“酸雨对铜钱草生长的影响”实践教学与反思

袁磊宇 骆 婷 胡雪娇,3*

（1 四川省雅安中学 四川雅安 625000 2 四川师范大学生命科学学院 四川成都 610101 3 四川省彭州市濛阳中学 四川彭州 611934）

“酸雨对生物的影响”是人教版7年级下册第4 单元第7 章第2 节“探究环境污染对生物的影响”中的内容，是一个模拟探究活动。从内容上看，“探究环境污染对生物的影响”这一节内容的教学重点并不是知识的传授，而是环境保护的意识教育和培养学生创新精神、 实践能力及团队合作能力［1-2］。针对“酸雨对生物的影响”这一模拟探究活动，教材并未提供明确的实验探究材料、操作步骤等教学方法，仅提供了少许的背景资料和提示。这些资料和提示在教学实践中远远不足。 但对于拥有“空中死神”称号的酸雨，已成为人类广泛关注的全球性问题，并不缺乏研究资料及文献。

在教材的背景资料中指出： 酸雨是指具有较强酸性的雨水，其pH 值小于5.6。 而在科学研究中，酸雨只是一个通常叫法，其科学名称为酸沉降［3］，包含湿沉降（例如酸雨、酸雪、酸雾、酸雹）和干沉降（例如SO2、NOX、氯氧化物等）。酸雨的危害十分广泛： 污染湖泊、 森林和土壤、 危及生物安全、腐蚀损害金属和建筑物［3］，这在教材背景资料中也有所提及。 在酸雨的危害研究中，多以“酸雨对植物的影响为主”。付晓萍等［3］综述了酸雨对植物形态结构、生理生化等方面的影响，指出：酸雨影响植物叶片中的细胞器、破坏细胞膜系统、破坏花的结构、抑制植物的出苗速度、影响光合作用和导致植物营养元素的丢失等。 针对酸雨对植物光合作用的影响，王丽红等［4］进行了综述分析，提出：酸雨破坏植物叶片是由外向内递进，先破坏结构后影响功能；酸雨对植物孕穗期影响最为明显；硝酸型或混合型酸雨对植物的影响大于硫酸型酸雨。关于酸雨对动物的影响探究方面，李袁等［5］模拟探究了不同pH 环境中金鱼、泥鳅、黄鳝、田螺的承受能力，并提出酸雨对动物的危害大于植物。

然而在中学实践教学中，“酸雨对生物的影响”的实践教学研究相对较少，参考难度较大。 仅有林慧、张冬梅、李袁等［1-2，5］提出了具体的教学实例，其中林慧提出了包括导入、了解酸雨形成原因及不利影响、探究方案、具体实践、指导学生撰写探究报告等在内的具体的教学方法。

在大量文献阅读及资料积累的基础上，结合教学时间、材料可行性、学生学情等多方面因素，对现有的实践教学案例进行了优化组合，选取“铜钱草”作为模拟探究材料，完全以学生为主体，用2 个课时进行“酸雨对生物的影响”的实践教学。教学中仅给予学生文献资料、探究材料、提示解答等，不提供具体的探究方案和操作步骤，完全由学生自主完成该内容的模拟探究。如此，在培养学生环保意识、创新探究精神、团队协作能力的同时，也优化补充“酸雨对生物的影响”教材内容的教学新实例。

1 铜钱草简介

铜钱草也称为中华天胡荽（Hydrocotyle chinensis），是生长在河沟边及阴湿的路旁草地的多年生匍匐草本植物。 铜钱草植株具有蔓生性，株高5～15 cm，叶形为圆形盾状，像一枚铜钱；具长柄、波浪缘；夏秋开花，黄绿色。 因易养活、培养条件简单，铜钱草已成为主要的多年生挺水或湿生观赏植物。

在模拟“酸雨对生物的影响”的实验材料中选取铜钱草，正是因为其具有易成活、 培养条件简单、可水培（能直观根、茎、叶的变化）等优势。

2 课堂实践教学的组织

2017年5月21日，由教师完成铜钱草的购买、分装及初培养工作；2017年5月26日在四川省雅安中学7年级2 班开展了第1 课时的教学，主要包括：探究目的说明、学生分组、讨论学习、方案设计及完善等。

2.1 材料准备

1）材料：食用白醋（质量分数5%）、硫酸溶液（质量分数5%）、硝酸溶液（质量分数5%）、pH 试纸、500 mL 烧杯、1 000 mL 烧杯、滴管、小型喷水器、玻璃棒、铜钱草等。 其中铜钱草的准备：于2017年5月21日在花卉店购买水培种植的铜钱草10盆，将其分装在40 个500 mL 烧杯中（后称：小烧杯铜钱草）进行水培养4 d。

2）资料：酸雨对植物、生态系统、光合作用、植物生物量等相关方面的文献资料共15 篇，打印成册，共装订8 份。

2.2 教学组织

1）探究目的说明：教师简单介绍酸雨的定义、形成、现状及危害、酸雨的研究；向学生说明本次模拟探究的内容及目的，要求学生自行分组并设计“酸雨对铜钱草生长的影响”的模拟探究方案。

