實(shí)驗“探究魚的呼吸”的探索與改進(jìn)

摘要 “探究魚的呼吸”是新人教版八年級上冊《生物學(xué)》教材中的一個經(jīng)典實(shí)驗，但在實(shí)際教學(xué)過程中此實(shí)驗存在實(shí)驗效果欠佳和實(shí)驗設(shè)計不完善、實(shí)驗論據(jù)不充分等現(xiàn)狀。首先，通過利用火龍果汁替代墨汁滴加在水槽中魚口的前方，不僅避免了墨汁對魚的傷害，也使得實(shí)驗更容易成功，實(shí)驗效果也更為明顯。其次，增設(shè)利用溶解氧和二氧化碳數(shù)字傳感器按時間梯度依次去測量水槽中的水在放入魚之前和放入魚之后溶解氣體在含量上變化的探究，并繪制出此過程的曲線圖，從而有效證明魚在呼吸過程中，相較于從魚口流入的水，從鰓蓋后緣流出的水中二氧化碳的含量有所增加，而氧氣的含量有所減少。

關(guān)鍵詞 魚的呼吸 實(shí)驗探究 實(shí)驗改進(jìn)

中圖分類號 Q-33

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1教材實(shí)驗分析

“魚”是2013年出版的人教版《生物學(xué)》八年級上冊第五單元第1章“動物的主要類群”第四節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)人主要內(nèi)容是觀察魚類的外部形態(tài)特征、探究魚類在水中的運(yùn)動和呼吸等生命現(xiàn)象。本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)旨在讓學(xué)生掌握教材中核心概念與知識的同時，更深層次地體悟到魚類的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能與其生活環(huán)境是相適應(yīng)的，從而進(jìn)一步培養(yǎng)提升“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生命觀念。八年級學(xué)生對于魚這種生物有較為豐富的生活經(jīng)驗，但在初中階段，學(xué)生抽象邏輯思維雖然開始占優(yōu)勢，但在很大程度上還屬于經(jīng)驗型，他們的邏輯思維需要感性經(jīng)驗的直接支持，所以他們對魚的認(rèn)知大多是停留在比較直觀的層面。教師在實(shí)際教學(xué)過程中通過開展實(shí)驗，讓學(xué)生觀察活魚，使學(xué)生能夠較為輕松地描述魚的外部形態(tài)特征以及魚在水中運(yùn)動現(xiàn)象，但對于無法直觀地觀察與感受到“魚的呼吸現(xiàn)象、過程及其原理”結(jié)論的得出則存在困難和障礙。所以，這也是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)。顯然，突破這一教學(xué)難點(diǎn)的途徑就是將魚的呼吸現(xiàn)象和過程可視化、具象化，從而化無形為有形，降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。有理有據(jù)的實(shí)驗結(jié)果也讓教材內(nèi)容更具說服力，進(jìn)而更有效地促成學(xué)生對教材知識的自我內(nèi)化。

2教材實(shí)驗的優(yōu)點(diǎn)及不足

實(shí)驗“探究魚的呼吸”在本節(jié)教材“觀察與思考”模塊中建議的實(shí)驗方案是：學(xué)生在解剖盤中輕輕掀起鰓蓋觀察魚鰓的形態(tài)和顏色之后，將魚放在盛有清水的容器中，觀察魚在呼吸時，它的口和鰓蓋后緣是同時張合，還是交替張合。用吸管吸取一些墨汁（或有顏色的果汁、蔬菜汁），慢慢地滴在魚口的前方，觀察墨汁流入魚口后，會不會順著鰓蓋后緣流出來。討論：水流入魚口后，從什么地方流出？流入的水和流出的水，溶解的氣體成分會有哪些變化？

2.1教材實(shí)驗的優(yōu)點(diǎn)

（1）對于生物實(shí)驗的開展有一項基本原則，即有“實(shí)物”不用“虛物”，有“活物”不用“死物”。本節(jié)課教材建議用活體鯽魚（或者其他常見魚）作為實(shí)驗觀察對象。在課堂中使用“實(shí)物”優(yōu)點(diǎn)在于，學(xué)生看到活體鯽魚時，視覺上的感受促進(jìn)產(chǎn)生興奮，容易激發(fā)和調(diào)動學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣。同時，貼近生活的“實(shí)物”能更真實(shí)、準(zhǔn)確地向?qū)W生揭示科學(xué)知識的原理，加深學(xué)生對課堂的記憶和印象。

（2）在觀察魚的呼吸過程時，將墨汁滴在魚口的前方，利用墨汁與水存在較大的顏色反差，間接得出魚呼吸時水是從魚口流入再從鰓蓋后緣流出的結(jié)論。實(shí)驗現(xiàn)象明顯、直觀，學(xué)生能很清晰地看到魚呼吸的過程。

2.2教材實(shí)驗的不足（實(shí)驗創(chuàng)新改進(jìn)的原因）（1）滴加的材料（墨汁）不符合環(huán)保要求，對實(shí)驗動物有害。

