实验“探究鱼的呼吸”的探索与改进

摘要 “探究鱼的呼吸”是新人教版八年级上册《生物学》教材中的一个经典实验，但在实际教学过程中此实验存在实验效果欠佳和实验设计不完善、实验论据不充分等现状。首先，通过利用火龙果汁替代墨汁滴加在水槽中鱼口的前方，不仅避免了墨汁对鱼的伤害，也使得实验更容易成功，实验效果也更为明显。其次，增设利用溶解氧和二氧化碳数字传感器按时间梯度依次去测量水槽中的水在放入鱼之前和放入鱼之后溶解气体在含量上变化的探究，并绘制出此过程的曲线图，从而有效证明鱼在呼吸过程中，相较于从鱼口流入的水，从鳃盖后缘流出的水中二氧化碳的含量有所增加，而氧气的含量有所减少。

关键词 鱼的呼吸 实验探究 实验改进

中图分类号 Q-33

文献标志码 B

1教材实验分析

“鱼”是2013年出版的人教版《生物学》八年级上册第五单元第1章“动物的主要类群”第四节的内容。本节人主要内容是观察鱼类的外部形态特征、探究鱼类在水中的运动和呼吸等生命现象。本节内容的学习旨在让学生掌握教材中核心概念与知识的同时，更深层次地体悟到鱼类的形态结构、生理功能与其生活环境是相适应的，从而进一步培养提升“结构与功能相适应”的生命观念。八年级学生对于鱼这种生物有较为丰富的生活经验，但在初中阶段，学生抽象逻辑思维虽然开始占优势，但在很大程度上还属于经验型，他们的逻辑思维需要感性经验的直接支持，所以他们对鱼的认知大多是停留在比较直观的层面。教师在实际教学过程中通过开展实验，让学生观察活鱼，使学生能够较为轻松地描述鱼的外部形态特征以及鱼在水中运动现象，但对于无法直观地观察与感受到“鱼的呼吸现象、过程及其原理”结论的得出则存在困难和障碍。所以，这也是本节课的教学难点。显然，突破这一教学难点的途径就是将鱼的呼吸现象和过程可视化、具象化，从而化无形为有形，降低学生学习的难度。有理有据的实验结果也让教材内容更具说服力，进而更有效地促成学生对教材知识的自我内化。

2教材实验的优点及不足

实验“探究鱼的呼吸”在本节教材“观察与思考”模块中建议的实验方案是：学生在解剖盘中轻轻掀起鳃盖观察鱼鳃的形态和颜色之后，将鱼放在盛有清水的容器中，观察鱼在呼吸时，它的口和鳃盖后缘是同时张合，还是交替张合。用吸管吸取一些墨汁（或有颜色的果汁、蔬菜汁），慢慢地滴在鱼口的前方，观察墨汁流入鱼口后，会不会顺着鳃盖后缘流出来。讨论：水流入鱼口后，从什么地方流出？流入的水和流出的水，溶解的气体成分会有哪些变化？

2.1教材实验的优点

（1）对于生物实验的开展有一项基本原则，即有“实物”不用“虚物”，有“活物”不用“死物”。本节课教材建议用活体鲫鱼（或者其他常见鱼）作为实验观察对象。在课堂中使用“实物”优点在于，学生看到活体鲫鱼时，视觉上的感受促进产生兴奋，容易激发和调动学生的求知欲和学习兴趣。同时，贴近生活的“实物”能更真实、准确地向学生揭示科学知识的原理，加深学生对课堂的记忆和印象。

（2）在观察鱼的呼吸过程时，将墨汁滴在鱼口的前方，利用墨汁与水存在较大的颜色反差，间接得出鱼呼吸时水是从鱼口流入再从鳃盖后缘流出的结论。实验现象明显、直观，学生能很清晰地看到鱼呼吸的过程。

2.2教材实验的不足（实验创新改进的原因）（1）滴加的材料（墨汁）不符合环保要求，对实验动物有害。

滴加墨汁后，在鱼口的前方观察鱼的呼吸过程，实验现象明显，效果良好。但是，使用墨汁或多或少会对鱼的生活有不良影响。当然，教材中提到了可以使用有颜色的蔬菜汁、果汁替代墨汁，但是却并没有明确说明使用哪种材料效果较好。

