人教版新教材高中生物《必修3》第五章四种植物对不同水体中氮去除效果的探究

《四种植物对不同水体中氮去除效果的探
究》说课稿
一、选题由来
人教版新教材高中生物《必修3》第五章中涉及生物与无机环境
相互作用而形成统一整体，本课题为课本 实验的补充与延伸。
“十九大”报告中习近平总书记明确提出了“绿水青山就是金山
银山”， 将生态环境保护又上升到一个新的高度。我们武汉市第二十
三中学位于墨水湖湖畔，墨水湖水污染是我们 关心的问题。我校蒲公
英生物社团开展了水质监测，在前期的调查中我们发现墨水湖反复治
理反 复污染，富营养化仍较严重，其中氮元素影响最大。水生植物可
吸收利用水体中的氮，降低水体中的氮含 量，从而净化水质。然而，
不同植物对污水中的氮元素去除效果不尽相同，我们希望筛选出适合
本地区的植物来去除污水中的氮，因此确立了这个课题。
【教学目标】
生命观念 建立稳态与平衡观、结构与功能观，形成科学的世界
观。
科学思维 崇尚严谨的求知态度，运用科学的思维方法解决实际
问题。建构数学模型，发展创造性思维。
科学探究 在科学探究过程中，掌握科学探究的基本思路和方法，
提高实践能力。
社会责任 形成生态意识，参与环境保护实践。
二、学情分析
这项课题在蒲公英生 物社团高二年级学生中开展，他们兴趣浓
厚，并具有相关理论知识和一定的实验操作经验，依托我校数字 化实
验室开展探究活动。我校实验室拥有数码显微镜、高压蒸汽灭菌锅、
恒温光照培养箱、数字 化探究实验仪器箱等先进设备。
三、实验原理及设计思路
【实验目的】 为了筛选去除氮元 素效果好的水生植物，并探究
不同植物与污染物去除之间的联系。我们选取4种湖北省常见的水生
植物：睡莲、香菇草（铜钱草）、金鱼藻、莼菜作为研究对象。在实
验室条件下，重点探究4种植物对 于不同水体中氨氮的去除效果。
【实验原理】 生物与环境相互作用，一方面水生植物可吸收利用水体中的氮，降低富营养化水体中的氮含量（主要探究氨氮的变
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化），从而净化水质。氨氮是指水中以游离氨（NH
3
）和铵离子（NH
4< br>+
）
形式存在的氮。另一方面水体中的氮元素也会对各种植物的生命活动
（如光 合作用）造成影响。
引导学生发散思维，深入思考，设计实验方案。
如何设置对照实验？引导学生分析逐步完善实验设置：
对照组 清水+植物
实验组 湖水+植物
对照组 清水+植物
实验组 湖水+植物
实验组 模拟污水+植物
对照组 清水+植物
实验组 湖水+植物
实验组
要练说，先练胆。说 话胆
小是幼儿语言发展的障
碍。不少幼儿当众说话时
显得胆怯：有的结巴重复，
面红耳赤；有的声音极低，
自讲自听；有的低头不语，
扯衣服，扭身子。总之，
说话 时外部表现不自然。
我抓住练胆这个关键，面
向全体，偏向差生。一是
和幼儿建立和谐 的语言交
流关系。每当和幼儿讲话
时，我总是笑脸相迎，声
音亲切，动作亲昵，消除< br>幼儿畏惧心理，让他能主
动的、无拘无束地和我交
谈。二是注重培养幼儿敢
于当 众说话的习惯。或在
课堂教学中，改变过去老
师讲学生听的传统的教学
模式，取消了先 举手后发
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言的约束，多采取自由讨
论和谈话的形式， 给每个
幼儿较多的当众说话的机
会，培养幼儿爱说话敢说
话的兴趣，对一些说话有困难的幼儿，我总是认真
地耐心地听，热情地帮助
和鼓励他把话说完、说好，
增强 其说话的勇气和把话
说好的信心。三是要提明
确的说话要求，在说话训
练中不断提高， 我要求每
个幼儿在说话时要仪态大
方，口齿清楚，声音响亮，
学会用眼神。对说得好的
幼儿，即使是某一方面，
我都抓住教育，提出表扬，
并要其他幼儿模仿。长期
坚持，不断训练，幼儿说
话胆量也在不断提高。模
拟污水A（低浓度）+植物
实验组 模拟污水B（高浓度）+植
物
如何控制无关变量？学生讨论得出可能存在微生物对实验结果< br>的干扰。我们将实验用水煮沸冷却至室温后再进行后续实验操作，从
而排除水体中微生物呼吸作用 。
尽管实验前我们进行了灭菌处理，但植物在开放的体系中培养，
