“验证呼出的气体含有较多的二氧化碳”实验装置的改进与创新

摘  要：实验教学是生物教学的一个重要手段，可以有效的培养学生综合的科学素质。但是，课本中安排的实验，有时会有不尽如人意的地方，这时，就需要师生一起对实验装置进行改进与创新。在这个过程，可以充分利用生活中的一些材料甚至是废旧物品来进行实验，培养学生的环保意识。通过对实验的改进与创新，可以加强学科之间的交叉、联系，让学生将所学的知识进行有机整合并学以致用。

关键词：呼出气体  吸入气体  实验装置的改进  创新 

“验证呼出的气体含有较多的二氧化碳”，是旧人教版教材七年级下册中，安排的一个验证实验。在新人教版教材七年级下册，第三章第二节的“想一想，议一议”。实际教学中，恢复原来的演示实验，能让学生直观的感受到，呼出的气体含有较多的二氧化碳，引导学生质疑：为什么呼出的气体含有较多的二氧化碳，增加的二氧化碳哪来的？从而引出吸入的气体在肺部、组织细胞处发生的变化。通过实验激发学生的学习兴趣导入新课，为本节内容的学习作铺垫，具有非常重要的意义。

一、 教材中原实验装置

在旧人教版教材第四单元第三章第二节《发生在肺内的气体交换》，设计的实验装置如图所示。

（一）原装置构造：甲乙两锥形瓶装等量澄清石灰水，分别用插有一长、一短两根玻璃管的胶塞塞住。再准备一个Y形管，连接上两根橡皮管。一根橡皮管与乙瓶长玻璃管相连；另一根橡皮管与甲瓶短玻璃管相连。

（二）原装置操作方法：抑住鼻的呼吸，用口对准Y形管吸气、呼气。吸气时，左手捏紧通往乙瓶的橡皮管，右手松开；呼气时，右手捏紧通往甲瓶的橡皮管，左手松开。这样反复交替用手捏不同的橡皮管进行实验，直至其中一瓶澄清石灰水变浑浊。

（三）原装置的优点：实验现象明显，甲乙两瓶可以进行对比来观察实验结果。通过实验学生能认识到呼出的气体含有较多的二氧化碳。

（四）原装置的不足：

1.实验时需要反复交替用手捏不同的橡皮管，容易捏错，导致将石灰水吸入口中，甚至呛入气管，对身体造成危害，影响学生做实验的兴趣。

2.通入两瓶澄清石灰水中的气体量不容易保持一致。

3.澄清石灰水变混浊是一种由浅到深的动态过程，判断的标准不统一、不精准。

   二、实验装置的改进与创新

针对原实验装置的不足，我们可以对实验装置进行改进与创新。

（一）改进方案1——控制气流的方向

1.实验所需材料：

带胶塞的玻璃瓶2个；橡皮管4根；Y形管1个；单向阀2个；玻璃管4根。

2.装置构造

实验装置的组装方法：

将两个玻璃瓶分别标号为甲、乙，在标签纸的内侧各写一个“上”字，从瓶的对侧可以清楚的看到。甲、乙两瓶中装等量澄清石灰水，分别用插有一长、一短两根玻璃管的胶塞塞住，长玻璃管能插入澄清石灰水中。单向阀阀1的两端各连接一根橡皮管，其中一根橡皮管连接Y形管，另一根橡皮管与甲瓶短玻璃管相连。单向阀阀2的两端也各连接一根橡皮管，其中一根橡皮管连接Y形管，另一根橡皮管与与乙瓶长玻璃管相连。要注意单向阀的气流方向：通过阀1的气流方向是由甲瓶流向Y形管，通过阀2的气流方向是由Y形管流向乙瓶。

3.改进后的实验装置原理：吹气时，呼出的气体经过单向阀阀2进入乙瓶澄清石灰水；吸气时，新鲜的空气经过甲瓶澄清石灰水和单向阀阀1吸入人体。

4.操作方法：抑住鼻的呼吸，用口对准Y形管吸气、呼气，直至其中一瓶澄清石灰水变浑浊，看不到“上”字为止。

    5.改进后的实验装置的优点：

     （1）可以控制气流的方向，避免因误操作而吸入澄清石灰水。

     （2）对澄清石灰水变浑浊程度的判断有了一个较准确的参照点（以透过石灰水看不到“上”字为准），使实验更精准。

6.改进后实验装置的不足：

    通入两瓶澄清石灰水中的气体量不容易保持一致。

（二）改进方案2——控制气流的大小

    1.实验所需材料：

带胶塞的锥形瓶2个；橡皮管3根；Y形管1个；细嘴长滴管一根；玻璃管4根。

2.装置构造：

实验装置的组装方法：

将两个锥形瓶分别标号为甲、乙，在标签纸的内侧各写一个“上”字，从瓶的对侧可以清楚的看到。用一支干净的细嘴长滴管，去掉滴管上的胶头，将长滴管的细嘴口插入Y型管通向实验者嘴的一端的橡皮管，其它部分与原装置相同。

