袁磊宇 駱 婷 胡雪嬌,3*

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

“酸雨對(duì)生物的影響”是人教版7年級(jí)下冊(cè)第4 單元第7 章第2 節(jié)“探究環(huán)境污染對(duì)生物的影響”中的內(nèi)容，是一個(gè)模擬探究活動(dòng)。從內(nèi)容上看，“探究環(huán)境污染對(duì)生物的影響”這一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)重點(diǎn)并不是知識(shí)的傳授，而是環(huán)境保護(hù)的意識(shí)教育和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、 實(shí)踐能力及團(tuán)隊(duì)合作能力［1-2］。針對(duì)“酸雨對(duì)生物的影響”這一模擬探究活動(dòng)，教材并未提供明確的實(shí)驗(yàn)探究材料、操作步驟等教學(xué)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(xué)實(shí)踐中遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。 但對(duì)于擁有“空中死神”稱號(hào)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(xiàn)。

在教材的背景資料中指出： 酸雨是指具有較強(qiáng)酸性的雨水，其pH 值小于5.6。 而在科學(xué)研究中，酸雨只是一個(gè)通常叫法，其科學(xué)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(duì)植物的影響為主”。付曉萍等［3］綜述了酸雨對(duì)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(xì)胞器、破壞細(xì)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(dǎo)致植物營(yíng)養(yǎng)元素的丟失等。 針對(duì)酸雨對(duì)植物光合作用的影響，王麗紅等［4］進(jìn)行了綜述分析，提出：酸雨破壞植物葉片是由外向內(nèi)遞進(jìn)，先破壞結(jié)構(gòu)后影響功能；酸雨對(duì)植物孕穗期影響最為明顯；硝酸型或混合型酸雨對(duì)植物的影響大于硫酸型酸雨。關(guān)于酸雨對(duì)動(dòng)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(duì)動(dòng)物的危害大于植物。

然而在中學(xué)實(shí)踐教學(xué)中，“酸雨對(duì)生物的影響”的實(shí)踐教學(xué)研究相對(duì)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(xué)實(shí)例，其中林慧提出了包括導(dǎo)入、了解酸雨形成原因及不利影響、探究方案、具體實(shí)踐、指導(dǎo)學(xué)生撰寫探究報(bào)告等在內(nèi)的具體的教學(xué)方法。

在大量文獻(xiàn)閱讀及資料積累的基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)時(shí)間、材料可行性、學(xué)生學(xué)情等多方面因素，對(duì)現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)案例進(jìn)行了優(yōu)化組合，選取“銅錢草”作為模擬探究材料，完全以學(xué)生為主體，用2 個(gè)課時(shí)進(jìn)行“酸雨對(duì)生物的影響”的實(shí)踐教學(xué)。教學(xué)中僅給予學(xué)生文獻(xiàn)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(xué)生自主完成該內(nèi)容的模擬探究。如此，在培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)、創(chuàng)新探究精神、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的同時(shí)，也優(yōu)化補(bǔ)充“酸雨對(duì)生物的影響”教材內(nèi)容的教學(xué)新實(shí)例。

1 銅錢草簡(jiǎn)介

銅錢草也稱為中華天胡荽（Hydrocotyle chinensis），是生長(zhǎng)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(zhǎng)柄、波浪緣；夏秋開花，黃綠色。 因易養(yǎng)活、培養(yǎng)條件簡(jiǎn)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(duì)生物的影響”的實(shí)驗(yàn)材料中選取銅錢草，正是因?yàn)槠渚哂幸壮苫睢?培養(yǎng)條件簡(jiǎn)單、可水培（能直觀根、莖、葉的變化）等優(yōu)勢(shì)。

2 課堂實(shí)踐教學(xué)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(xué)7年級(jí)2 班開展了第1 課時(shí)的教學(xué)，主要包括：探究目的說明、學(xué)生分組、討論學(xué)習(xí)、方案設(shè)計(jì)及完善等。

2.1 材料準(zhǔn)備

1）材料：食用白醋（質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%）、硫酸溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%）、硝酸溶液（質(zhì)量分?jǐn)?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(zhǔn)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(gè)500 mL 燒杯中（后稱：小燒杯銅錢草）進(jìn)行水培養(yǎng)4 d。

2）資料：酸雨對(duì)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(xiàn)資料共15 篇，打印成冊(cè)，共裝訂8 份。

