“檢驗(yàn)人體呼出氣體成分的變化”實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

徐永強(qiáng)

“檢驗(yàn)人體呼出氣體成分的變化”實(shí)驗(yàn)是義務(wù)教育教科書(shū)北師大版七年級(jí)《生物學(xué)》（下冊(cè)）第四單元第十章第一節(jié)“食物中能量的釋放”的重要實(shí)驗(yàn)。教材采用4個(gè)250 mL的廣口瓶作為實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)2組對(duì)照完成該實(shí)驗(yàn)。筆者參照教材方案操作，發(fā)現(xiàn)雖然方法簡(jiǎn)單、操作方便，但由于裝置氣密性差，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯。例如插入燃燒匙、倒入澄清石灰水時(shí)，口瓶開(kāi)口較大，瓶?jī)?nèi)、外氣體交換，增大了實(shí)驗(yàn)誤差，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯。此實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是控制裝置的氣密性，最大限度減少裝置內(nèi)、外氣體交換。在教學(xué)實(shí)踐中，筆者針對(duì)存在的問(wèn)題，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)制作了一個(gè)氣密性好、性能穩(wěn)定、透明直觀(guān)、操作方便、效果明顯的簡(jiǎn)易裝置，介紹如下。

1 裝置設(shè)計(jì)思路

裝置設(shè)計(jì)為長(zhǎng)17 cm×寬9 cm×高17 cm的雙層透明玻璃體。裝置中央設(shè)計(jì)隔板，將裝置平分為左、右兩部分（用于左、右對(duì)照）。裝置上端設(shè)計(jì)活動(dòng)蓋板2塊（左、右各1塊），蓋板中央有直徑為3 cm的插孔（用于插入導(dǎo)氣管或燃燒匙、注射器，增強(qiáng)裝置的氣密性），蓋板底部每邊距中央1 cm位置設(shè)計(jì)玻璃橫條（用于增加蓋板的穩(wěn)固性和裝置的氣密性）。

2 制作過(guò)程

2.1 制作材料、用具

無(wú)色透明玻璃（厚度為0.5 cm）、飲料吸管、燃燒匙、60 mL注射器、直徑約小于3c m橡膠塞、玻璃膠、502膠水、清潔球、玻璃刀、玻璃膠槍、打孔器、夾鉗、刀片、小刀、砂輪等。

2.2 裝置制作

2.2.1 裝置主體制作

① 底板玻璃1塊：長(zhǎng)17 cm、寬9 cm、高1 cm。

② 前、后板玻璃各1塊：長(zhǎng)17 cm、高15 cm。

③ 左、右側(cè)板玻璃各1塊：寬7 cm、高15 cm。

④ 中央隔板玻璃1塊：寬7 cm、高15 cm。

⑤ 活動(dòng)蓋板玻璃2塊：長(zhǎng)9 cm、寬8.5 cm。蓋板中央制作直徑為3 cm的插孔，蓋板底部每邊距中央1 cm位置粘貼玻璃橫條。

2.2.2 裝置配件（圖1）制作

① 導(dǎo)氣管制作：取1個(gè)橡膠塞，在橡膠塞中央制作小孔；取1支飲料吸管，用小紙條堵塞吸管口，將飲料吸管插入橡膠塞小孔中，制作成1支帶橡膠塞的導(dǎo)氣管。

② 燃燒匙制作：取2個(gè)橡膠塞，在橡膠塞中央制作小孔；取2個(gè)燃燒匙，分別插入兩個(gè)橡膠塞小孔中，制作成2個(gè)帶橡膠塞的燃燒匙。

③ 注射器制作：取2個(gè)橡膠塞，在橡膠塞中央制作小孔，取2支注射器，分別將注射器針部插入兩個(gè)橡膠塞小孔中，制作成2支帶橡膠塞的注射器。

2.3 裝置組裝

2.3.1 裝置主體組裝

將底板玻璃1塊，前、后板玻璃各1塊，左、右側(cè)板玻璃各1塊，中央隔板玻璃1塊組合；蓋上左、右活動(dòng)蓋板；左側(cè)蓋板插孔插入橡膠塞，右側(cè)蓋板插孔插入導(dǎo)氣管。組裝模型如圖2所示。

2.3.2 “檢驗(yàn)二氧化碳”裝置組裝

取下裝置左側(cè)蓋板中的橡膠塞，取下裝置右側(cè)蓋板中的導(dǎo)氣管，將2支注射器分別插入左、右插孔，如圖3所示。

2.3.3 “檢驗(yàn)氧氣”裝置組裝

取下裝置左側(cè)蓋板中的橡膠塞，取下裝置右側(cè)蓋板中的導(dǎo)氣管，將2支燃燒匙分別插入左、右插孔，如圖4所示。

3 操作步驟

（1） 收集氣體：

① 在裝置正面左側(cè)貼上標(biāo)簽“新鮮空氣”，右側(cè)貼上標(biāo)簽“呼出氣體”；② 取下裝置左側(cè)蓋板，將裝置放置在空氣中3 min后，蓋上蓋板；③ 取出右側(cè)導(dǎo)氣管口的小紙條，向裝置內(nèi)連續(xù)多次吹氣后堵塞管口。

（2） 檢驗(yàn)二氧化碳?xì)怏w：

① 取下左側(cè)蓋板中的橡膠塞，取下右側(cè)蓋板中的導(dǎo)氣管；② 將2支注射器分別迅速插入左右插孔；③ 分別取出注射器抽取50 mL澄清石灰水注入裝置；④ 輕輕震蕩裝置。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：新鮮空氣裝置內(nèi)的石灰水仍清澈透明，人體呼出氣體裝置內(nèi)的石灰水變渾濁。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：新鮮空氣中二氧化碳?xì)怏w含量低，呼出氣體中二氧化碳?xì)怏w含量高，說(shuō)明人體進(jìn)行呼吸作用產(chǎn)生了二氧化碳?xì)怏w。

（3） 檢驗(yàn)氧氣：

① 將2支點(diǎn)燃的蠟燭分別放入2支燃燒匙；② 取下裝置左、右蓋板中的注射器；③ 迅速將燃燒匙插入左、右插孔；④ 觀(guān)察蠟燭燃燒情況。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：呼出氣體裝置內(nèi)燃燒的蠟燭火光小，且立即熄滅；新鮮空氣裝置內(nèi)燃燒的蠟燭火光大，燃燒時(shí)間較長(zhǎng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：新鮮空氣中氧氣含量高，人體呼出氣體中氧氣含量低，說(shuō)明人體進(jìn)行呼吸作用消耗了氧氣。

4 裝置的優(yōu)點(diǎn)

① 裝置為長(zhǎng)方體，穩(wěn)固性強(qiáng)，無(wú)安全隱患；② 裝置無(wú)色透明，實(shí)驗(yàn)直觀(guān)；③ 裝置氣密性好，最大限度減少實(shí)驗(yàn)誤差，實(shí)驗(yàn)效果十分明顯；④ 裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、操作方便；⑤ 裝置制作容易，適于教學(xué)中推廣應(yīng)用。