的現(xiàn)象，并在第3 天葉片出現(xiàn)枯黃和褐色小斑點；銅錢草葉片經(jīng)硫酸型酸雨模擬液（pH 值為3）處理后，3組銅錢草在第1 天第1 次噴灑后第2 次噴灑前便出現(xiàn)葉片枯黃的現(xiàn)象，并未出現(xiàn)爛根現(xiàn)象。 由此，小組得出結(jié)論：相同酸雨模擬液（pH 值為3）處理情況下，銅錢草根部對酸雨的承受能力大于葉片。

4 討論

學生自主設(shè)計的4 個探究方案及成果，皆說明了酸雨對銅錢草的生長存在危害：①被酸雨模擬液處理過的銅錢草很快出現(xiàn)爛根、葉片枯黃的現(xiàn)象（第4 小組）；②pH 值越小的酸雨模擬液對銅錢草的危害越大（第1 小組）。 第1 小組和第4 小組的探究結(jié)果在李袁等［5］主持的探究中已經(jīng)報道，表明了探究實驗結(jié)果的正確性。 同時，第4 小組僅用pH 值為4 的酸雨模擬液處理銅錢草進行實驗探究，看似過于簡單； 但學生通過查閱資料（中國長江以南地區(qū)酸雨最為明顯，貴陽、 重慶、長沙、 柳州等酸雨嚴重地區(qū)的年平均降水pH 值在4.2 左右［6］），對此提出模擬液的pH 值為4 更接近自然酸雨的pH 值，以此驗證自然降雨（酸雨）是否真的造成植物生長的影響，而不是簡單地記住書本上的酸雨影響植物生長、 導致植物死亡的危害。 第2 小組和第3 小組依據(jù)現(xiàn)有的研究資料對探究內(nèi)容進行了一定的優(yōu)化和改進，探究不同酸雨的影響程度及酸雨對不同部位的影響，這在中學“酸雨對生物的影響”的教學探究報道中較少。從學生的實驗探究目的及方案中可看出：學生在設(shè)計探究方案中做足了功課，能對教材和現(xiàn)象提出質(zhì)疑、善于思考、能夠大膽創(chuàng)新和改進。

在張冬梅等［2］利用pH 值為4 的食醋酸液和硫酸酸液處理小麥幼苗的研究基礎(chǔ)上，第2 小組學生通過探究相同pH（pH 值為4）處理情況下，不同類型的酸雨模擬液對銅錢草生長的影響，得出“硝酸型酸雨對銅錢草生長的影響大于硫酸型酸雨對銅錢草生長的影響”這一結(jié)論。 在王麗紅等［4］的綜述文獻中，“硝酸型或混合型酸雨對植物的影響大于硫酸型酸雨”這一結(jié)論已經(jīng)提出，說明了第2 小組實驗探究的成果具有一定的可靠性。

第3 小組成員在李袁等［5］針對月季、吊蘭的探究基礎(chǔ)上，選擇pH 值為3 的酸雨模擬液探究相同pH 酸雨對銅錢草不同部位生長的影響。 通過觀察“葉片出現(xiàn)枯黃及斑點”和“爛根”現(xiàn)象得出“相同酸雨模擬液（pH 值為3）處理情況下，銅錢草根部對酸雨的承受能力大于葉片”的結(jié)論。通過討論分析認為，第3 小組得出的結(jié)論并不充分，不具科學性。植物根和葉具有不同的生理功能，其受害后相互之間會產(chǎn)生一定的影響，例如根受害后，水和無機鹽的吸收等生理功能受到影響，進而影響葉片的光合作用而導致葉片變黃。因此，二者（根和葉片）之間的受害程度不可比較，第3 小組成員將實驗結(jié)論改為： 植物葉片和根部都會直接或間接受到酸雨的影響。

通過對實驗方案的比對，第3 小組成員指出：各組的探究設(shè)計中，或是對根進行處理，或是分別對根和葉進行處理，未做到對根和葉同時進行處理。因而，第3 小組學生提出選用沉水植物繼續(xù)進行“酸雨對植物不同部位的影響差異”的探究：一是沉水植物整植株均在水下，滴加模擬液后，可實現(xiàn)酸液同時作用于根和葉片； 二是借用顯微鏡觀察滴加酸雨模擬液后根及葉片組織出現(xiàn)損傷的差異。 學生通過總結(jié)、反思與對比，能發(fā)現(xiàn)問題并提出相關(guān)改進優(yōu)化建議，體現(xiàn)了學生對問題的深入研究和思考能力。

在本次“酸雨對銅錢草生長的影響”的實踐教學中，教師不參與學生的方案設(shè)計、酸雨模擬液制備過程中，實現(xiàn)了學生自主完成模擬探究的目標。同時，教師僅對學生涉及方案進行適當?shù)奶崾竞屯晟疲‘數(shù)奶崾緦W生科學實驗素養(yǎng)和思路的培養(yǎng)具有點撥作用，這是本次教學實踐探究的一大亮點。 可以說，本次“酸雨對銅錢草生長的影響”的實踐教學取得了預期的效果。

通過“酸雨對銅錢草生長的影響”探究實驗的教學實踐，筆者深刻意識到：中學生物學課堂中的探究實驗并不是純粹的科學研究，其目的在于學生能通過自我學習，提出完整的實驗探究內(nèi)容、方案并進行實驗操作，能針對實驗結(jié)果進行分析、總結(jié)，就實驗出現(xiàn)的問題進行優(yōu)化改進，進而養(yǎng)成較好的科學素養(yǎng)和思考能力。 只有完成并達到這一教學目的，才能說明實驗探究教學初步達到了預期目標。 對此，作為一線中學生物學教師，應注重和加強自身素養(yǎng)和自我能力的提升，使課堂教學素材不局限于教學，能靈活多變地提點和引導學生進行思考和探究。