多媒體教室二氧化碳含量的測定實驗研究
——利用手持技術的化學研究性學習案例

汪 偉，趙春輝

(通化師范學院 化學系，吉林 通化134001)

1 研究背景

教育部制訂的《全日制義務教育化學課程標準(試驗稿)》中提出：“化學實驗是進行科學探究的主要方式，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的實驗教學，精心設計各種探究性的實驗，促使學生主動地學習，逐步學會探究”，“讓學生有更多的機會主動地體驗探究過程，在知識的形成、聯系、應用過程中養成科學的態度，獲得科學的方法，在做科學探究實驗中逐步形成終身學習的意識和能力”.在此背景下，研究性學習已步入課堂，而化學實驗教學以它的實驗性和實踐性，蘊藏著豐富的素材，是學生進行研究性學習的很好載體.手持技術與化學實驗探究式教學的結合，不僅能激發學生的學習興趣，使學生更好地理解理論教學內容，而且能培養學生的實驗、觀察、思維、自學等多方面能力，多媒體教室二氧化碳含量的研究，以學生的學習環境為出發點，貼近學生的生活實際，是利用手持技術進行化學研究性學習的典型案例.

2 設計原理

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，由于學生人數多，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，會不會影響學生的正常學習活動呢？這些都是學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儀器.手持技術，又稱掌上技術，它由數據采集器和傳感器或探頭以及配套軟件組成的采集系統組成，能夠定量采集各種常見數據與多媒體電腦相連接的實驗技術系統.應用手持技術能進行大量的數據采集、定量的科學探究.其優點在于：儀器體積小(可在手掌上操作)而精密，便攜、實時、準確、綜合、直觀等.其中，便攜、自動化操作及實時保存這三大優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)的條件下進行隨時隨地的研究活動.

傳統教學一般只能開展教師為主體的知識傳授型教學活動，不利于學生的交流和發展，而以手持技術為主要構成要素的研究性學習，降低了實驗難度，學生可以按照自己的想法，去探究身邊的化學知識，從而培養學生量化的觀念、創新的意識，以及努力發現問題、提出問題，并能夠嘗試使用現代化技術解決新問題的能力.同時，這種研究性學習能隨時進行，并兼顧課內和課外，使學生由過去的被動學習轉變為現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數據采集器2個，見圖1；二氧化碳氣體傳感器2個，見圖2；數據線2條.

圖1 核心儀器-數據采集器 圖2 二氧化碳氣體傳感器

3.2步驟設計

(1)選定一個可以容納百人并且全天有同學上課的多媒體教室；

(2)在關閉門窗上課的條件下，測量一天中選定的多媒體教室內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)整理實驗數據，分析實驗結果.

3.3實驗結果

圖3 測量顯示結果曲線

3.4結果分析及改善措施

從以上實驗結果可以看出，在每一個測量時間點上，關閉門窗上課時室內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，在自然界的循環中起著重要的作用.二氧化碳本身沒有毒性，但當空氣中的二氧化碳超過正常含量時，對人體會產生有害的影響.人多的封閉環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，如果室內聚集著很多人，而且空氣不流通，或者室內有煤氣、液化石油氣及煤火爐燃燒，使空氣中氧氣含量相對減少，產生大量二氧化碳，室內人員就會出現不同程度的中毒癥狀.

關于二氧化碳在室內空氣中最大允許含量，各國尚無統一規定，日本規定室內空氣中二氧化碳含量為0.15%時為換氣標準.根據空氣中CO2的含量與產生的相應癥狀如下：

2.5%經數小時無任何癥狀；

3.0%無意識地呼吸次數增加；

4.0%出現局部刺激癥狀；

6.0%呼吸量增加；

8.0%呼吸困難；

10.0%意識不清，不久導致死亡；

20.0%數秒后癱瘓，心臟停止跳動.

根據實驗得到的結果，并依據中小學校教室換氣標準，各個實驗觀測點二氧化碳的含量均已達到換氣標準，關閉門窗上課時室內二氧化碳的最高含量是3.41%，已經達到了對人體產生危害的含量，建議多媒體教室換氣方式如下：

(1)教室在建筑設計時，應采用氣窗、通風道等自然換氣方式.

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

(3)嚴寒、寒冷地區應設通風道，通風道不應少于2個，斷面尺寸不應低于130mm×260mm，室內開口于墻上方或頂棚下，應裝有可開閉的活門.

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

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

參考文獻：

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