多媒體教室二氧化碳含量的測定實驗研究
——利用手持技術(shù)的化學(xué)研究性學(xué)習(xí)案例

汪 偉，趙春輝

(通化師范學(xué)院 化學(xué)系，吉林 通化134001)

1 研究背景

教育部制訂的《全日制義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(試驗稿)》中提出：“化學(xué)實驗是進行科學(xué)探究的主要方式，它的功能是其他教育手段無法代替的……教師要注意改進傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，精心設(shè)計各種探究性的實驗，促使學(xué)生主動地學(xué)習(xí)，逐步學(xué)會探究”，“讓學(xué)生有更多的機會主動地體驗探究過程，在知識的形成、聯(lián)系、應(yīng)用過程中養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度，獲得科學(xué)的方法，在做科學(xué)探究實驗中逐步形成終身學(xué)習(xí)的意識和能力”.在此背景下，研究性學(xué)習(xí)已步入課堂，而化學(xué)實驗教學(xué)以它的實驗性和實踐性，蘊藏著豐富的素材，是學(xué)生進行研究性學(xué)習(xí)的很好載體.手持技術(shù)與化學(xué)實驗探究式教學(xué)的結(jié)合，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更好地理解理論教學(xué)內(nèi)容，而且能培養(yǎng)學(xué)生的實驗、觀察、思維、自學(xué)等多方面能力，多媒體教室二氧化碳含量的研究，以學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境為出發(fā)點，貼近學(xué)生的生活實際，是利用手持技術(shù)進行化學(xué)研究性學(xué)習(xí)的典型案例.

2 設(shè)計原理

二氧化碳是無色、無臭的氣體，高濃度時略帶酸味，在空氣中二氧化碳約占總體積的0.03%，比重1.524，極易溶于水.它每時每刻都存在于空氣中，圍繞在我們身邊，人在生命活動中需要消耗氧氣，呼出二氧化碳.在多媒體教室上課時，由于學(xué)生人數(shù)多，座位密集，空氣流通情況往往較差，二氧化碳濃度會有一定的變化.正常情況下吸入一定量的二氧化碳對人體是無害的，可是當(dāng)它在我們身邊的含量過高時，對我們會有什么影響呢？若教室中的二氧化碳含量過高時，會不會影響學(xué)生的正常學(xué)習(xí)活動呢？這些都是學(xué)生比較感興趣的研究性課題.

本研究在多媒體教室進行，儀器的選用是否合適是實驗成功的重要因素.在研究過程中，我們采用了手持技術(shù)儀器.手持技術(shù)，又稱掌上技術(shù)，它由數(shù)據(jù)采集器和傳感器或探頭以及配套軟件組成的采集系統(tǒng)組成，能夠定量采集各種常見數(shù)據(jù)與多媒體電腦相連接的實驗技術(shù)系統(tǒng).應(yīng)用手持技術(shù)能進行大量的數(shù)據(jù)采集、定量的科學(xué)探究.其優(yōu)點在于：儀器體積小(可在手掌上操作)而精密，便攜、實時、準(zhǔn)確、綜合、直觀等.其中，便攜、自動化操作及實時保存這三大優(yōu)點對實驗的成功具有非常大的幫助，可以在占用空間小(不影響正常教學(xué))的條件下進行隨時隨地的研究活動.

傳統(tǒng)教學(xué)一般只能開展教師為主體的知識傳授型教學(xué)活動，不利于學(xué)生的交流和發(fā)展，而以手持技術(shù)為主要構(gòu)成要素的研究性學(xué)習(xí)，降低了實驗難度，學(xué)生可以按照自己的想法，去探究身邊的化學(xué)知識，從而培養(yǎng)學(xué)生量化的觀念、創(chuàng)新的意識，以及努力發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并能夠嘗試使用現(xiàn)代化技術(shù)解決新問題的能力.同時，這種研究性學(xué)習(xí)能隨時進行，并兼顧課內(nèi)和課外，使學(xué)生由過去的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的主動而有趣的探索和研究.

3 研究過程

3.1實驗儀器

Fourive數(shù)據(jù)采集器2個，見圖1；二氧化碳氣體傳感器2個，見圖2；數(shù)據(jù)線2條.

圖1 核心儀器-數(shù)據(jù)采集器 圖2 二氧化碳氣體傳感器

3.2步驟設(shè)計

(1)選定一個可以容納百人并且全天有同學(xué)上課的多媒體教室；

(2)在關(guān)閉門窗上課的條件下，測量一天中選定的多媒體教室內(nèi)上課前和上課后的二氧化碳含量的變化.測量時間分別為8:00am，9:40am，11:40am，1:10pm，2:50pm，4:50pm.

