生物七年级下册第四单元 生物圈中的人第13章 健康地生活第1节 健康及其条件教案

这是一份生物七年级下册第四单元 生物圈中的人第13章 健康地生活第1节 健康及其条件教案，共8页。教案主要包含了实验教学分析，实验器材，实验原理，实验教学目标，实验教学内容，实验教学过程，实验教学反思等内容，欢迎下载使用。

使用教材
北京师范大学出版社义务教育教科书生物学，初中，七年级下册。
二、实验教学分析
（一）教材分析
本节课内容属于北师大版《生物学》七年级下册第4单元生物圈中的人第13章《健康地生活》的第1节 《健康及其条件》里的“活动”，学生在前一节已经学习了健康含义以及拥有良好的生活习惯和生活方式是健康生活的保证。本次活动要通过探究“酒精对水蚤心率的影响”，帮助学生理解酗酒对人体健康的危害，从而认同选择健康生活方式的重要性。
《义务教育生物学课程标准（2022版）》中的教学建议强调：推进现代信息技术与教学深度融合，如教师可以运用互联网和数字设备，设计完成模拟实验，突破实验材料、实验时间和实验设备的限制，减少学习活动对材料、场地和设备等条件的依赖。本实验利用ImageJ软件精确测量水蚤心率，实现了信息技术与初中生物实验教学的深度融合，激发学生探究生命奥秘的兴趣。
（二）重要概念及事实性知识梳理
重要概念：个人的生活习惯与行为选择能对一生的健康产生积极或消极的影响。
支撑的次级概念及事实性知识：
A. 酗酒已经成为严重威胁人类身心健康的社会问题。
A1 酒精进入人体后，对心血管系统作用明显。
A2 过量饮酒（酗酒）会导致酒精中毒。
（三）学情分析
七年级学生对于家庭成员饮酒后的表现有一定认识，媒体宣传中看到过量饮酒的报道。
但是对于酗酒的危害，学生认识并不深，通过本次探究活动，帮助学生理解酗酒的危害。学生在初一年的学习中，已多次使用过显微镜，可以熟练操作；学生已多次利用实验法解决生物学问题，对实验法步骤的掌握有一定基础，所以这次的探究活动可以大胆让学生自主完成。
三、实验器材
麦克奥迪数码生物显微镜、安装ImageJ软件的电脑、普通载玻片、盖玻片、透明胶、吸管、量筒、烧杯、玻璃棒、500mL容量瓶、培养皿、广口瓶、镊子、脱脂棉、吸水纸、酒精、清水、水蚤、计时器。
实验创新要点
（1）教材中只建议5%、10%、15%、20%的酒精体积分数，本次活动增加了0.3%、0.5%、0.7%、1%、3%和高体积分数30%酒精的实验。
（2）就地取材两片盖玻片，改装后就能限制水蚤的活动范围。
（3）暗场环的使用让水蚤心率的观察变得极其清晰简单；开放条件由学生亲自动手制作暗场环，培养学生动手能力及利用知识解决实际问题的能力。
（4）ImageJ软件的使用改革了计数方法，使水蚤的心率实现了精准的定量化测量，极大提高准确率和效率；学生体会到信息技术与实验教学的深度融合。
五、实验原理
（1）暗视场显微镜：使用特殊的暗视场聚光器使照明光线偏移而不进入物镜，只有样品的散射光进入物镜，所以，在暗视场照明时，观察到的明暗像正好与明视场相反，在深暗色的背景上能够清晰地看到由散射光和反射光形成的明亮物体影像。
（2）利用ImageJ软件精确测量水蚤心率的原理：ImageJ软件是基于java的免费的功能强大的图像处理软件，它可以用来解决几乎与图像、视频处理相关的所有问题，广泛应用于生物学研究领域。将录制的水蚤心跳视频导入到ImageJ软件，当水蚤的心脏在跳动时，心脏区域视频画面的亮度会有轻微变化，通过ImageJ 软件捕捉该区域的亮度变化规律，即可算出心率。
六、实验教学目标
根据新课标、培养学生核心素养的内容要求和学业要求等，制定如下教学目标：
