“探究吸烟的危害”生物实践活动方案

郭士安

目前中国烟民有3.2亿，每年约有100万人死于吸烟引起的疾病，居世界第一。青少年吸烟的问题不容忽视，2010年吉林省对800名青少年学生进行调查，结果是青少年的平均吸烟率为18.3%;13.7%的青少年尝试吸烟年龄在16周岁以下。40.0%的青少年在家里或公共场所遭受二手烟危害。吸烟对正处在生长发育阶段的青少年的危害更为严重。最新研究显示，香烟烟雾成分复杂，至少含有7 000多种化学物质，其中数百种具有毒性，至少有69种物质可以致癌，香烟烟雾中的焦油、尼古丁、一氧化碳等是危害吸烟者和被动吸烟者健康的罪魁祸首。吸烟危害人体健康的机理复杂，许多问题值得研究。因此依据普通高中生物新课程理念，以生物综合实践活动为载体，设计活动方案，开展探究吸烟的危害生物实践活动，具有重要的教育意义。

1 活动目标

1.1 知识目标

学生通过此项活动能够说出香烟烟雾主要化学成分;描述吸烟对人体健康的危害。

1.2 能力目标

学生利用提供的实验材料和仪器，设计实验探究吸烟对酶活性及小动物的影响。

1.3 情感、态度与价值观目标

学生通过调查和一些简单的实验懂得吸烟危害人体健康的道理，从而远离香烟，珍爱生命，健康成长;增强自身的环保意识，更加关注身边的环境问题，激发爱科学、学科学、用科学的兴趣。

2 活动对象

本活动适合于初、高中学生，以班级或小组形式开展。

3 活动的重点、难点和创新点

3.1 活动重点

学生利用网络、图书资源查阅收集有关资料;自制烟雾收集装置;设计实验探究香烟烟雾的主要成分，探究吸烟对酶活性及小动物的影响。

3.2 活动难点

实验设计中变量的分析和控制，实验步骤的设计，结果的分析和结论的得出;自制实验器材，学生对实验仪器的使用，研究报告的撰写，以及学生之间、师生合作及家长等有关人员的合作。

3.3 主要创新点

研究方法的创新：在活动中采用观察法、资料收集法、实验探究法、综合分析法等科学方法。

活动项目的创新：自制简易抽烟雾装置和环保香烟烟雾收集装置;烟焦油的简单验证实验;设计实验探究香烟烟雾对酶活性的影响;设计实验探究烟蒂提取液对小红鲤鱼的影响等。

4 活动设计

4.1 探究活动一：了解植物烟草、香烟烟雾的化学成分及吸烟对人体健康危害的相关知识

为了全面了解吸烟的危害，教师要求每位学生利用网络及图书资料，收集有关资料，在班级内开展一次“吸烟有害健康警示展”手抄报或专题宣传网页设计展示评比活动，召开讨论会共同探讨有关问题。教师提供参考题目：

香烟从何而来？中国的烟民有多少？香烟烟雾主要含有哪些化学物质？被动吸烟者为什么比吸烟者受到的危害更大？吸烟对人体健康有哪些危害？吸烟危害人体健康的原因有哪些？吸烟还有哪些方面的危害？……

4.2 探究活动二：自制香烟烟雾收集装置

材料用具：注射器、玻璃管、移液枪头、橡皮管、大龙头瓶、玻璃三通、橡皮塞、铁架台等。

设计要求：教师要求学生利用家里的简单材料，自己设计、自己制作一个简易抽取烟雾装置。学生在教师指导下利用学校实验室简单器材合作设计制作一个环保抽气通气装置（图1、图2）。

注意事项：制作简易抽烟装置是为了抽取烟雾，关键是要解决注射器如何与香烟连接的问题，选择大小合适的金属（或塑料）笔帽、移液管头、玻璃滴管等材料，利用橡胶或塑料管连接。设计环保抽气通气装置的目的是为了既能抽取烟雾，又能解决实验过程中余烟对空气的污染问题，可依据负压原理图2装置设计制作，注意关键各部件的顺序连接及气密性的检测。教师要启发学生动手动脑，创造性设计抽气装置。

