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“探究溫度對(duì)金魚呼吸頻率的影響”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

2021-09-15 22:49:12羅柳青
關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)改進(jìn)溫度影響

羅柳青

[摘 要]探究非生物因素對(duì)生物的影響實(shí)驗(yàn)是初中探究初體驗(yàn),科學(xué)探究和理性思維的初步滲透十分重要。然而已有資料中的實(shí)驗(yàn)方法不夠合理,因此對(duì)“探究溫度對(duì)金魚呼吸頻率的影響”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)十分必要。文章在提出真實(shí)的問題情境后,設(shè)置問題串,引導(dǎo)學(xué)生理性思考合理的實(shí)驗(yàn)步驟,利用連通器原理進(jìn)行水浴換水改變水溫的方法,做到嚴(yán)格控制單一變量——水溫,以及進(jìn)行其他科學(xué)性設(shè)計(jì),分析結(jié)果和交流,也探討了指標(biāo)選擇的優(yōu)化,完成完整科學(xué)探究,以求培育學(xué)生的核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)改進(jìn);溫度;金魚呼吸頻率;影響

“探究非生物因素對(duì)生物的影響”是初中生物的第一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn),旨在讓學(xué)生體會(huì)探究的一般過程,總結(jié)領(lǐng)會(huì)非生物因素影響生物,這對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力和科學(xué)思維的培養(yǎng)有重要作用。該實(shí)驗(yàn)是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之科學(xué)探究能力培育落地的一個(gè)契機(jī),即在真實(shí)情境中,觀察到某生物如金魚,金魚對(duì)水溫等非生物因素有所影響,基于此進(jìn)行提問、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的交流與討論,小組合作實(shí)驗(yàn),體驗(yàn)探究的一般過程。

一、實(shí)驗(yàn)實(shí)施情況

人教版教材對(duì)“探究非生物因素對(duì)生物的影響”給出的具體案例是“探究溫度對(duì)鼠婦生活的影響”,而對(duì)“探究溫度對(duì)金魚呼吸頻率的影響”沒有具體的探究步驟,教師參考書中的“活動(dòng)建議”欄雖有提及[1],但細(xì)究發(fā)現(xiàn)有不少需要改進(jìn)的地方。教參中“250 mL裝3條金魚”的步驟不太符合實(shí)際,250 mL燒杯對(duì)3條金魚而言空間相對(duì)狹窄,魚和魚以及魚和杯壁之間觸碰概率大,魚難以保持安靜狀態(tài);“在大燒杯中加熱水升溫至25 ℃”以升高水溫,該操作實(shí)際改變了2個(gè)變量,即水溫和水量,“在玻璃缸中加冰塊每降5 ℃記錄一次”變溫梯度多,課堂實(shí)際操作困難。在理性思維方面,沒有足夠的體現(xiàn)和重視。

羅麗娟等[2-3]利用“微課引領(lǐng),任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)模式,以課堂微課形式探究光對(duì)鼠婦分布的影響,再設(shè)計(jì)問題串探究溫度對(duì)金魚呼吸頻率的影響,并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn),但是控制水溫同時(shí)也改變了水量,仍舊需要適當(dāng)改進(jìn)。總體上,沒有在理性思維、科學(xué)性、重復(fù)平行和單一變量原則等方面給出行之有效的方法。此外,也有利用黃粉蟲、蚯蚓等來探究非生物因素對(duì)生物的影響的[4-5]。除了線下實(shí)驗(yàn)課,網(wǎng)絡(luò)微課有諸多便利之處,課堂探究“光對(duì)鼠婦分布的影響”分組實(shí)驗(yàn),再以微課形式進(jìn)行“溫度對(duì)金魚呼吸頻率的影響”探究體驗(yàn),本實(shí)驗(yàn)的混合式教學(xué)具有可行性。以下為“探究溫度對(duì)金魚呼吸頻率的影響”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程,課堂教學(xué)和微課復(fù)習(xí)均適用。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1.提出問題

起源于我國的觀賞魚——金魚,已陪伴人類生活了十幾個(gè)世紀(jì),金魚總是生活在水中,水溫對(duì)金魚是否有影響?生物需要進(jìn)行呼吸,用呼吸頻率為測量指標(biāo)體現(xiàn)金魚的生活具有科學(xué)性。魚用鰓呼吸,往透明魚缸中滴加青菜汁,觀察青菜汁的流動(dòng)方向?yàn)椋簭目谶M(jìn)從鰓出,口鰓交替張合,用金魚每分鐘鰓的閉合次數(shù)來計(jì)算金魚的呼吸頻率。提出具體問題:溫度會(huì)影響金魚的呼吸頻率嗎?