(3)在同一個多媒體教室中，打開門窗上課的情況下，測量一天中上課前和上課后的二氧化碳含量的變化.測量時間同上.

(4)整理實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果.

3.3實驗結(jié)果

圖3 測量顯示結(jié)果曲線

3.4結(jié)果分析及改善措施

從以上實驗結(jié)果可以看出，在每一個測量時間點上，關(guān)閉門窗上課時室內(nèi)二氧化碳含量都明顯高于打開門窗上課時二氧化碳含量.

二氧化碳作為空氣中不可缺少的組成成份，在自然界的循環(huán)中起著重要的作用.二氧化碳本身沒有毒性，但當(dāng)空氣中的二氧化碳超過正常含量時，對人體會產(chǎn)生有害的影響.人多的封閉環(huán)境中二氧化碳的含量往往會高于正常值，如多媒體教室中就很容易發(fā)生二氧化碳含量高于正常值的情況.二氧化碳對人體的危害最主要的是刺激人的呼吸中樞，導(dǎo)致呼吸急促，并且會引起頭痛、神智不清等癥狀.二氧化碳在新鮮空氣中含量約為0.03%.人生活在這個空間，不會受到危害，如果室內(nèi)聚集著很多人，而且空氣不流通，或者室內(nèi)有煤氣、液化石油氣及煤火爐燃燒，使空氣中氧氣含量相對減少，產(chǎn)生大量二氧化碳，室內(nèi)人員就會出現(xiàn)不同程度的中毒癥狀.

關(guān)于二氧化碳在室內(nèi)空氣中最大允許含量，各國尚無統(tǒng)一規(guī)定，日本規(guī)定室內(nèi)空氣中二氧化碳含量為0.15%時為換氣標(biāo)準(zhǔn).根據(jù)空氣中CO2的含量與產(chǎn)生的相應(yīng)癥狀如下：

2.5%經(jīng)數(shù)小時無任何癥狀；

3.0%無意識地呼吸次數(shù)增加；

4.0%出現(xiàn)局部刺激癥狀；

6.0%呼吸量增加；

8.0%呼吸困難；

10.0%意識不清，不久導(dǎo)致死亡；

20.0%數(shù)秒后癱瘓，心臟停止跳動.

根據(jù)實驗得到的結(jié)果，并依據(jù)中小學(xué)校教室換氣標(biāo)準(zhǔn)，各個實驗觀測點二氧化碳的含量均已達到換氣標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)閉門窗上課時室內(nèi)二氧化碳的最高含量是3.41%，已經(jīng)達到了對人體產(chǎn)生危害的含量，建議多媒體教室換氣方式如下：

(1)教室在建筑設(shè)計時，應(yīng)采用氣窗、通風(fēng)道等自然換氣方式.

(2)氣窗的開口面積不得少于1/50-1/60，應(yīng)設(shè)于窗上的1/3處，便于開啟.

(3)嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)應(yīng)設(shè)通風(fēng)道，通風(fēng)道不應(yīng)少于2個，斷面尺寸不應(yīng)低于130mm×260mm，室內(nèi)開口于墻上方或頂棚下，應(yīng)裝有可開閉的活門.

(4)溫暖季節(jié)宜實行全日開窗的方式換氣.寒冷季節(jié)在課前和課間休息期間宜利用教室和走廊的氣窗換氣，學(xué)生必須離開教室，到室外活動.

利用手持技術(shù)的化學(xué)研究性學(xué)習(xí)活動，使學(xué)生不再受時間、空間的限制而享有充分的探究空間.學(xué)生可不必模仿老師，只需掌握簡單的操作就能自主進行科學(xué)探究.將手持技術(shù)引入化學(xué)實驗探究式教學(xué)，既體現(xiàn)了探究過程是以實驗為基礎(chǔ)，又充分發(fā)揮了學(xué)生的自主性和創(chuàng)造性，使學(xué)生在教學(xué)過程中處于主體地位，有利于培養(yǎng)其創(chuàng)新思維以及發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的能力.同時學(xué)生采集和處理數(shù)據(jù)的能力也得到了鍛煉，二者的結(jié)合使學(xué)生實實在在體會到了科學(xué)探究的真諦.

參考文獻：

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