2）学生分组：将四川省雅安中学7年级2 班40 人分为4 个组，每组10 人。 学生自行分组进行“酸雨对铜钱草生长的影响”的模拟探究。

3）分发资料：按学生分组情况，向每个小组学生发放1 份相关文献资料，并组织学生进行讨论。

4）学生自行设计方案：学生讨论后提出大致的模拟探究方案（表1），提出需要的材料、简单的操作步骤及预期的实验效果。由表1可得，针对酸雨对铜钱草生长的影响探究，各小组的探究内容略有不同： 第1 小组的探究重点在不同pH 酸雨模拟液的影响程度； 第2 小组探究重点在不同类型酸雨模拟液的影响差异； 第3 小组的探究重点在酸雨对植物不同部位的影响； 第4 小组仅仅是验证酸雨对植物生长是否存在影响。

表1 各小组探究方案的汇总

5）教师指导：针对学生的模拟探究方案，在课堂上教师给予指导、提示，对学生方案的不足之处进行说明及完善，指导学生的课后分工合作、管理、观察记录等工作。例如小组1 的实验分组中存在“pH 变量分组较少，仅2 个分组，不能充分体现不同pH 的影响，且只选用1 盆铜钱草做对照，与实验组数量不一致”的问题。 通过提示学生：实验分组少不能充分体现“不同pH 的影响”这一实验探究目的；对照组与实验组数量不一致，人为增加了实验误差，无法保证变量控制，进而给实验探究结果带来干扰。对此，小组成员对实验方案进行了改进：pH 变量设置为pH2、pH3、pH4、pH5、清水共5 个组，每组设置3 个重复，突出实验探究目的。

6）材料发放：根据各小组的设计方案，发放所需的材料。 实验探究所用的酸雨模拟液均在实验室进行配置。

3 模拟探究的成效分析

2017年5月26—28日，学生按照既定的设计方案进行实验操作及统计记录。 2017年6月1日，针对学生观察记录的数据进行讨论、分析，确定酸雨对铜钱草生长的影响。

在4 个小组的模拟探究中，第1 小组和第4 小组的探究方案在文献资料中已有报道；因此，本文选取第2 小组、第3 小组的探究成果进行详细介绍。

3.1 相同pH 的不同类型的酸雨模拟液对铜钱草生长的影响

3.1.1 操作步骤

1）模拟酸雨制备：①硝酸型酸雨模拟液：在1 000 mL 烧杯中用硝酸溶液和自来水配制约1 000 mL 酸雨模拟液，通过pH 试纸调节pH 值约等于4。 ②硫酸型酸雨模拟液：在1 000 mL 烧杯中用硫酸溶液和自来水配制约1 000 mL 酸雨模拟液，通过pH 试纸调节pH 值约等于4。

2）具体操作：将6 盆小烧杯铜钱草分成2 组，编号A1、A2、A3 和B1、B2、B3，其中：A 编号系列铜钱草使用硝酸型酸雨模拟液处理，B 系列铜钱草使用硫酸型酸雨模拟液处理。将每个小烧杯铜钱草中的水倒掉，加入300 mL 的酸雨模拟液，并放置在向阳处。 观察从实验开始至出现伤斑所需的时间。

3.1.2 实验探究结果 根据观察记录结果，经硝酸型酸雨模拟液（pH 值为4）处理后，铜钱草平均在第2 天出现烂根的现象，并且在第3 天叶片出现枯黄和褐色小斑点；经硫酸型酸雨模拟液（pH 值为4）处理后，3 盆小烧杯铜钱草同样在第2 天出现烂根的现象，在第3 天叶片出现枯黄和褐色小斑点，但叶片枯黄程度不及硝酸型酸雨模拟液处理后铜钱草叶片枯黄的程度。 由此，小组得出结论：相同pH（pH 值为4）处理情况下，硝酸型酸雨对铜钱草生长的影响大于硫酸型酸雨对铜钱草生长的影响。

3.2 相同酸雨模拟液（pH 值为3）对铜钱草不同部位的影响

3.2.1 操作步骤

1）模拟酸雨制备：配制硫酸型酸雨模拟液：在1 000 mL 烧杯中用硫酸溶液和自来水配制约1 000 mL 酸雨模拟液，通过pH 试纸调节pH 值约等于3。

2）具体操作：将6 盆小烧杯铜钱草分成2 组，编号X1、X2、X3 和Y1、Y2、Y3。 将每个小烧杯铜钱草中的水保留在200 mL。

①X 编号系列铜钱草： 采用滴管滴加硫酸型酸雨模拟液（50 mL）至水中进行处理，每天加2次，连续加2 d。

②Y 系列铜钱草： 采用小型喷水器喷洒硫酸型酸雨模拟液（50 mL）至叶面进行处理（模拟液不流入小烧杯中），每天喷2 次，连续喷2 d。

将以上各组铜钱草置于向阳处，观察从实验开始至出现伤斑所需的时间。

3.2.2 实验探究结果 根据观察记录结果，铜钱草根部经硫酸型酸雨模拟液（pH 值为3）处理后，3组铜钱草在第2 天第1 次喷洒后出现烂根的现象，并在第3 天叶片出现枯黄和褐色小斑点；铜钱草叶片经硫酸型酸雨模拟液（pH 值为3）处理后，3组铜钱草在第1 天第1 次喷洒后第2 次喷洒前便出现叶片枯黄的现象，并未出现烂根现象。 由此，小组得出结论：相同酸雨模拟液（pH 值为3）处理情况下，铜钱草根部对酸雨的承受能力大于叶片。