2.做出假設(shè)

根據(jù)許多水族箱有隨時(shí)記錄水溫甚至控溫的經(jīng)驗(yàn),做出假設(shè):水溫對(duì)金魚的呼吸頻率有影響。觀察金魚用鰓呼吸,認(rèn)同每分鐘鰓的閉合次數(shù)來計(jì)算金魚的呼吸頻率的方法。

3.制訂計(jì)劃

用1000 mL大燒杯裝健康的、品種大小一致的金魚3條(避免偶然性因素),使金魚依次在低于常溫(15 ℃)、常溫(25 ℃)、高于常溫(35 ℃)的水中生活,保持除水溫外其他條件均相同,每個(gè)水溫條件下,計(jì)算每條金魚的呼吸頻率。把握科學(xué)探究流程,對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則,設(shè)計(jì)如下問題串,并逐個(gè)擊破。

問題1:用什么判斷溫度?

A.溫度計(jì)? ? ? ? ? ? ? ? ? ?B.手感

問題2:如何改變水溫且保持其他條件一致?

A.往水中加冰塊或加熱水

B.將大燒杯連著魚整體水浴降溫或升溫

問題3:什么時(shí)候開始計(jì)算呼吸頻率,為什么?

A.溫度達(dá)到要求即可

B.溫度達(dá)到要求,且魚處于安靜狀態(tài)

問題4:為了減小誤差,在每組溫度下,針對(duì)每條金魚該如何計(jì)數(shù)更為準(zhǔn)確?

A.1組溫度計(jì)算3次取均值即為金魚該溫度下的呼吸頻率

B.1組溫度計(jì)算1次即為金魚該溫度下的呼吸頻率

問題5:如何做到不動(dòng)燒杯(不驚擾金魚)、不更換燒杯的水(不改變水體積),只改變燒杯內(nèi)的水溫呢?

展示水浴變溫?fù)Q水裝置(如圖1),進(jìn)行操作:將金魚放入[1000 mL]大燒杯中,連同燒杯放入水槽中,記下水槽的水位。通過改變水槽內(nèi)的水溫而改變燒杯內(nèi)的水溫,注意更換不同溫度的水前后不移動(dòng)大燒杯,且保持水槽水位不變。具體的換水方法是:利用虹吸原理(連通器原理),將出水軟管裝滿水,堵住兩端,一頭伸入水槽中,一頭引出到水池中,且軟管口在水槽的高度應(yīng)高于吹水方向。

4.實(shí)施計(jì)劃

按計(jì)劃規(guī)范操作,將每組溫度里每條魚的三次計(jì)數(shù)的均值數(shù)據(jù)填入表1中。

5.得出結(jié)果

3條金魚在15 ℃、25 ℃、35 ℃溫度下呼吸頻率均值分別是76次/分、95次/分、171次/分(如圖2),說明溫度對(duì)金魚的呼吸頻率有影響,在15 ℃~35 ℃范圍,溫度越高,呼吸越快。

6.討論與交流

查閱資料,對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)有無相似性,并分析原因。實(shí)驗(yàn)過程中還有哪些注意事項(xiàng)?例如實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度計(jì)的使用,移動(dòng)燒杯時(shí)的動(dòng)作、保持安靜等。

后續(xù)跟蹤觀察,3條金魚經(jīng)過變溫實(shí)驗(yàn),24小時(shí)后,仍健康地活著,從非生物因素和生物之間的關(guān)系考慮,還說明了什么問題?說明金魚可以適應(yīng)一定的溫度變化,即生物可以適應(yīng)一定的環(huán)境。