空气中的微生物也会在水体 中大量繁殖，可能对实验结果造成影响。
实验设置进一步调整为：
对照组 对照组 清水
课本、报刊杂志其
中的成语、名言实
警句等俯首皆,
是,但学生写作任
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文运用到文章
中的甚少,即使
运用也很难做
到恰如其分。为
什么?还是没有
彻底“记死”的
缘故。要解决这
个问题,方 法很
简单,每天花3-5
分钟左右的时
间记一条成语、
一则名言警句
即可。可以写在
后黑板的“积累
专栏”上每日一
换,可以在每天
课前的3分钟 让
学生轮流讲解,
也可让学生个
人搜集,每天往
笔记本上抄写,
教师 定期检查
等等。这样,一年
就可记300多条
成语、300多则
名言警句,日 积
月累,终究会成
为一笔不小的
财富。这些成语
典故“贮藏”在
学生 脑中,自然
会出口成章,写
作时便会随心
所欲地“提取”
何
一
门
学
科
都
离
不
开
死
记
硬
背
,
关
键
是
记
忆
有
技
巧
,
“
死
记
”
之
后
会
“
活
用
”
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实验组
出来,使文章增
色添辉。清水+
植物

语文课本中的
文章 都是精选
的比较优秀的
文章,还有不少
名家名篇。如果
有选择循序渐
进地让学生背
诵一些优秀篇
目、精彩段落,
对提高学生的
水平会大有裨
益。现在,不少语
文教师在分析
课文时,把文章
解体的支离破
碎,总在文章 的
技巧方面下功
夫。结果教师费
劲,学生头疼。分
析完之后,学生
收 效甚微,没过
几天便忘的一
干二净。造成这
种事倍功半的
尴尬局面的关
键就是对文章
读的不熟。常言
道“书读百遍,其
义自见”,如果有
目的、有 计划地
。
不
记
住
对照组
那
些
基
础
知
识
,
怎
么
会
向
高
层
次
进
军
?
尤
其
是
语
文
学
科
涉
猎
的
范
围
很
湖水
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实验组
实验组
引导学生反复
阅读课文,或细
读、 默读、跳读,
或听读、范读、
轮读、分角色朗
读,学生便可以
在读中自然领< br>悟文章的思想
内容和写作技
巧,可以在读中
自然加强语感,
增强语言的 感
受力。久而久之,
这种思想内容、
写作技巧和语
感就会自然渗
透到 学生的语
言意识之中,就
会在写作中自
觉不自觉地加
以运用、创造和
发展。湖水+植
物
模拟污水A+植
物
模拟污水B+植
物
广
,
要
真
正
提
高
学
生
的
写
作
水
平
,
单
靠
分
析
文
章
的
写
作
对照组
技
巧
对照组
是
远
远
不
够
的
,
必
模拟污水A
模拟污水B
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须
从
基
础< br>知
识
抓
起
,
每
天
挤
一
点< br>时
间
让
学
生
“
死
记
”
名< br>篇
佳
句
、
名
言
警
句
,
以< br>第7页共12页

及
丰
富
的
词
语、
新
颖
的
材
料
等
。
这
样,
就
会
在
有
限
的
时
间
、空
间
里
给
学
生
的
脑
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海
里
注
入
无
限
的
内
容
。
日
积
月
累
,
积
少
成
多
,
从
而
收
到
水
滴
石
穿
,
绳
锯
木
断
的
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功
效
。
【实验设备及药品】 无色透明塑料瓶、氨氮试剂盒 （氨氮测试
试剂一、试剂二、比色卡)、数字化探究实验仪器箱（CO
2
传感器、O
2
传感器）、硫酸氨、容量瓶、滴管、烧杯等。
【实验装置的改进】 在瓶盖上钻孔，加垫圈保证其气密性。将
CO
2
传感器 、O
2
传感器固定在培养瓶的瓶盖上，便于定期测量CO
2
、
O2
的变化。
四、实验过程
【前期准备】 我们录制了微课视频，学生通过平板观看微课了