（2）实验设计不够完善，实验论据不够充分。在实验中通过在鱼口前方滴加墨汁，能够让学生直观地观察到鱼呼吸的过程，但却不能向学生说明从鱼口中流入的水和从鳃盖后缘流出的水以及溶解的气体成分的变化。该问题在教材中仅仅是作为一个讨论题呈现，将问题抛给学生，让学生自己去推测，并没有针对这个问题给出具体的、具有可操作性的探究方案。所以，大多数教师往往在实验探究到这一步（鱼呼吸时水从鱼口进入，从鳃盖后缘流出）就停止了，然后让学生通过已有的知识经验去推测或者教师直接以灌输的形式告诉学生，鱼呼吸过程中与流入口中的水相比，从鳃盖后缘流出的水中二氧化碳的含量有所增加。因为没有具体实验证据做支撑，学生对于这一问题的理解并没有建立在以具体经验为基础的背景下，从而对于这一核心概念的建立其实并不牢固。

3实验的探索与改进

3.1用鲜榨的火龙果汁代替墨汁，安全环保且增强了实验效果

考虑到墨汁的使用或多或少会对鱼的生活有不良的影响，也不利于学生尊重生命、敬畏生命意识的养成，所以选择用有颜色的蔬菜汁、果汁替代墨汁进行次实验。通过查阅相关文献，很多文章建议使用鲜榨的菠菜汁替代墨汁。经过多次试验，发现用菠菜汁进行实验，效果也是差强人意。最后，通过对各种不同的材料进行尝试，发现用鲜榨的火龙果汁替代墨汁实验效果最为优良。以菠菜汁与火龙果汁为材料进行实验的比较见表1。

3.2利用氧气和二氧化碳数字传感器探究鱼的呼吸过程，让实验现象可视化、数据化

经过上一实验步骤，学生能够很直观地观察到，鱼呼吸时鱼口和鳃盖后缘是交替张合的，水是从鱼口进入再从鳃盖后缘流出的过程。但是仅通过这个现象，让学生来理解鱼是呼吸溶解在水中的氧来维持生命，比较困难。因此，做了如下改进：增设利用溶解氧和二氧化碳数字传感器，按时间梯度依次去测量水槽中的水在放入鱼之前和放入鱼之后溶解气体在含量上变化的环节，并绘制出此过程的曲线图，从而探究鱼在呼吸过程中溶解在水中的气体成分含量的变化。实验结果如图1所示。

学生通过实驗绘制出以上的曲线图之后，将实验现象可视化、数据化，从而可以很清晰、明确地得出结论：鱼在呼吸时，相较于鱼口流入的水，从鳃盖后缘流出的水中二氧化碳的含量增高、氧气的含量减少。这样教师也能够更好地实现对本节课教学难点的突破。

4总结

教学时，教师需要按照未知问题的思维过程来设计学生活动，学生解决问题的过程则是一个探索的过程一个积极思维的过程，一个将知识真正内化的过程。改进实验“探究鱼的呼吸”，减少了对实验动物的伤害，同时也使得实验现象更加清晰明显，以具体数据为依据得出的实验结论也更加具有说服力，在一定程度上减轻了学生的学习难度。此外，完整严谨的实验过程有利于培养学生科学探究的精神，也更有效地向学生渗透了生物体结构和功能相统一的基本生物学思想。但值得提出的是，该实验的开出所需具备溶解氧和二氧化碳数字传感器并非所有学校的实验室都具备，所以该实验在普适性方面还有待商榷。总的来说本研究旨在为广大初中生物教师在开展此实验时提供一条可供参考的思路和方法。

参考文献：

[1]朱智贤.林崇德.思维发展心理学[M].北京：北京师范大学出版社，1986：537-538.

[2]课程教材研究所，生物课程教材研究开发中心，等.义务教育教科书·生物·八年级上册[M].北京：人民教育出版社，2013：22.

[3]梁旭.探究“动物的运动”实验创新设计[J].实验教学与仪器，2019，（6）：38-39.

[4]姚建卿“.观察鱼的呼吸”实验方法的改进[J].生物学教学，2000，（12）：36-37.