（1）设计实验，确保实验方案的有效性，学会控制实验变量、设置对照实验和重复实验等实验设计原则，体验科学探究的基本过程。（科学思维、探究实践）
（2）通过探究实验发展观察、比较、思维、分析、实验操作、合作创新能力，学会记录、分析和处理数据的方法。（生命观念、科学思维、探究实践）
（3）分析实验结果，说明不同体积分数的酒精对水蚤心率造成的影响，理解酗酒对健康的危害，养成健康的生活态度和行为习惯，从而认同良好生活习惯对人体健康的重要意义。（生命观念、探究实践、态度责任）
七、实验教学内容
探究不同体积分数的酒精对水蚤心率的影响，帮助学生理解酗酒对人体健康的危害，从而认同选择健康生活方式的重要性。为后续讨论生活方式与常见传染病的关系做准备。
八、实验教学过程
本活动是以项目式学习形式展开的实验教学，主要分为两课时的课堂活动和课外的自主探索两部分。第1课时是基于教材的提示，教师引导学生对实验方案进行设计和讨论；接着学生利用课外时间查阅资料，进入生物实验室实施实验，并对实验中发现的问题进行讨论、修正，不断改进，最终得出学生认为最完美的实验方案和实验结果；第2课时在课堂上以小组形式分享汇报实践探究过程和结果。
以下是具体的实验教学过程：
（一）第1课时课堂活动：设计实验方案
（1）情境激趣，引导探究。
教师出示两张图片资料:
1）某市一男子在某酒吧醉酒后急性酒精中毒，最终猝死。
2）“禁酒令”：国家对酒的生产和消费等有关行为的约束禁止。禁酒政策的出台常与饮酒所引发的社会问题及其有悖宗教戒律相关。
推测：过量饮酒可能会对人体有什么伤害？我们能否用实验方法探究？
引出课题：酒精对心率的影响
（2）合作讨论，设计实验
全班学生分组设计实验，每两个人为一组填写一份实践活动任务表，具体内容如下：
1）提出问题：不同体积分数的酒精对水蚤的心率有怎样的影响？
2）作出假设：酒精对水蚤的心率有_______（促进/抑制）作用。
3）设计实验：
基于教材的活动提示，学生观看水蚤的活动视频后，教师组织学生进行小组讨论，设计实验方案，提示学生注意思考以下问题：
①用哪些实验材料和器具？
②如何设置对照组？（清水/酒精）
③单一变量怎样控制？（不同体积分数的酒精）
④怎样观察计数心率？（计数15秒、1分钟？打点计数、录制视频慢放？）
⑤如何减少实验误差？（每只水蚤测三次，取平均值）
⑥怎样记录实验数据？（设计表格，如实记录）
（二）课外时间：查阅资料、实施实验
教师组织学生利用课外时间进入实验室实施实验的过程中，他们根据教材的建议，有的组未能得到预期的实验结果，有的学生在制作的水蚤临时装片时，因水蚤跑动太快而未能找到水蚤；有的学生在显微镜视野下找不到水蚤的心脏；有的学生反映水蚤心跳太快，根本来不及计数等。于是教师引导学生对实验过程和结果分析讨论，思考实验失败的原因，并将教材活动建议中存在的问题列出来（见表1）。
表1 教材的实验中出现的问题
根据以上的分析，学生将总项目拆解为4个子项目进行探究实验，分别是选择不同体积分数的酒精、限制水蚤活动范围的方法、水蚤心脏的观察和水蚤心跳次数的记录。
（1）子项目1：选择不同体积分数的酒精
根据教材的建议，只提供5%、10%、15%、20%四种酒精体积分数的实验，但是学生根据日常经验和资料查找，发现人们日常食用的啤酒的酒精体积分数通常在2%～5%之间；红酒的酒精体积分数通常在8%～15%之间；而普通白酒的酒精体积分数为40%-50%之间；由于啤酒的体积分数低于教材建议的5%，而白酒的高于教材建议的20%，为了更贴近生活实际，因此拓展了酒精体积分数的区间。学生在课外时间进入生物实验室后，根据老师提供的95%酒精，配制了0.3%、0.5%、0.7%、1%、3%、5%、10%、15%、20%、30%等10种体积分数的酒精。