解实验仪器及使用方法。查阅植物处理污水的相关文献。
【实验步骤】 取样→称量（植物）→制备溶液→消毒及灭菌→
前测→培养→后测（定期）→整合数据
【实验方法】 选取芳草路段墨水湖湖水（1mg·L
-1
氨氮）为研
究对象，并以目前武汉城市污水中氮平均值为参考， 设计模拟污水
A（0.5 mg·L
-1
氨氮）和模拟污水B（2 mg·L
-1
氨氮）。
氨氮的浓度采用比色法，使用试剂盒测定。
污水中污染物的去除率% =(C
0
-C
i
)C
0
×100%。其中，C
0
为开始
时的浓度，C
i
为第 i 天的浓度。
实验于2019年5月至 2019年6月进行，历时5周。每个培养
瓶水样1 000mL，选用生长状况相同且良好的植物，生物量（鲜重）
均为10g±0.5g。所有培养瓶在恒 温光照培养箱中光照8小时、黑暗
16小时处理。实验过程中每三天测定水体中氨氮浓度以及监测装置< br>中的CO
2
、O
2
的变化，采样在中午12：00-13:00进行。 将传感器与
电脑连接，应用数字化实验配套软件进行实时分析。
五、实验结果及分析
以下展示部分实验结果：
从以上结果可看出4种植物对于不同水体中的氮均有一定的去
除效果。在模拟污水A和湖水中，睡莲的去除效果最好，其次是香
菇草。启发学生思考这是什么原因？ 学生通过观察得出这可能与他们
的通气组织更发达有关，根部易获得氧气，有利于氮元素的吸收，这与我们利用传感器测得的数据相符，也体现了生物体的结构和功能相
适应。模拟污水B中，香菇草的 氨氮去除效果最好，其次是睡莲。
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又启发学生思考为什么同 一种植物在不同水体中氨氮去除效果不同，
可能与植物对氮的耐受能力，繁殖特点及生物量有关。 实验组与相应未加植物的对照组相比，氨氮的去除率在实验期间
明显上升，这可能与该时期气温较高 微生物大量繁殖也对氮元素有一
定去除效果。因此，可利用植物与微生物的共生关系，如依靠植物根系的吸收、微生物的硝化、反硝化等共同作用固氮，达到“1+1＞2”
的净化效果。
尽 管香菇草在不同水体均有明显清除氨氮的作用，考虑其有很强
的侵占能力，不建议作为净化水质的植物， 而推荐种植去除氨氮效果
好且具有观赏价值的植物——睡莲。
我们在研究过程中还发现金鱼 藻在不同水体中培养相同时间后
培养瓶中CO
2
浓度呈现出如下规律：模拟污水B组明 显低于模拟污
水A组和湖水组，间接说明了较高浓度无机氮可促进金鱼藻的光合
作用，这与文献 报道的金鱼藻是喜氮作物相符。
【成果应用】
由江晶、杨梅两位老师指导张波、李茜、郑思 敏三名学生应用本
研究的成果——污水处理反应器，参加2019年第十六届全国中学生
水科技 发明比赛暨斯德哥尔摩青少年水奖中国区选拨赛，获二等奖。
该成果利用多种植物与微生物的共生作用过 滤污水，降低污水中的氨
氮。
六、效果评价及反思
1、这个课题非教材原有实验， 是课本实验的延伸和补充。围绕
身边水资源开展环保项目研究，立足解决生活中的实际问题，选题新颖。重点探究了植物生命活动对环境的影响，增进学生对生物技术应
用的了解，以开拓学生的视野。
2、作为我校生物社团长期研究的项目，在研究中锻炼学生的思
维品质、磨练意志，学生不仅掌 握科学探究的基本思路和方法，而且
培养了动手操作（包括自制实验仪器）、分析数据等科学探究的能力 ，
增强社会责任感，学生的核心素养得到提升，实验数据为环保等部门
提供参考，对社会贡献了 一点力量。
3、我们引导学生自主设计实验方案。既重视定性分析，又重视
定量分析。充分利 用了数字化的实验仪器与互联网结合，成本低，大
大提高了数字化探究实验仪器的使用频率，对其他兄弟 学校有借鉴作
用，值得推广。
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4、污染物的去除 是长期的过程，本课题受实验条件以及学生学
习时间的限制，植物的种植规模有限，且只讨论了四种植物 ，实际可
能还有比睡莲去除氮效果更好的且适合湖北本地种植的植物，有待进
一步探究。
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