张 渊 罗 尧
(1 贵州省绥阳县绥阳中学 贵州遵义 563399 2 贵州省习水县第五中学 贵州遵义 564600)
每一包香烟上都印有“吸烟有害健康”的字样,但全世界依然存在大量烟民。目前我国烟民有3.2 亿之多,每年约有100 万人死于吸烟引起的疾病,居世界第一[1]。青少年吸烟的问题不容忽视,2010年吉林省对800 名青少年学生进行了调查,结果发现青少年平均吸烟率为18.3%;13.7%的青少年尝试吸烟年龄在16 岁左右。41.6%的青少年在家里遭受二手烟的危害,38.1%的青少年在公共场所遭受二手烟的危害[2]。吸烟对正处在生长发育阶段的青少年的危害更为严重,作为生物学教师,教育学生不要染上吸烟恶习责无旁贷。
人教版普通高中课程标准教材《生物1》第6 章“细胞的生命历程”,第4 节“细胞的癌变”中有这样的描述:“吸烟是人体摄入化学致癌物的主要途径之一,从香烟的烟雾中可分析出20 多种化学致癌因子。”笔者设计了“探究吸烟危害性”实验活动,能生动形象地展现吸烟的危害。
学生在初中已经接触过吸烟有害健康的课题,但认识不够深入,通过高中生物学必修1 第2章有关蛋白质知识的学习,学生已知血红蛋白运输氧对人体生命活动的重要性,此时探究香烟烟雾中一氧化碳对血红蛋白与氧结合的影响,学生能理解得更为深刻;第5 章学习了细胞呼吸及酶的相关知识,明白了酶对新陈代谢至关重要,香烟的烟雾对酶活性影响实验的探究,起到“百闻不如一见”的教育教学效果。学生将理论与实验现象相联系,认同“吸烟对健康具有严重危害性”的观点。
1)知识目标:通过模拟系列验证性实验,说出香烟烟雾中有害化学成分对多项生理指标的影响,进一步分析是否影响人体健康;举例说明吸烟可对健康造成哪些危害。
2)能力目标:通过资料搜集,提高搜集、处理信息的能力;通过引导学生自己设计探究实验,培养创新意识,激发创新思维,提升创新能力。
3)情感态度与价值观目标:通过资料搜集和进行模拟实验,明白吸烟危害健康的事实,从而远离香烟,培养学生的生命观念;通过设计能溶解烟雾的模拟吸烟装置,增强环保意识,更加关注身边的环境问题;通过动脑设计,动手实验,用心探究,发展学生理性思维,培养科学探究的兴趣。通过在校园、社区演示实验和解释实验现象,宣传吸烟危害健康的知识,增强学生的社会责任感。
1)重点:师生搜集有关资料;自制探究吸烟危害实验装置;设计验证香烟烟雾主要有害成分对生命活动指标的影响实验方案。
2)难点:实验装置的构想和制作;探究实验方案的制定。
3)创新点:
①实验装置创新:装置系统科学,能激发学生的探索热情;易于操作,可根据需要选择实验项目,每项实验可单独进行,也可同时进行多项实验;装置内安装的小型抽水泵,能循环利用装置中的水;安全环保,装置能溶解剩余烟雾,减少实验过程中烟雾对师生健康的危害。
②教学手段的创新:学生全程参与,兴趣小组的学生参与搜集资料、设计并制作装置、进行实验和走进社区的全过程;进行合作探究,兴趣小组内既有明确分工,又有协同合作,在制定探究实验方案和提出新的探究问题等方面,小组合作显示出优越性;活动走近社区,经历了“课堂教学→走入校园→走近社区”几个阶段,为更多学生及社区居民演示实验和宣传吸烟危害健康的知识。
6.1 搜集材料 为了解香烟烟雾的化学成分及吸烟的危害,兴趣小组的学生充分利用互联网,分组搜集相关资料,共同探讨一系列问题,例如香烟烟雾主要含有哪些化学物质? 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?被动吸烟者会受到危害吗?吸烟还有哪些方面的危害?并思考:怎样用实验证明吸烟对健康的危害?
