實驗“探究魚的呼吸”的探索與改進

摘要 “探究魚的呼吸”是新人教版八年級上冊《生物學》教材中的一個經典實驗，但在實際教學過程中此實驗存在實驗效果欠佳和實驗設計不完善、實驗論據不充分等現狀。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，也使得實驗更容易成功，實驗效果也更為明顯。其次，增設利用溶解氧和二氧化碳數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。

關鍵詞 魚的呼吸 實驗探究 實驗改進

中圖分類號 Q-33

文獻標志碼 B

1教材實驗分析

“魚”是2013年出版的人教版《生物學》八年級上冊第五單元第1章“動物的主要類群”第四節的內容。本節人主要內容是觀察魚類的外部形態特征、探究魚類在水中的運動和呼吸等生命現象。本節內容的學習旨在讓學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結構、生理功能與其生活環境是相適應的，從而進一步培養提升“結構與功能相適應”的生命觀念。八年級學生對于魚這種生物有較為豐富的生活經驗，但在初中階段，學生抽象邏輯思維雖然開始占優勢，但在很大程度上還屬于經驗型，他們的邏輯思維需要感性經驗的直接支持，所以他們對魚的認知大多是停留在比較直觀的層面。教師在實際教學過程中通過開展實驗，讓學生觀察活魚，使學生能夠較為輕松地描述魚的外部形態特征以及魚在水中運動現象，但對于無法直觀地觀察與感受到“魚的呼吸現象、過程及其原理”結論的得出則存在困難和障礙。所以，這也是本節課的教學難點。顯然，突破這一教學難點的途徑就是將魚的呼吸現象和過程可視化、具象化，從而化無形為有形，降低學生學習的難度。有理有據的實驗結果也讓教材內容更具說服力，進而更有效地促成學生對教材知識的自我內化。

2教材實驗的優點及不足

實驗“探究魚的呼吸”在本節教材“觀察與思考”模塊中建議的實驗方案是：學生在解剖盤中輕輕掀起鰓蓋觀察魚鰓的形態和顏色之后，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教材實驗的優點

（1）對于生物實驗的開展有一項基本原則，即有“實物”不用“虛物”，有“活物”不用“死物”。本節課教材建議用活體鯽魚（或者其他常見魚）作為實驗觀察對象。在課堂中使用“實物”優點在于，學生看到活體鯽魚時，視覺上的感受促進產生興奮，容易激發和調動學生的求知欲和學習興趣。同時，貼近生活的“實物”能更真實、準確地向學生揭示科學知識的原理，加深學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論。實驗現象明顯、直觀，學生能很清晰地看到魚呼吸的過程。

2.2教材實驗的不足（實驗創新改進的原因）（1）滴加的材料（墨汁）不符合環保要求，對實驗動物有害。

滴加墨汁后，在魚口的前方觀察魚的呼吸過程，實驗現象明顯，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）實驗設計不夠完善，實驗論據不夠充分。在實驗中通過在魚口前方滴加墨汁，能夠讓學生直觀地觀察到魚呼吸的過程，但卻不能向學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，將問題拋給學生，讓學生自己去推測，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，大多數教師往往在實驗探究到這一步（魚呼吸時水從魚口進入，從鰓蓋后緣流出）就停止了，然后讓學生通過已有的知識經驗去推測或者教師直接以灌輸的形式告訴學生，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。因為沒有具體實驗證據做支撐，學生對于這一問題的理解并沒有建立在以具體經驗為基礎的背景下，從而對于這一核心概念的建立其實并不牢固。

3實驗的探索與改進

3.1用鮮榨的火龍果汁代替墨汁，安全環保且增強了實驗效果

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

3.2利用氧氣和二氧化碳數字傳感器探究魚的呼吸過程，讓實驗現象可視化、數據化

經過上一實驗步驟，學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，水是從魚口進入再從鰓蓋后緣流出的過程。但是僅通過這個現象，讓學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：增設利用溶解氧和二氧化碳數字傳感器，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節，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。實驗結果如圖1所示。

學生通過實驗繪制出以上的曲線圖之后，將實驗現象可視化、數據化，從而可以很清晰、明確地得出結論：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現對本節課教學難點的突破。

4總結

教學時，教師需要按照未知問題的思維過程來設計學生活動，學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，一個將知識真正內化的過程。改進實驗“探究魚的呼吸”，減少了對實驗動物的傷害，同時也使得實驗現象更加清晰明顯，以具體數據為依據得出的實驗結論也更加具有說服力，在一定程度上減輕了學生的學習難度。此外，完整嚴謹的實驗過程有利于培養學生科學探究的精神，也更有效地向學生滲透了生物體結構和功能相統一的基本生物學思想。但值得提出的是，該實驗的開出所需具備溶解氧和二氧化碳數字傳感器并非所有學校的實驗室都具備，所以該實驗在普適性方面還有待商榷?？偟膩碚f本研究旨在為廣大初中生物教師在開展此實驗時提供一條可供參考的思路和方法。

參考文獻：

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