4.3 探究活动三：设计实验证明香烟烟雾中含有焦油、尼古丁和一氧化碳

4.3.1 烟焦油的验证实验

实验原理：烟焦油是指吸烟者使用的烟嘴内积存的一层棕色油腻物，俗称烟油。它是香烟在缺氧条件下的不完全燃烧产物，是众多烃类及烃的氧化物、硫化物及氮化物的极其复杂的混合物，其中包括苯并芘、镉、砷、胺、亚硝胺以及放射性同位素等，多种致癌物质和苯酚类等促癌物质。烟焦油可以吸附在附着物上，也可溶解在水中或酒精中。

验证方法：方法① 将白色棉絮塞到透明管内，将透明管的一端接香烟，另一端接环保负压抽气装置。火柴点燃香烟后，打开龙头放水抽气。若棉絮被染成黄褐色，证明香烟烟雾中含焦油;若棉絮不被染成黄褐色，证明香烟烟雾中不含焦油。

方法② 火柴点燃香烟后，用注射器抽取烟雾，将注射器管头贴紧滤纸，将烟雾推过滤纸空隙，观察现象。若滤纸上出现黄褐色圆圈，证明香烟烟雾中含焦油;若棉絮不被染成黄褐色，证明香烟烟雾中不含焦油。

4.3.2 尼古丁的验证实验

实验原理：尼古丁又称烟碱，分子式为C10H14N2，是一种存在于茄科植物（茄属）中的生物碱，也是烟草的重要成分。尼古丁会使人上瘾或产生依赖性，大剂量的尼古丁会引起呕吐以及恶心，严重时会使人死亡。尼古丁是油状液态物质，可溶于水和有机溶剂，遇无色HgCL2或Hg（NO3）2，溶液出现白色沉淀。

检验方法：① 取一只试管编号为A，注入10 mL蒸馏水，用负压抽气装置抽气，向A试管通入5支烟的烟雾，当看到溶液变为褐色时，再取2 mL褐色溶液于另一试管中，滴入6滴1 mol/L硝酸汞溶液，观察现象。② 将2只吸过的烟蒂浸泡在20 mL蒸馏水中，制成烟蒂浸出液，取2 mL浸出液于B试管中，滴入6滴1 mol/L硝酸汞溶液，观察现象。

检验结果：若以上A、B试管中出现白色沉淀，说明香烟中含有尼古丁。

4.3.3 一氧化碳的毒性检验

实验原理：一氧化碳是煤气的主要成分，是有机物在氧气不足的情况下产生的，一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，进而使血红蛋白不能与氧气结合，从而引起机体组织出现缺氧，导致人体窒息死亡。因此一氧化碳具有毒性。可利用一氧化碳跟血液中红细胞的血红蛋白结合，使血液由暗红色变成鲜红色的原理检验。

检验方法：在试管中加入5 mL新鲜的动物（鸡、鸭等家禽）血液，加入少量草酸钠作抗凝剂，用负压抽气装置抽气，点燃香烟，使烟雾通过试管（其中盛入1/3管蒸馏水）。

检验结果：当点燃到第三支香烟时，可明显地看出血液由暗红色逐步变成鲜红色，证明烟雾中含有一氧化碳。

4.3.4 注意事项

为减少废气的污染，节省时间，上述实验中需要通烟雾的试管可利用环保负压抽气装置同时通气。试管中的新鲜动物血液要及时加入少量草酸钠防止凝固，摇匀，试管口加盖，防止空气进入。为减少实验过程中烟雾溢出，除采用环保负压抽气装置外，实验尽量放在有排气设备的实验室进行。尼古丁验证实验中的硝酸汞溶液有毒，注意不要洒落在皮肤、衣物上。使用过废液不要乱倒，倒入回收容器中，妥善处理。火柴梗和烟头要及时熄灭，放入废物桶。

4.4 探究活动四：设计实验探究香烟对人和动物的危害

4.4.1 设计实验探究香烟对酶活性的影响

提出问题：吸烟会影响酶的活性吗？

做出假设：该实验的假设是什么？（如香烟烟雾中含有的化学物质会影响酶的活性）

确定变量：该实验的自变量、因变量分别是什么？无关变量有哪些？（自变量是酶是否接触香烟烟雾，因变量是酶活性的变化，其他影响酶活性的因素如温度、酶量等属于无关变量）

材料用具：新鲜的质量分数为20%的肝脏（如猪肝、鸡肝）研磨液（含过氧化氢酶），体积分数为3%的过氧化氢溶液，香烟。自制吸烟器，试管，滴管，试管架，卫生香，火柴，铁架台等。