3.改进后的实验装置原理：长滴管的细嘴口能够有效的控制吸入和呼出的气流的大小。

    4.操作方法：抑住鼻的呼吸，用口对准Y形管吸气、呼气，直至其中一瓶澄清石灰水变浑浊，看不到“上”字为止。

    5.改进后的实验装置的优点：

     （1）可以控制气流的大小，避免因误操作而将澄清石灰水吸入口腔。

     （2）对澄清石灰水变浑浊程度的判断有了一个较准确的参照点（以透过石灰水看不到“上”字为准），使实验更精准。

    6.改进后实验装置的不足：

    通入两瓶澄清石灰水中的气体量不容易保持一致。

   （三）改进方案3——遵循单一变量原则

1.实验所需材料：

水杯3个；橡皮管3根；502胶；木板一块；铁丝、螺丝钉若干；废笔芯、笔杆若干；塑料弹珠2个；老梅丹瓶2个。

    2.装置构造：

实验装置的组装方法：

（1）甲、乙两个水杯，底部相对应的位置分别钻一个孔，用废笔管连通，用胶密封，构成一个连通器。在乙杯上方再连接一个水杯。

（2）将两个老梅丹瓶，分别标号为A和B，在标签的内侧，各写一个“上”字，从瓶的对侧可以清楚的看到。在A、B两个瓶的瓶盖上，分别钻两个孔。A瓶，其中一个孔，上端通过橡皮管接到甲杯，下端连接长塑料管；另外一个孔，直接与空气相连通。B瓶，其中一个孔，通过橡皮管接到乙杯，而另外一个孔，上端与空气相通，下端连接长塑料管。然后，在向甲杯吹气的橡皮管中塞入一个弹珠，构成弹珠阀1，在甲杯与A瓶相连通的橡皮管中也塞入一个弹珠，构成弹珠阀2。要注意，弹珠的大小要合适，使弹珠阀在通常情况下能处于关闭状态。最后，用合适的铁丝、螺丝钉将整个装置固定在木板上。实验时，向甲杯中倒满水，A、B两瓶中各倒入等量的澄清石灰水。（此装置中的弹珠阀阀1可以用一个单向阀替换，更为方便。）

3.改进后的实验装置原理：

(1)打开阀1，向甲杯吹气，甲杯的水会通过连通器压入乙杯，使甲杯液面下降，乙杯液面上升，形成一定的液面高度差后松手关闭阀1。

(2)打开阀2，乙杯水流回甲杯，甲杯液面上升，将呼出气体排入A瓶澄清石灰水中，乙杯液面下降，导致等量新鲜空气经过B瓶澄清石灰水进入乙杯。(乙杯水下降的体积等于甲杯水上升的体积。即：乙杯吸入的气体量等于甲杯排出的气体量，保证了通入两瓶澄清石灰水的气体量相等。)

4.操作方法：

(1)向甲水杯中加满水；

(2)打开阀1；向甲装置中吹气；待形成一定的液面高度差后，松手关闭阀1；这时，甲杯和乙杯会形成一定的液面高度差，甲杯液面上方的空间收集了呼出的气体。

(3)向A、B瓶中分别倒入等量的澄清石灰水，连接到装置上；

(4)打开阀2，让乙杯中的水会流回甲杯。甲杯水位上升，将甲杯中呼出的气体排入A瓶澄清石灰水，乙杯水位下降，等量的新鲜空气经过B瓶澄清石灰水进入乙杯。待其中一瓶透过石灰水看不到“上”字时，立刻松手关闭阀2。

    5.改进后的实验装置的优点

（1）实验过程中只需要吹气，不需要反复交替的吸气和吹气，能避免因误操作吸入澄清石灰水。

（2）吸入的气体量和呼出的气体量体积相同，更好的遵守了对照实验的单一变量原则。

（3）对澄清石灰水变浑浊程度的判断有了一个较准确的参照点（以透过石灰水看不到“上”字为准），使实验更精准。

（4）同时向两瓶澄清的石灰水中通入“呼出的气体”和“吸入的气体” ，实验可以进行同步对照，便于对比观察。

6.改进后实验装置的不足：

本实验虽然还可以对通入澄清石灰水中的气体量进行初步的定量（根据甲杯液面的变化），但不够精准。

三、感想和收获

     创新之路无止尽。改进后的实验方案1和方案2，虽然都能避免因误操作而吸入石灰水，但很难保证通入两瓶澄清石灰水的气体量一致，不能很好的遵循对照实验的单一变量原则。方案3既能避免因误操作吸入澄清石灰水，还能保证吸入的气体量和呼出的气体量体积相同，更好的遵守了对照实验的单一变量原则。但是，在方案3中，对通入澄清石灰水中的气体量只能进行初步的定量（根据甲杯液面的变化），还不够精准，怎样才能精准的测出通入澄清石灰水中的气体量？对澄清石灰水变浑浊程度的判断也只是有了一个比较准确的参照点，我们怎样来设置一个更好的、能快速判断的参照点？这些都需要我们进一步思考和探索，需要我们不断的创新和实践。

创新是进步的动力和源泉。我们应该多鼓励学生在课后大胆的尝试、大胆的创新，充分的利用生活中常见的材料和各种废旧物品，变废为宝，做到：瓶瓶罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验。在创新和实践的过程中，激发学生学习生物的兴趣有效的培养他们综合的科学素质。

参考文献：

【1】朱正威，赵占良，义务教育教科书.生物.七年纪下册,人民教育出版社,2012年10月第一版；

【2】孔春生,初中生物学科教学详解，湖南教育出版社出版；

【3】陈水章，初中理化生必备实验掌中宝，新疆青少年出版社出版.