滴加墨汁后，在魚口的前方觀察魚的呼吸過程，實(shí)驗現(xiàn)象明顯，效果良好。但是，使用墨汁或多或少會對魚的生活有不良影響。當(dāng)然，教材中提到了可以使用有顏色的蔬菜汁、果汁替代墨汁，但是卻并沒有明確說明使用哪種材料效果較好。

（2）實(shí)驗設(shè)計不夠完善，實(shí)驗論據(jù)不夠充分。在實(shí)驗中通過在魚口前方滴加墨汁，能夠讓學(xué)生直觀地觀察到魚呼吸的過程，但卻不能向?qū)W生說明從魚口中流入的水和從鰓蓋后緣流出的水以及溶解的氣體成分的變化。該問題在教材中僅僅是作為一個討論題呈現(xiàn)，將問題拋給學(xué)生，讓學(xué)生自己去推測，并沒有針對這個問題給出具體的、具有可操作性的探究方案。所以，大多數(shù)教師往往在實(shí)驗探究到這一步（魚呼吸時水從魚口進(jìn)入，從鰓蓋后緣流出）就停止了，然后讓學(xué)生通過已有的知識經(jīng)驗去推測或者教師直接以灌輸?shù)男问礁嬖V學(xué)生，魚呼吸過程中與流入口中的水相比，從鰓蓋后緣流出的水中二氧化碳的含量有所增加。因為沒有具體實(shí)驗證據(jù)做支撐，學(xué)生對于這一問題的理解并沒有建立在以具體經(jīng)驗為基礎(chǔ)的背景下，從而對于這一核心概念的建立其實(shí)并不牢固。

3實(shí)驗的探索與改進(jìn)

3.1用鮮榨的火龍果汁代替墨汁，安全環(huán)保且增強(qiáng)了實(shí)驗效果

考慮到墨汁的使用或多或少會對魚的生活有不良的影響，也不利于學(xué)生尊重生命、敬畏生命意識的養(yǎng)成，所以選擇用有顏色的蔬菜汁、果汁替代墨汁進(jìn)行次實(shí)驗。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，很多文章建議使用鮮榨的菠菜汁替代墨汁。經(jīng)過多次試驗，發(fā)現(xiàn)用菠菜汁進(jìn)行實(shí)驗，效果也是差強(qiáng)人意。最后，通過對各種不同的材料進(jìn)行嘗試，發(fā)現(xiàn)用鮮榨的火龍果汁替代墨汁實(shí)驗效果最為優(yōu)良。以菠菜汁與火龍果汁為材料進(jìn)行實(shí)驗的比較見表1。

3.2利用氧氣和二氧化碳數(shù)字傳感器探究魚的呼吸過程，讓實(shí)驗現(xiàn)象可視化、數(shù)據(jù)化

經(jīng)過上一實(shí)驗步驟，學(xué)生能夠很直觀地觀察到，魚呼吸時魚口和鰓蓋后緣是交替張合的，水是從魚口進(jìn)入再從鰓蓋后緣流出的過程。但是僅通過這個現(xiàn)象，讓學(xué)生來理解魚是呼吸溶解在水中的氧來維持生命，比較困難。因此，做了如下改進(jìn)：增設(shè)利用溶解氧和二氧化碳數(shù)字傳感器，按時間梯度依次去測量水槽中的水在放入魚之前和放入魚之后溶解氣體在含量上變化的環(huán)節(jié)，并繪制出此過程的曲線圖，從而探究魚在呼吸過程中溶解在水中的氣體成分含量的變化。實(shí)驗結(jié)果如圖1所示。

學(xué)生通過實(shí)驗繪制出以上的曲線圖之后，將實(shí)驗現(xiàn)象可視化、數(shù)據(jù)化，從而可以很清晰、明確地得出結(jié)論：魚在呼吸時，相較于魚口流入的水，從鰓蓋后緣流出的水中二氧化碳的含量增高、氧氣的含量減少。這樣教師也能夠更好地實(shí)現(xiàn)對本節(jié)課教學(xué)難點(diǎn)的突破。

4總結(jié)

教學(xué)時，教師需要按照未知問題的思維過程來設(shè)計學(xué)生活動，學(xué)生解決問題的過程則是一個探索的過程一個積極思維的過程，一個將知識真正內(nèi)化的過程。改進(jìn)實(shí)驗“探究魚的呼吸”，減少了對實(shí)驗動物的傷害，同時也使得實(shí)驗現(xiàn)象更加清晰明顯，以具體數(shù)據(jù)為依據(jù)得出的實(shí)驗結(jié)論也更加具有說服力，在一定程度上減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。此外，完整嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗過程有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的精神，也更有效地向?qū)W生滲透了生物體結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一的基本生物學(xué)思想。但值得提出的是，該實(shí)驗的開出所需具備溶解氧和二氧化碳數(shù)字傳感器并非所有學(xué)校的實(shí)驗室都具備，所以該實(shí)驗在普適性方面還有待商榷。總的來說本研究旨在為廣大初中生物教師在開展此實(shí)驗時提供一條可供參考的思路和方法。

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