6.2 确定实验内容
6.2.1 验证性实验 ①验证香烟烟雾中含有烟焦油;②验证香烟烟雾中含有尼古丁;③验证香烟烟雾中一氧化碳的毒性(血液颜色发生变化)。
6.2.2 探究性实验 ①探究主动吸烟和被动吸烟的危害性;②探究香烟烟雾对过氧化氢酶活性的影响。
6.3 设计并制作实验装置 根据拟定实验内容,师生共同设计制作出能满足上述探究实验的装置,如图1所示。
7.1 兴趣小组作资料搜集汇报
1)实验原理及相关知识普及。
①装置吸烟的原理:用抽气泵吸烟;2 个圆底烧瓶吸收多余烟雾,避免实验过程烟雾对师生造成危害。
②验证烟焦油的实验原理: 烟焦油可吸附在附着物(棉花)上,也可溶解在水中或酒精中。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、亚硝胺及放射性同位素等多种致癌物质和苯酚类等致癌物质。
③验证尼古丁的实验原理: 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(N03)2,溶液出现白色沉淀。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、恶心,严重时会使人死亡。
④检验烟雾中一氧化碳毒性的原理: 一氧化碳与红细胞中的血红蛋白结合,导致血液由红色变成樱桃红。一氧化碳是有机物在氧气不足时燃烧的产物,一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合,生成碳氧血红蛋白,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,导致人体出现恶心、呕吐、晕厥甚至窒息死亡。
⑤新鲜的肝脏研磨液中含有过氧化氢酶,过氧化氢酶能催化过氧化氢分解产生水和氧气,香烟烟雾会降低过氧化氢酶的活性。
2)学生展示探究实验方案(图2)。
图2 探究香烟烟雾对酶活性影响的实验方案
7.2 实验过程
1)按试剂瓶所贴标签分别加入相应试剂。
①在前排左起第1 支试管中塞入洁白的棉花,第2 支试管中分别注入30mL 清水,第3 支试管中注入30 mL 酒精。
②向探究香烟烟雾对过氧化氢酶活性影响的2 支试管中分别加入3 mL 肝脏研磨液。
③向探究氧化碳毒性的2 支试管分别加入40 mL 鸡血稀释液。
④再次检查装置的气密性。
2)检查装置的气密性。
3)点燃香烟,观察棉花、清水、酒精和鸡血稀释液颜色变化情况。
4)吸烟完成后,在探究香烟烟雾对过氧化氢酶活性影响的实验中分别注入20 mL 3%的过氧化氢溶液,观察实验组和对照组气泡产生的速度和气球膨胀的情况。
5)观察实验现象。
吸烟后,香烟烟雾通过的棉花、清水和酒精均变得焦黄;香烟烟雾通过的肝脏研磨液催化效率明显降低;香烟烟雾通过的鸡血稀释液颜色变成樱桃红。空气检测仪上PM2.5 的数值由吸烟前的50 滋g/m3很快变成最大读数999 滋g/m3。
6)检验香烟烟雾中含尼古丁。
①取3 支试管,分别标号为1、2、3 号;
②向1 号试管中加入5 mL 清水;向2 号试管中加入5 mL 烟雾溶解液(上述实验过程步骤1 中①第2 支试管中加入的清水吸烟后的烟雾溶解液);3 号试管中加入5 mL 烟丝浸出液。
③分别向3 支试管中滴入6 滴1 mol/L 氯化汞溶液,观察现象。2 号、3 号试管中均有白色沉淀产生。
7.3 实验结论 香烟烟雾中含有的烟焦油,能附着在棉花上,溶解在水和酒精中;香烟烟雾中的CO 能与血红蛋白结合成碳氧血红蛋白,而使血液颜色由红色变成樱桃红;香烟烟雾能抑制过氧化氢酶的活性;香烟烟雾中含会使人上瘾的尼古丁。
7.4 课堂小结 观察到实验前、后试剂发生的明显变化,吸烟危害健康的“事实”让学生触目惊心,学生认同吸烟危害健康的观点,纷纷表示会拒绝吸烟。
明显的实验现象触动了学生的心,兴趣小组的学生提议到校园开展实验,让更多的学生看到吸烟危害健康的事实,从而拒绝吸烟;还应该走进社区,为居民宣传吸烟的危害性,劝说烟民戒烟。兴趣小组的学生为了做好这次宣传活动,还绘制手抄报,设计宣传单,制作“吸烟有害健康”科普展板,分别在校园和社区进行了“吸烟危害健康”的科普宣传(图5)。由于实验效果明显,宣传方式多样,活动收到了良好的效果,更重要的是这个过程很好地培养了学生的社会责任感。
1)收获。在此实验活动中,学生通过动脑思考、动手实践,用心探究,认同吸烟危害健康的观点,养成拒绝吸烟新时尚,学生在活动中体验到“做中学,学中做”的乐趣,增强了学习主动性;学生获取信息的能力、合作探究能力、实践能力和创新能力均得到较好的发展,促进学生全面、健康、和谐发展。通过把实验从课堂扩展到校园和社区,培养了学生的社会责任感。
2)思考。在探究过程中有学生提出:香烟烟雾能影响酶的活性,也会影响动、植物的生命活动。于是又着手开展香烟烟雾影响动、 植物生命活动的系列探究实验,例如:①探究香烟烟雾溶解液对种子萌发的影响;②探究香烟烟雾溶解液对幼苗生长发育的影响;③探究香烟烟雾溶解液对植物细胞有丝分裂的影响等。
3)展望。兴趣小组开展的这次“探究吸烟危害性”实验活动结束了,但是教师和学生对该课题深入的思考还在继续,相信随着研究的不断深入,学生还能提出更多有价值的问题,引领着探究活动向前推进。