《自然界中氧和碳的循環(huán)》中實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題及改進(jìn)

王琳琳

一、教材分析

《自然界中氧和碳的循環(huán)》是浙教版科學(xué)八冊(cè)第三章第七節(jié)《自然界中氧和碳的循環(huán)》中教學(xué)內(nèi)容，本節(jié)課程分為氧循環(huán)與碳循環(huán)兩大部分并拓展了臭氧與溫室效應(yīng)的一些知識(shí)，氧循環(huán)與碳循環(huán)均分別通過(guò)其循環(huán)途徑作出其循環(huán)圖示，其中碳循環(huán)是在氧循環(huán)的基礎(chǔ)上進(jìn)行講解，通過(guò)生活中的經(jīng)驗(yàn)入手講解氧循環(huán)，再由氧循環(huán)擴(kuò)展到臭氧層的知識(shí)，而碳循環(huán)在氧循環(huán)基礎(chǔ)上加以解釋?zhuān)瑩?jù)此講解由于二氧化碳而造成的溫室效應(yīng)，故而將本節(jié)課的內(nèi)容完整聯(lián)系在一起，通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)。大家對(duì)碳氧循環(huán)都將有一個(gè)完整的了解。然而在上這節(jié)課的時(shí)候我卻遇到了大難題，因?yàn)闀?shū)本為了解釋氧循環(huán)和溫室效應(yīng)產(chǎn)生原因，相應(yīng)的配了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，結(jié)果是我按書(shū)上的步驟去做實(shí)驗(yàn)兩個(gè)都失敗。本文是在課后我和同學(xué)們對(duì)兩實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。

二、氧循環(huán)和溫室效應(yīng)兩實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題及改進(jìn)

（一）教材活動(dòng)一：氧循環(huán)實(shí)驗(yàn)

1.將如圖一A、B兩個(gè)鐘罩放在陽(yáng)光充足的地方。

2.請(qǐng)判斷：A鐘罩內(nèi)蠟燭熄滅的較_____；而B(niǎo)鐘罩內(nèi)蠟燭熄滅的較_____。

本人對(duì)圖一的實(shí)驗(yàn)做了多次，幾乎全都是B鐘罩的蠟燭先滅，是植物種類(lèi)、還是大小、或是光線強(qiáng)度因素的影響呢？如圖二、三、四所示，我們先是懷疑植物葉面積或植物品種，后來(lái)又覺(jué)得光照強(qiáng)度不足（甚至請(qǐng)出了浴霸），再后來(lái)又調(diào)節(jié)蠟燭的高度，但種種設(shè)計(jì)的結(jié)果幾乎都是B鐘罩先滅。

多次實(shí)驗(yàn)失敗之后，發(fā)現(xiàn)書(shū)上的設(shè)計(jì)是有問(wèn)題的，如圖一A鐘罩和B鐘罩沒(méi)有很好的控制變量，因?yàn)锳的剩余空間比B大（B鐘罩內(nèi)有一盆體積較大的花），氧氣的起初含量要比B的多，所以導(dǎo)致B的反而先滅。發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題后，于是我們將實(shí)驗(yàn)改進(jìn)成如圖五的裝置。

我選了和植物大小相近的花盆上加塊石頭代替植物的空間，本以為實(shí)驗(yàn)就此成功了，沒(méi)想到結(jié)果是兩邊幾乎同時(shí)滅。我又想是不是因?yàn)橄灎T太高了呢？因?yàn)橄灎T高了的話(huà)由于

鐘罩內(nèi)的二氧化碳受熱在上層導(dǎo)致蠟燭會(huì)先滅如圖六。

我問(wèn)學(xué)生“火災(zāi)時(shí)人為什么總是低頭前進(jìn)？

學(xué)生：因?yàn)橛卸練馐軣岷竺芏茸冃?，在高處?/p>

同樣在鐘罩內(nèi)氣體是流動(dòng)的，流動(dòng)的動(dòng)力來(lái)自蠟燭燃燒生成的熱，這一動(dòng)力使CO2聚集在鐘罩的上方如圖七，所以，上面的蠟燭先失去燃燒所需的O2。

這和我們做向燒杯中“倒入”CO2有本質(zhì)的不同，如圖八燒杯是敞口的，在圖八右邊蠟燭燃燒生成的CO2因?yàn)槊芏茸冃《蛏线\(yùn)動(dòng)，離開(kāi)燒杯，這時(shí)左邊冷的CO2沿?zé)谙蛳卵a(bǔ)充。導(dǎo)致下面的蠟燭先滅。

