多點(diǎn)改變，多點(diǎn)精準(zhǔn)
——“驗(yàn)證呼出的氣體含有較多的二氧化碳”實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)與創(chuàng)新

■長沙市長郡芙蓉中學(xué) 程友維 陳水章

“驗(yàn)證呼出的氣體含有較多的二氧化碳”是舊版人教版生物教材七年級下冊中安排的一個(gè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，在新版人教版教材七年級下冊第三章第二節(jié)的“想一想，議一議”中也出現(xiàn)了。

實(shí)際教學(xué)中，恢復(fù)原來的演示實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生直觀地感受到呼出的氣體含有較多的二氧化碳，從而引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑：為什么呼出的氣體含有較多的二氧化碳？增加的二氧化碳來自哪里？繼而引出吸入的氣體在肺部、組織細(xì)胞處發(fā)生的變化。通過實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、導(dǎo)入新課，為本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)作鋪墊，具有非常重要的意義。

一、原實(shí)驗(yàn)裝置的不足

舊版人教版教材中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，該裝置存在以下不足。

圖1

1.實(shí)驗(yàn)時(shí)，需反復(fù)交替用手捏不同的橡皮管，容易捏錯(cuò)，導(dǎo)致將石灰水吸入口中，甚至嗆入氣管，對身體造成危害，降低學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣。

2.通入兩瓶澄清石灰水中的氣體的量不易保持一致。

3.澄清石灰水變混濁是一種由淺到深的動(dòng)態(tài)過程，判斷的標(biāo)準(zhǔn)無法統(tǒng)一。

二、改進(jìn)方案

（一）控制氣流的大小

1.所需材料

帶膠塞的錐形瓶2個(gè)，橡皮管3根，Y形管1根，細(xì)嘴長滴管1支，玻璃管4根。

2.裝置結(jié)構(gòu)

如圖2所示，將兩個(gè)錐形瓶分別標(biāo)號為甲、乙，在標(biāo)簽紙內(nèi)側(cè)各寫一個(gè)“上”字，要求能從錐形瓶的對側(cè)看清字。去掉一支干凈細(xì)嘴長滴管上的膠頭，將細(xì)嘴口插入Y形管，通向?qū)嶒?yàn)者嘴的一端的橡皮管。其他部分與原裝置相同。

圖2

3.改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置原理

長滴管的細(xì)嘴口能有效控制吸入、呼出氣流的大小。

4.操作方法

抑制住鼻子的呼吸，用口對準(zhǔn)Y形管吸氣、呼氣，直至其中一瓶澄清石灰水變渾濁，看不到“上”字為止。

5.改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)

（1）可以控制氣流的大小，避免因誤操作而將澄清石灰水吸入口腔。

（2）對澄清石灰水變渾濁程度的判斷有較明確的參照點(diǎn)（以透過石灰水看不到“上”字為準(zhǔn)），使實(shí)驗(yàn)更精準(zhǔn)。

6.改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)裝置的不足

通入兩瓶澄清石灰水中的氣體的量不易保持一致。

（二）遵循單一變量原則

1.所需材料

水杯2個(gè)，橡皮管3根，502膠1支，鐵絲若干，Y形管1根，單向閥3個(gè)，硬塑料管1根，廢筆芯、筆桿若干，塑料彈珠1個(gè)，老梅丹瓶2個(gè)。

2.裝置構(gòu)造

如圖3、圖4，在上、下兩個(gè)水杯瓶蓋的相應(yīng)位置各鉆一個(gè)孔，通過廢筆管連通，下端接一根長塑料管，接口處用膠密封。在下水杯一側(cè)的上端鉆一個(gè)孔，與Y形管連通，用膠密封。

將兩個(gè)老梅丹瓶分別標(biāo)號為A和B，在標(biāo)簽內(nèi)側(cè)各寫一個(gè)“上”字，要求從瓶的對側(cè)可以看清字。在A、B兩個(gè)瓶的瓶蓋上分別鉆兩個(gè)孔。

B瓶其中一個(gè)孔直接與空氣相通，另一個(gè)孔的上端通過橡皮管連接Y形管的一端，下端通過長塑料管插入B瓶。Y形管的另一端也通過橡皮管連接一根吹氣管，在此橡皮管中間安裝一個(gè)單向閥1，閥1的氣流方向由吹氣管流向下水杯。在B瓶與Y形管相連的橡皮管中塞入一個(gè)彈珠，構(gòu)成彈珠閥2，閥2在通常情況下處于關(guān)閉狀態(tài)。

A瓶其中一個(gè)孔通過橡皮管與上水杯相連，在此橡皮管中間安裝一個(gè)單向閥3，通過閥3的氣流由A瓶流向上水杯。另一個(gè)孔的上端與空氣相通，下端連接長塑料管。在上水杯的上方安裝一個(gè)單向閥4，可排出上水杯中的氣體。

3.改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置原理

（1）向下水杯吹氣，下水杯的水會(huì)通過長塑料管被壓入上水杯，使下水杯液面下降，上水杯液面上升。

圖3 結(jié)構(gòu)圖

圖4 實(shí)物圖

（2）打開閥2，上水杯中的水流回下水杯，下水杯液面上升，將呼出氣體排入B瓶澄清石灰水中，上水杯液面下降，導(dǎo)致等量新鮮空氣經(jīng)過A瓶澄清石灰水進(jìn)入上水杯(上水杯中的水下降的體積等于下水杯中的水上升的體積，即上水杯吸入的氣體量等于下水杯排出的氣體量，保證通入兩瓶澄清石灰水的氣體量相等)。

4.操作方法

（1）向下水杯中加滿水。

（2）向下水杯中吹氣，下水杯中的水會(huì)通過長塑料管被壓入上水杯，待下水杯中的液面下降到一定位置后停止吹氣。這時(shí)，下水杯液面上方的空間可收集呼出的氣體。

（3）向A、B瓶中分別倒入等量的澄清石灰水，連接在裝置上。

（4）打開閥2，讓上水杯中的水流回下水杯。下水杯水位上升，將下水杯中呼出的氣體排入B瓶澄清石灰水中，上水杯水位下降，等量的新鮮空氣經(jīng)過A瓶澄清石灰水進(jìn)入上水杯。待A、B兩瓶其中一瓶透過石灰水看不到“上”字時(shí)，立刻松手關(guān)閉閥2。

5.改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)

（1）吸入與呼出的氣體量體積相同，遵循了對照實(shí)驗(yàn)的單一變量原則。

（2）對澄清石灰水變渾濁的程度的判斷有了較明確的參照點(diǎn)（以透過石灰水看不到“上”字為準(zhǔn)），使實(shí)驗(yàn)更精準(zhǔn)。

（3）實(shí)驗(yàn)過程中只需要吹氣，無需反復(fù)交替吸氣與吹氣，能避免操作者誤吸入澄清石灰水。

（4）同時(shí)向兩瓶澄清的石灰水中通入“呼出的氣體”和“吸入的氣體”，便于對比觀察。