设计实验步骤：在A、B两只试管中各加入5 mL 3%的过氧化氢溶液，在C、D两只试管中各加入2 mL 20%肝脏研磨液，将A、B、C、D试管放在37℃水浴中，用抽烟装置抽取一只香烟的烟雾，缓慢通入C试管肝脏研磨液中，D试管作为对照通入等量的清洁空气，将C、D两只试管中的肝脏研磨液分别同时加入A、B两只试管中，观察实验现象。

分析结果，得出结论（表1）。

4.4.2 设计实验探究烟蒂提取液对小红鲤鱼的影响

材料用具：（1） 小红鲤鱼15条（鱼体健壮，体长3.0 cm±1.0 cm，质量为3.0 g±1.0 g）。实验前 1 d不喂食，随机选取个体差异不大、健康活泼的小红鲤鱼用于试验。准备烤烟型香烟。（2） 自制吸烟器、烧杯、小渔网、培养皿等。（3） 香烟烟蒂水溶物的制备：将吸过的10支烟蒂和未吸过的10支香烟过滤嘴，分别放在盛有200 mL蒸馏水的烧杯中浸泡2 h，加热煮沸，冷却到室温，用纱布过滤，取滤液备用。

设计对照实验（表2）。

4.4.3 注意事项

对自变量、因变量、无关变量及对照原则等概念，教师要结合实验讲解。探究香烟对酶活性的影响实验中用到的过氧化氢溶液、肝脏研磨液要新鲜;用烟雾处理肝脏研磨液，而不是H2O2溶液。进行探究烟蒂提取液对小红鲤鱼的影响实验前要进行预实验，用配制的烟蒂水溶液试验鱼的致死量和致死时间，使用小鱼大小及健康状况尽量一致;养鱼的清水可以用自来水晾晒后使用;实验现象主要观察实验过程中鱼的活动状态、死亡情况等生命现象，并做好记录。汇总各小组的实验数据，填入表2中，分析实验结果，得出实验结论。

5 活动评价

教师依据多元评价思想和综合实践活动评价标准，采用多种评价方式对学生活动的过程、结果进行及时反馈、评价，促进教学活动目标的达成。如实验结束后让学生写出实验报告，由教师及时评价、小结、讲评;开展“吸烟有害健康警示展”手抄报评比活动，对于学生的优秀作品进行张榜公布。教师提前从知识、能力、情感等方面设计评价指标，在活动结束后，向学生发放实践活动能力综合评价表，要求学生对自己在活动中的表现进行自评、互评。同时学生结合教师评价、点评，明确需要努力的方向。

6 活动延伸

学生通过对上述活动的分析、评价、总结，总结成功的经验，找出存在的问题、不足和改进策略，就吸烟有害健康方面的问题进一步深入探究，扩大研究成果。学生在实践活动中，通过观察、实践、思考，师生之间、生生之间的思维碰撞，会产生灵感的火花，从中会产生一些有价值的研究问题。教师要及时鼓励、指导、支持学生确立研究项目深入开展研究，利用校内外的资源，努力完成自己的研究项目，写出研究报告，制成发明作品，推荐参加青少年科技创新大赛。活动结束后，在学校或社区举办吸烟有害健康研究成果发布会，邀请师生或社区居民参加，展示研究成果，宣传吸烟有害的证据，让广大师生、居民明白吸烟污染环境，危害自己和他人健康的道理，从而远离香烟，健康生活，促进人类社会的和谐、持续发展。

通过此项活动，学生在亲自观察、体验、探究、思考中，获取吸烟危害健康等方面的知识，开阔视野，明白吸烟有害健康的道理。教师要引导学生关注身边的环境问题和人类社会的可持续发展，促进人类生态文明建设，让学生在实践活动中尝到在做中学、学中做的乐趣，增强了学习的主动性，培养了学生获取信息能力、合作探究能力、实践能力和创新能力，促进学生全面、健康、和谐发展。

参考文献：

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