（2）子项目2：如何限制水蚤的活动范围
水蚤为甲壳纲动物，其身体透明，体长不足5mm。在进入生物实验室具体实验操作时，学生根据自己的设计方案，用吸管吸1只不带仔的个大健壮的水蚤，放在载玻片中央的水滴中，用镊子取几根脱脂棉纤维覆在水滴上，在低倍镜下观察水蚤心脏的跳动。
在实验时许多学生发现了问题：水蚤在水滴中跑动太快，用脱脂棉确实能限制水蚤的活动范围，但是在显微镜视野中由于脱脂棉的存在，导致观察的视野杂乱，非常影响水蚤心脏的观察。有的学生就地取材，利用两片盖玻片黏贴在载玻片上，做出狭窄的通道来限制水蚤的活动范围，这样就能在显微镜下获得了无干扰又清晰的水蚤视野。
（3）子项目3：水蚤心脏的观察
通过自制的载玻片能观察到水蚤个体，但是由于水蚤个体微小，而且水蚤的心脏呈白色甚至透明，学生直接在普通显微镜下观察，他们发现视野大部分呈现白色，会造成水蚤的心脏和周围环境颜色比较接近，学生提出很难观察到水蚤心脏的跳动。于是学生作出思考：能否有办法使显微镜下的视野是暗的，而只有观察的物体是亮的？
学生在老师的帮助下，通过查找文献资料，找到了一篇发表在《电子显微学报》上的文章，解释了暗场显微技术，它是应用丁达尔现象，在阿贝聚光器下方加一环形暗场环，挡住中央部分光线，经过聚光器的环形光束在盖玻片内被全反射而不能进入物镜，形成暗现场，只有物体的散射光经物镜后成像，形成黑背景下的明亮影像。所以，在暗视场照明时在深暗色的背景上能够清晰地看到由散射光和反射光形成的明亮物体影像。
学生进一步查找资料，找到了许多不同形态的暗场环，并利用3D打印出部分的暗场环，如下图1、图2所示：
在这些暗场环中，学生挑选了一个简单的模型，查找制作方法，利用身边的材料进行手工制作，主要用到的材料有：等比例打印的暗场环A4纸、塑封机、塑封膜、圆规、剪刀和黑胶布。学生先将塑封膜过塑，用圆规量简单暗场环的外圈直径和黑色光档的直径，再用圆规切、剪刀剪下内外的小圆片，两者黏贴组合，就制成暗场环。然后学生在普通显微镜的聚光器下方的滤光片框上放置自制的暗场环，瞬间由明视场转换为暗视场，周围环境变成暗色调后，水蚤的内部结构却变得清晰，就能快速找到水蚤的无色心脏。
（4）子项目4：水蚤心跳次数的记录
教材活动建议通过“打点计数法”记录水蚤心跳次数，实际操作中，学生发现水蚤的心率太快，打的点容易重叠，时常来不及打点，导致误差大；有的学生发现可以先用麦克奥迪数码生物显微镜，配备网络数码互动实验系统，录制水蚤一分钟心跳的视频，再用软件剪辑慢速播放后再人工计数，于是学生录制了水蚤在不同体积分数的酒精里一分钟的心率视频，每只水蚤都要重复测量三次数据，学生又发现需要剪辑这么多的视频慢速播放，非常耗时耗精力、繁琐，而且工作量变大，计数仍会出现误差。
学生发出疑问：有没有什么电脑软件，可以实现自动计数心率呢？学生们咨询了信息学、数学等老师。老师推荐了一款名为“ImageJ”的软件，它是一款基于java的免费的功能强大的图像处理软件，它可以用来解决几乎与图像、视频处理相关的所有问题，广泛应用于生物学研究领域。当水蚤的心脏在跳动时，心脏区域视频画面的亮度会有轻微变化，通过ImageJ 软件捕捉该区域的亮度变化，即可算出心率。同学们学习了该软件的使用，发现ImageJ 软件在电脑上安装方便，而且操作步骤简单，实现了水蚤心率更高效、更精准的定量化测量。以下图3和图4是学生得到的水蚤在20%和30%酒精的心率图谱：