4 讨论

学生自主设计的4 个探究方案及成果，皆说明了酸雨对铜钱草的生长存在危害：①被酸雨模拟液处理过的铜钱草很快出现烂根、叶片枯黄的现象（第4 小组）；②pH 值越小的酸雨模拟液对铜钱草的危害越大（第1 小组）。 第1 小组和第4 小组的探究结果在李袁等［5］主持的探究中已经报道，表明了探究实验结果的正确性。 同时，第4 小组仅用pH 值为4 的酸雨模拟液处理铜钱草进行实验探究，看似过于简单； 但学生通过查阅资料（中国长江以南地区酸雨最为明显，贵阳、 重庆、长沙、 柳州等酸雨严重地区的年平均降水pH 值在4.2 左右［6］），对此提出模拟液的pH 值为4 更接近自然酸雨的pH 值，以此验证自然降雨（酸雨）是否真的造成植物生长的影响，而不是简单地记住书本上的酸雨影响植物生长、 导致植物死亡的危害。 第2 小组和第3 小组依据现有的研究资料对探究内容进行了一定的优化和改进，探究不同酸雨的影响程度及酸雨对不同部位的影响，这在中学“酸雨对生物的影响”的教学探究报道中较少。从学生的实验探究目的及方案中可看出：学生在设计探究方案中做足了功课，能对教材和现象提出质疑、善于思考、能够大胆创新和改进。

在张冬梅等［2］利用pH 值为4 的食醋酸液和硫酸酸液处理小麦幼苗的研究基础上，第2 小组学生通过探究相同pH（pH 值为4）处理情况下，不同类型的酸雨模拟液对铜钱草生长的影响，得出“硝酸型酸雨对铜钱草生长的影响大于硫酸型酸雨对铜钱草生长的影响”这一结论。 在王丽红等［4］的综述文献中，“硝酸型或混合型酸雨对植物的影响大于硫酸型酸雨”这一结论已经提出，说明了第2 小组实验探究的成果具有一定的可靠性。

第3 小组成员在李袁等［5］针对月季、吊兰的探究基础上，选择pH 值为3 的酸雨模拟液探究相同pH 酸雨对铜钱草不同部位生长的影响。 通过观察“叶片出现枯黄及斑点”和“烂根”现象得出“相同酸雨模拟液（pH 值为3）处理情况下，铜钱草根部对酸雨的承受能力大于叶片”的结论。通过讨论分析认为，第3 小组得出的结论并不充分，不具科学性。植物根和叶具有不同的生理功能，其受害后相互之间会产生一定的影响，例如根受害后，水和无机盐的吸收等生理功能受到影响，进而影响叶片的光合作用而导致叶片变黄。因此，二者（根和叶片）之间的受害程度不可比较，第3 小组成员将实验结论改为： 植物叶片和根部都会直接或间接受到酸雨的影响。

通过对实验方案的比对，第3 小组成员指出：各组的探究设计中，或是对根进行处理，或是分别对根和叶进行处理，未做到对根和叶同时进行处理。因而，第3 小组学生提出选用沉水植物继续进行“酸雨对植物不同部位的影响差异”的探究：一是沉水植物整植株均在水下，滴加模拟液后，可实现酸液同时作用于根和叶片； 二是借用显微镜观察滴加酸雨模拟液后根及叶片组织出现损伤的差异。 学生通过总结、反思与对比，能发现问题并提出相关改进优化建议，体现了学生对问题的深入研究和思考能力。

在本次“酸雨对铜钱草生长的影响”的实践教学中，教师不参与学生的方案设计、酸雨模拟液制备过程中，实现了学生自主完成模拟探究的目标。同时，教师仅对学生涉及方案进行适当的提示和完善，恰当的提示对学生科学实验素养和思路的培养具有点拨作用，这是本次教学实践探究的一大亮点。 可以说，本次“酸雨对铜钱草生长的影响”的实践教学取得了预期的效果。

通过“酸雨对铜钱草生长的影响”探究实验的教学实践，笔者深刻意识到：中学生物学课堂中的探究实验并不是纯粹的科学研究，其目的在于学生能通过自我学习，提出完整的实验探究内容、方案并进行实验操作，能针对实验结果进行分析、总结，就实验出现的问题进行优化改进，进而养成较好的科学素养和思考能力。 只有完成并达到这一教学目的，才能说明实验探究教学初步达到了预期目标。 对此，作为一线中学生物学教师，应注重和加强自身素养和自我能力的提升，使课堂教学素材不局限于教学，能灵活多变地提点和引导学生进行思考和探究。