2.2 教學(xué)組織

1）探究目的說明：教師簡(jiǎn)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(xué)生自行分組并設(shè)計(jì)“酸雨對(duì)銅錢草生長(zhǎng)的影響”的模擬探究方案。

2）學(xué)生分組：將四川省雅安中學(xué)7年級(jí)2 班40 人分為4 個(gè)組，每組10 人。 學(xué)生自行分組進(jìn)行“酸雨對(duì)銅錢草生長(zhǎng)的影響”的模擬探究。

3）分發(fā)資料：按學(xué)生分組情況，向每個(gè)小組學(xué)生發(fā)放1 份相關(guān)文獻(xiàn)資料，并組織學(xué)生進(jìn)行討論。

4）學(xué)生自行設(shè)計(jì)方案：學(xué)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(jiǎn)單的操作步驟及預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。由表1可得，針對(duì)酸雨對(duì)銅錢草生長(zhǎng)的影響探究，各小組的探究?jī)?nèi)容略有不同： 第1 小組的探究重點(diǎn)在不同pH 酸雨模擬液的影響程度； 第2 小組探究重點(diǎn)在不同類型酸雨模擬液的影響差異； 第3 小組的探究重點(diǎn)在酸雨對(duì)植物不同部位的影響； 第4 小組僅僅是驗(yàn)證酸雨對(duì)植物生長(zhǎng)是否存在影響。

表1 各小組探究方案的匯總

5）教師指導(dǎo)：針對(duì)學(xué)生的模擬探究方案，在課堂上教師給予指導(dǎo)、提示，對(duì)學(xué)生方案的不足之處進(jìn)行說明及完善，指導(dǎo)學(xué)生的課后分工合作、管理、觀察記錄等工作。例如小組1 的實(shí)驗(yàn)分組中存在“pH 變量分組較少，僅2 個(gè)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(duì)照，與實(shí)驗(yàn)組數(shù)量不一致”的問題。 通過提示學(xué)生：實(shí)驗(yàn)分組少不能充分體現(xiàn)“不同pH 的影響”這一實(shí)驗(yàn)探究目的；對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組數(shù)量不一致，人為增加了實(shí)驗(yàn)誤差，無法保證變量控制，進(jìn)而給實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果帶來干擾。對(duì)此，小組成員對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了改進(jìn)：pH 變量設(shè)置為pH2、pH3、pH4、pH5、清水共5 個(gè)組，每組設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，突出實(shí)驗(yàn)探究目的。

6）材料發(fā)放：根據(jù)各小組的設(shè)計(jì)方案，發(fā)放所需的材料。 實(shí)驗(yàn)探究所用的酸雨模擬液均在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行配置。

3 模擬探究的成效分析

2017年5月26—28日，學(xué)生按照既定的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作及統(tǒng)計(jì)記錄。 2017年6月1日，針對(duì)學(xué)生觀察記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行討論、分析，確定酸雨對(duì)銅錢草生長(zhǎng)的影響。

在4 個(gè)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(xiàn)資料中已有報(bào)道；因此，本文選取第2 小組、第3 小組的探究成果進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3.1 相同pH 的不同類型的酸雨模擬液對(duì)銅錢草生長(zhǎng)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(hào)A1、A2、A3 和B1、B2、B3，其中：A 編號(hào)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(gè)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(shí)驗(yàn)開始至出現(xiàn)傷斑所需的時(shí)間。

3.1.2 實(shí)驗(yàn)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(diǎn)；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(diǎn)，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(duì)銅錢草生長(zhǎng)的影響大于硫酸型酸雨對(duì)銅錢草生長(zhǎng)的影響。

3.2 相同酸雨模擬液（pH 值為3）對(duì)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(hào)X1、X2、X3 和Y1、Y2、Y3。 將每個(gè)小燒杯銅錢草中的水保留在200 mL。

①X 編號(hào)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(jìn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)開始至出現(xiàn)傷斑所需的時(shí)間。

3.2.2 實(shí)驗(yàn)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(diǎn)；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(duì)酸雨的承受能力大于葉片。