而且我發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有植物這邊鐘罩內(nèi)由于蒸騰作用產(chǎn)生了大量的水汽如圖九。會(huì)不會(huì)這也是使它先滅的原因呢？

通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，我覺(jué)得影響此實(shí)驗(yàn)成功與失敗的原因有如下幾點(diǎn)：

1.鐘罩和植物大小（這是主要因素，因?yàn)樗绊懼参锎笮『彤a(chǎn)生氧氣的速率）；

2.燭焰的大小（它影響氧氣的消耗速率）；

3.燭焰的高度（因?yàn)镃O2的流動(dòng)會(huì)影響燭焰燃燒的時(shí)間，不然空間大了沒(méi)用）；

4.光線強(qiáng)度；

5.兩燭焰的大小和穩(wěn)定度（如圖九我們選擇用燭杯）；

6.兩個(gè)鐘罩的密封度（控制變量）；

7.溫度（影響光合作用的速率）。

最終我決定自己改進(jìn)原來(lái)鐘罩的大小，自己制作了一個(gè)氧循環(huán)裝置如圖十。這是一個(gè)30cm×60cm×50cm的大玻璃箱（如圖十），我們將這個(gè)玻璃箱左右平均分成兩等分，左邊放葉面積較大的植物，右邊放入差不多等體積的磚頭用于控制變量（剩余的空氣體積盡量相等）上面用一塊玻璃板蓋，它們的接觸邊緣用凡士林密封。

終于將植物這邊的燭焰燃著時(shí)間比另一邊拉出1分鐘有余如圖十一（左邊的燭焰亮著，右邊的早已滅了）。而且總時(shí)間在15分鐘左右，這樣也適合在上課時(shí)操作。

（二）教材活動(dòng)二：溫室的保溫原理

取兩只相同的塑料杯，各裝1/12清水，在一只盛水的塑料杯上蓋一塊玻璃片。把它們同時(shí)放在太陽(yáng)光下曬1小時(shí)左右，然后分別測(cè)量水溫：___杯內(nèi)的水溫高。你認(rèn)為其中的原因是_______。

要對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)主要是因?yàn)樗目茖W(xué)性和可操作性受到質(zhì)疑，因?yàn)樗谋葻彷^大，一小時(shí)的升溫不明顯，這時(shí)如果打開(kāi)瓶蓋用溫度計(jì)花較長(zhǎng)的時(shí)間測(cè)量水溫，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果誤差很大，所以本實(shí)驗(yàn)可操作性有問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)：我們第一次先測(cè)量氣溫讀數(shù)為23.4℃（如圖十三），1小時(shí)之后瓶?jī)?nèi)（沒(méi)蓋瓶蓋）的溫度為29.9℃（如圖十四），另一瓶?jī)?nèi)（蓋瓶蓋）的溫度是30.5℃（如圖十五），多次測(cè)量結(jié)果大致一樣，我就沒(méi)有上圖了。由此可說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)確實(shí)可操作性有問(wèn)題。

改進(jìn)：

1.溫度計(jì)選紅外線測(cè)溫儀，測(cè)溫速度快又準(zhǔn)確。

2.實(shí)驗(yàn)對(duì)象改為車(chē)內(nèi)外（現(xiàn)象明顯又貼近生活）。

如圖十六為車(chē)外氣溫24.6℃，1小時(shí)之后如圖十七所示車(chē)內(nèi)氣溫36.0℃，溫差近12℃，現(xiàn)象明顯。

圖十八主要是為了引導(dǎo)學(xué)生思考生活用品（遮陽(yáng)擋）和科學(xué)知識(shí)（溫室效應(yīng)）的聯(lián)系，是科學(xué)要面向生活的重要體現(xiàn)。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)取得的成效

在2014年臺(tái)州市初中教師實(shí)驗(yàn)技能大賽中獲二等獎(jiǎng)。

四、結(jié)語(yǔ)

本文來(lái)源于課堂實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，通過(guò)操作發(fā)現(xiàn)有些課堂活動(dòng)的可操作性受到質(zhì)疑，于是對(duì)教材中的氧循環(huán)和溫室效應(yīng)兩實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)的目的一是增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性和可操作性，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)聯(lián)系生活，從而應(yīng)用科學(xué)知識(shí)解釋生活中的科學(xué)問(wèn)題，最終掌握科學(xué)知識(shí)。二是在改進(jìn)的過(guò)程中實(shí)驗(yàn)有多次的失敗，這時(shí)激發(fā)學(xué)生來(lái)思考影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因是什么，從而培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題的能力。如：鐘罩和植物大小、燭焰的大小、燭焰的高度、光線強(qiáng)度、兩燭焰的大小和穩(wěn)定度等因素都是學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意控制的變量。