三、反思和展望

1.重復(fù)平行原則

實(shí)驗(yàn)親做,數(shù)據(jù)真實(shí)可靠,演示到位,先用表再用圖的方式展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,結(jié)果更為直觀,結(jié)論科學(xué)。強(qiáng)調(diào)用3條魚,而不是單純的只使用1條魚計(jì)算3次呼吸頻率,前者是樣本重復(fù),屬于重復(fù)實(shí)驗(yàn),減少偶然性,而后者是為了降低計(jì)算誤差的重復(fù)工作,后者不屬于統(tǒng)計(jì)學(xué)上的重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

2.數(shù)據(jù)分析改進(jìn)

對(duì)金魚在不同溫度下的呼吸頻率做單因素方差分析表明:35 ℃分別與15 ℃、25 ℃差異顯著(P < 0.05),而15 ℃、25 ℃差異不顯著(P > 0.05)(如圖2)。實(shí)際上,品種大小均一致的3條金魚,在同一溫度下的呼吸頻率仍舊存在組內(nèi)差異。若以每條金魚自身對(duì)照,以不同溫度和25 ℃的呼吸頻率差值百分比為指標(biāo)(如圖3)分析,不同溫度組之間差異顯著(P < 0.05)。因此,從降低組內(nèi)個(gè)體差異角度考慮,可選擇自身對(duì)照方法,分析呼吸頻率的百分差值比。

3.課堂實(shí)施

連通器原理和水浴法滲透了不同理科之間的交叉,如能做好引導(dǎo),對(duì)發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維也是一個(gè)很好的契機(jī)。此外,微課和傳統(tǒng)課堂授課有所區(qū)別,對(duì)于學(xué)生而言,微課主要是教師引導(dǎo),學(xué)生有思考,但難以互動(dòng)反饋。因此,在微課中需要適當(dāng)留有時(shí)間給學(xué)生思考。廈門市連續(xù)8屆微課程建設(shè)中就有不少微課資源,微課程除了視頻還有明確的學(xué)習(xí)任務(wù)點(diǎn),可自動(dòng)批改的微檢測等,在不可控因素?zé)o法在線下課堂授課時(shí),網(wǎng)絡(luò)微課不失為一個(gè)好辦法。有條件的學(xué)??梢灾苯釉谡n堂進(jìn)行應(yīng)用,因?yàn)橛性O(shè)置溫度梯度,結(jié)合七年級(jí)學(xué)生動(dòng)手能力不夠強(qiáng)等學(xué)情,每組只做兩個(gè)溫度組,如一、二大組進(jìn)行常溫和低溫實(shí)驗(yàn);三、四大組進(jìn)行常溫和高溫實(shí)驗(yàn),提高效率。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 朱正威, 趙占良, 吳成軍,等. 義務(wù)教育教科書生物學(xué)七年級(jí)上冊(cè)教師教學(xué)用書[M].北京:人民教育出版社, 2013.

[2]? 羅麗娟, 朱毅鴻, 夏曙華. “微課引領(lǐng)——問題驅(qū)動(dòng)”構(gòu)建生物實(shí)驗(yàn)高效課堂:以探究“水溫對(duì)金魚呼吸頻率的影響”一節(jié)教學(xué)為例[J].中學(xué)生物學(xué),2018(4):38-40 .

[3]? 朱毅鴻, 夏曙華, 羅麗娟. 基于支架的初中生物探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué):以“探究水溫對(duì)金魚呼吸頻率的影響”為例[J]. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器, 2018(5):26-28.

[4]? 廖懂玲, 黃月云. 用蚯蚓替代鼠婦來探究“非生物因素對(duì)生物生活的影響”[J].生物學(xué)教學(xué),2006(5):54.

[5]? 孔海艷. 探究“光照條件對(duì)黃粉蟲分布的影響”實(shí)驗(yàn)的教學(xué)體會(huì)[J].生物學(xué)教學(xué),2015(4):38-39.

(責(zé)任編輯 黃春香)

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