4 討論

學(xué)生自主設(shè)計(jì)的4 個(gè)探究方案及成果，皆說明了酸雨對(duì)銅錢草的生長(zhǎng)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(duì)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(bào)道，表明了探究實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性。 同時(shí)，第4 小組僅用pH 值為4 的酸雨模擬液處理銅錢草進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，看似過于簡(jiǎn)單； 但學(xué)生通過查閱資料（中國(guó)長(zhǎng)江以南地區(qū)酸雨最為明顯，貴陽、 重慶、長(zhǎng)沙、 柳州等酸雨嚴(yán)重地區(qū)的年平均降水pH 值在4.2 左右［6］），對(duì)此提出模擬液的pH 值為4 更接近自然酸雨的pH 值，以此驗(yàn)證自然降雨（酸雨）是否真的造成植物生長(zhǎng)的影響，而不是簡(jiǎn)單地記住書本上的酸雨影響植物生長(zhǎng)、 導(dǎo)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(duì)探究?jī)?nèi)容進(jìn)行了一定的優(yōu)化和改進(jìn)，探究不同酸雨的影響程度及酸雨對(duì)不同部位的影響，這在中學(xué)“酸雨對(duì)生物的影響”的教學(xué)探究報(bào)道中較少。從學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究目的及方案中可看出：學(xué)生在設(shè)計(jì)探究方案中做足了功課，能對(duì)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(jìn)。

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(xué)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(duì)銅錢草生長(zhǎng)的影響，得出“硝酸型酸雨對(duì)銅錢草生長(zhǎng)的影響大于硫酸型酸雨對(duì)銅錢草生長(zhǎng)的影響”這一結(jié)論。 在王麗紅等［4］的綜述文獻(xiàn)中，“硝酸型或混合型酸雨對(duì)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(duì)銅錢草不同部位生長(zhǎng)的影響。 通過觀察“葉片出現(xiàn)枯黃及斑點(diǎn)”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(duì)酸雨的承受能力大于葉片”的結(jié)論。通過討論分析認(rèn)為，第3 小組得出的結(jié)論并不充分，不具科學(xué)性。植物根和葉具有不同的生理功能，其受害后相互之間會(huì)產(chǎn)生一定的影響，例如根受害后，水和無機(jī)鹽的吸收等生理功能受到影響，進(jìn)而影響葉片的光合作用而導(dǎo)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(shí)驗(yàn)結(jié)論改為： 植物葉片和根部都會(huì)直接或間接受到酸雨的影響。

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的比對(duì)，第3 小組成員指出：各組的探究設(shè)計(jì)中，或是對(duì)根進(jìn)行處理，或是分別對(duì)根和葉進(jìn)行處理，未做到對(duì)根和葉同時(shí)進(jìn)行處理。因而，第3 小組學(xué)生提出選用沉水植物繼續(xù)進(jìn)行“酸雨對(duì)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(shí)現(xiàn)酸液同時(shí)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(xué)生通過總結(jié)、反思與對(duì)比，能發(fā)現(xiàn)問題并提出相關(guān)改進(jìn)優(yōu)化建議，體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)問題的深入研究和思考能力。

在本次“酸雨對(duì)銅錢草生長(zhǎng)的影響”的實(shí)踐教學(xué)中，教師不參與學(xué)生的方案設(shè)計(jì)、酸雨模擬液制備過程中，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生自主完成模擬探究的目標(biāo)。同時(shí)，教師僅對(duì)學(xué)生涉及方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶崾竞屯晟?，恰?dāng)?shù)奶崾緦?duì)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和思路的培養(yǎng)具有點(diǎn)撥作用，這是本次教學(xué)實(shí)踐探究的一大亮點(diǎn)。 可以說，本次“酸雨對(duì)銅錢草生長(zhǎng)的影響”的實(shí)踐教學(xué)取得了預(yù)期的效果。

通過“酸雨對(duì)銅錢草生長(zhǎng)的影響”探究實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐，筆者深刻意識(shí)到：中學(xué)生物學(xué)課堂中的探究實(shí)驗(yàn)并不是純粹的科學(xué)研究，其目的在于學(xué)生能通過自我學(xué)習(xí)，提出完整的實(shí)驗(yàn)探究?jī)?nèi)容、方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，能針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、總結(jié)，就實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的問題進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，進(jìn)而養(yǎng)成較好的科學(xué)素養(yǎng)和思考能力。 只有完成并達(dá)到這一教學(xué)目的，才能說明實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)初步達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。 對(duì)此，作為一線中學(xué)生物學(xué)教師，應(yīng)注重和加強(qiáng)自身素養(yǎng)和自我能力的提升，使課堂教學(xué)素材不局限于教學(xué)，能靈活多變地提點(diǎn)和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和探究。