多點改變，多點精準
——“驗證呼出的氣體含有較多的二氧化碳”實驗裝置的改進與創新

■長沙市長郡芙蓉中學 程友維 陳水章

“驗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驗證實驗，在新版人教版教材七年級下冊第三章第二節的“想一想，議一議”中也出現了。

實際教學中，恢復原來的演示實驗能讓學生直觀地感受到呼出的氣體含有較多的二氧化碳，從而引導學生質疑：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、組織細胞處發生的變化。通過實驗激發學生的學習興趣、導入新課，為本節內容的學習作鋪墊，具有非常重要的意義。

一、原實驗裝置的不足

舊版人教版教材中設計的實驗裝置如圖1所示，該裝置存在以下不足。

圖1

1.實驗時，需反復交替用手捏不同的橡皮管，容易捏錯，導致將石灰水吸入口中，甚至嗆入氣管，對身體造成危害，降低學生做實驗的興趣。

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態過程，判斷的標準無法統一。

二、改進方案

（一）控制氣流的大小

1.所需材料

帶膠塞的錐形瓶2個，橡皮管3根，Y形管1根，細嘴長滴管1支，玻璃管4根。

2.裝置結構

如圖2所示，將兩個錐形瓶分別標號為甲、乙，在標簽紙內側各寫一個“上”字，要求能從錐形瓶的對側看清字。去掉一支干凈細嘴長滴管上的膠頭，將細嘴口插入Y形管，通向實驗者嘴的一端的橡皮管。其他部分與原裝置相同。

圖2

3.改進后的實驗裝置原理

長滴管的細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.改進后實驗裝置的優點

（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（以透過石灰水看不到“上”字為準），使實驗更精準。

6.改進后實驗裝置的不足

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

2.裝置構造

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

將兩個老梅丹瓶分別標號為A和B，在標簽內側各寫一個“上”字，要求從瓶的對側可以看清字。在A、B兩個瓶的瓶蓋上分別鉆兩個孔。

B瓶其中一個孔直接與空氣相通，另一個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彈珠，構成彈珠閥2，閥2在通常情況下處于關閉狀態。

A瓶其中一個孔通過橡皮管與上水杯相連，在此橡皮管中間安裝一個單向閥3，通過閥3的氣流由A瓶流向上水杯。另一個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單向閥4，可排出上水杯中的氣體。

3.改進后的實驗裝置原理

（1）向下水杯吹氣，下水杯的水會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 結構圖

圖4 實物圖

（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，導致等量新鮮空氣經過A瓶澄清石灰水進入上水杯(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，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，等量的新鮮空氣經過A瓶澄清石灰水進入上水杯。待A、B兩瓶其中一瓶透過石灰水看不到“上”字時，立刻松手關閉閥2。

5.改進后實驗裝置的優點

（1）吸入與呼出的氣體量體積相同，遵循了對照實驗的單一變量原則。

（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（以透過石灰水看不到“上”字為準），使實驗更精準。

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

（4）同時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。