（三）第2课时课堂活动：小组分享汇报实践探究过程和结果
（1）小组分享
环节1. 小组分享汇报实践探究过程，每组以图片/视频展示重要环节和实验成果。
环节2. 对实验过程中相关问题进行讨论：如何限制水蚤活动范围、如何找到心脏、如何计数。
环节3. 小组pk赛+小组互评+教师评价，各小组公正地参照学生实践活动表上的五个等级的标准，在表格里填写“★”星评价等级（包括自评、他评和教师评价，各次评价的满分 5 颗★，统计所得★的总数量，最终评选出最佳小组。）
（2）汇总全班的实验数据，得出结果
教师在课前汇总全班小组用ImageJ软件测得的水蚤心率数据，在Excel 表格中自动计算平均值后，绘制酒精和水蚤心率关系图。请学生思考根据全班数据绘制的关系图和根据各小组的数据绘制的关系图是否有差异，引导学生理解，样本数量越多，其结果越准确。
（3）得出结论
根据全班数据绘制的酒精和水蚤心率关系图，得出结论：在一定范围内，随着酒精体积分数的增加，水蚤的心率先增加后减慢，当在30%酒精中超过10分钟后水蚤会死亡。
推论：虽然这个实验结果不能直接推广到人体，但也可以给我们带来一定的启示。请学生代表交流课前准备的关于“酗酒的危害”的资料，学生进一步了解酒精对人体健康的影响。
（4）表达与交流
提出进一步讨论的问题：既然酒精对健康不利，是不是绝对不能饮酒？
学生讨论，教师引导学生辩证地看待酒精对人体健康的影响，少量适量饮酒能促进血液循环，对健康有益（特别是对中老年人来讲）但酗酒对健康危害很大，应该坚决拒绝，养成健康的生活习惯。
九、实验教学反思、效果与评价
本活动采用项目式学习形式展开的实验教学，给予学生课堂和课外充分的自主探究实践的时间，提高了学生主动思考、发现问题并解决问题的能力，学生在不断发现问题并改进方法的过程中，创造性地设计了4个实验创新点，克服了诸如水蚤容易跑动、心脏跳动不易观察、手动计数误差大、实验数据处理繁琐、效率低等等缺点，改进后的水蚤观察更直观形象，课堂更高效，学生学习兴趣进一步高涨；此外本活动对ImageJ 软件的教育信息技术的有效使用，实现了水蚤心率更高效、更精准的定量化测量，使以学习者为中心的学习过程更具灵活性、交互性和针对性，从而使信息技术能更好地与实验教学深度融合。
今后改进的方向：
在显微镜连接计算机的基础上，利用人工智能技术自动调节显微镜的光线强弱、光圈大小；对显微镜进行改进，实现自动调节焦距、自动追踪水蚤等微小生物的观察视野。步骤
教材活动建议
出现问题
选择不同体积分数的酒精
只提供了5%、10%、15%、20%四种体积分数的酒精
由于啤酒的体积分数低于教材建议的5%，而白酒的高于20%，如果仅用教材建议的酒精体积分数做实验，不能很好地贴近生活实际
如何限制水蚤的活动范围
在放有水蚤的水滴中加几根脱脂棉纤维，可以限制水蚤的活动范围
水蚤在水滴中跑动太快，用脱脂棉确实能限制水蚤的活动范围，但是在显微镜视野中由于脱脂棉的存在，导致观察的视野杂乱，非常影响水蚤心脏的观察
观察水蚤心脏
在普通光学显微镜的低倍镜下观察水蚤心脏
水蚤的心脏呈白色甚至透明，学生直接在普通显微镜下观察，发现视野大部分呈现白色，会造成水蚤的心脏和周围环境颜色比较接近，学生很难观察到水蚤心脏的跳动
记录水蚤心跳次数
按水蚤心跳的速度在纸上用铅笔点点，然后再数纸上铅笔点的数目
水蚤的心率太快，学生打的点容易重叠，时常来不及打点，导致误差大
图1 不同形态的暗场环
图2 利用3D打印技术制作的暗场环
图3 水蚤在20%酒精的心率139次/分
图4 水蚤在30%酒精的心率119次/分