《自然界中氧和碳的循環(huán)》中實驗存在的問題及改進

王琳琳

一、教材分析

《自然界中氧和碳的循環(huán)》是浙教版科學八冊第三章第七節(jié)《自然界中氧和碳的循環(huán)》中教學內容，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的一些知識，氧循環(huán)與碳循環(huán)均分別通過其循環(huán)途徑作出其循環(huán)圖示，其中碳循環(huán)是在氧循環(huán)的基礎上進行講解，通過生活中的經驗入手講解氧循環(huán)，再由氧循環(huán)擴展到臭氧層的知識，而碳循環(huán)在氧循環(huán)基礎上加以解釋，據(jù)此講解由于二氧化碳而造成的溫室效應，故而將本節(jié)課的內容完整聯(lián)系在一起，通過本節(jié)課的學習。大家對碳氧循環(huán)都將有一個完整的了解。然而在上這節(jié)課的時候我卻遇到了大難題，因為書本為了解釋氧循環(huán)和溫室效應產生原因，相應的配了兩個實驗活動，結果是我按書上的步驟去做實驗兩個都失敗。本文是在課后我和同學們對兩實驗的進行改進和創(chuàng)新。

二、氧循環(huán)和溫室效應兩實驗存在的問題及改進

（一）教材活動一：氧循環(huán)實驗

1.將如圖一A、B兩個鐘罩放在陽光充足的地方。

2.請判斷：A鐘罩內蠟燭熄滅的較_____；而B鐘罩內蠟燭熄滅的較_____。

本人對圖一的實驗做了多次，幾乎全都是B鐘罩的蠟燭先滅，是植物種類、還是大小、或是光線強度因素的影響呢？如圖二、三、四所示，我們先是懷疑植物葉面積或植物品種，后來又覺得光照強度不足（甚至請出了浴霸），再后來又調節(jié)蠟燭的高度，但種種設計的結果幾乎都是B鐘罩先滅。

多次實驗失敗之后，發(fā)現(xiàn)書上的設計是有問題的，如圖一A鐘罩和B鐘罩沒有很好的控制變量，因為A的剩余空間比B大（B鐘罩內有一盆體積較大的花），氧氣的起初含量要比B的多，所以導致B的反而先滅。發(fā)現(xiàn)這個問題后，于是我們將實驗改進成如圖五的裝置。

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，本以為實驗就此成功了，沒想到結果是兩邊幾乎同時滅。我又想是不是因為蠟燭太高了呢？因為蠟燭高了的話由于

鐘罩內的二氧化碳受熱在上層導致蠟燭會先滅如圖六。

我問學生“火災時人為什么總是低頭前進？

學生：因為有毒氣受熱后密度變小，在高處。

同樣在鐘罩內氣體是流動的，流動的動力來自蠟燭燃燒生成的熱，這一動力使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因為密度變小而向上運動，離開燒杯，這時左邊冷的CO2沿燒杯壁向下補充。導致下面的蠟燭先滅。

而且我發(fā)現(xiàn)在實驗過程中有植物這邊鐘罩內由于蒸騰作用產生了大量的水汽如圖九。會不會這也是使它先滅的原因呢？

通過多次實驗，我覺得影響此實驗成功與失敗的原因有如下幾點：

1.鐘罩和植物大?。ㄟ@是主要因素，因為它影響植物大小和產生氧氣的速率）；

2.燭焰的大?。ㄋ绊懷鯕獾南乃俾剩?/p>

3.燭焰的高度（因為CO2的流動會影響燭焰燃燒的時間，不然空間大了沒用）；

4.光線強度；

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原來鐘罩的大小，自己制作了一個氧循環(huán)裝置如圖十。這是一個30cm×60cm×50cm的大玻璃箱（如圖十），我們將這個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）。而且總時間在15分鐘左右，這樣也適合在上課時操作。

（二）教材活動二：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。把它們同時放在太陽光下曬1小時左右，然后分別測量水溫：___杯內的水溫高。你認為其中的原因是_______。

要對本實驗進行改進主要是因為它的科學性和可操作性受到質疑，因為水的比熱較大，一小時的升溫不明顯，這時如果打開瓶蓋用溫度計花較長的時間測量水溫，導致測量結果誤差很大，所以本實驗可操作性有問題。實驗檢驗：我們第一次先測量氣溫讀數(shù)為23.4℃（如圖十三），1小時之后瓶內（沒蓋瓶蓋）的溫度為29.9℃（如圖十四），另一瓶內（蓋瓶蓋）的溫度是30.5℃（如圖十五），多次測量結果大致一樣，我就沒有上圖了。由此可說明本實驗確實可操作性有問題。

改進：

1.溫度計選紅外線測溫儀，測溫速度快又準確。

2.實驗對象改為車內外（現(xiàn)象明顯又貼近生活）。

如圖十六為車外氣溫24.6℃，1小時之后如圖十七所示車內氣溫36.0℃，溫差近12℃，現(xiàn)象明顯。

圖十八主要是為了引導學生思考生活用品（遮陽擋）和科學知識（溫室效應）的聯(lián)系，是科學要面向生活的重要體現(xiàn)。

三、實驗設計取得的成效

在2014年臺州市初中教師實驗技能大賽中獲二等獎。

四、結語

本文來源于課堂實驗活動，通過操作發(fā)現(xiàn)有些課堂活動的可操作性受到質疑，于是對教材中的氧循環(huán)和溫室效應兩實驗進行改進，改進的目的一是增強實驗的真實性和可操作性，同時引導學生通過實驗聯(lián)系生活，從而應用科學知識解釋生活中的科學問題，最終掌握科學知識。二是在改進的過程中實驗有多次的失敗，這時激發(fā)學生來思考影響實驗結果的原因是什么，從而培養(yǎng)學生的動手能力和發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力。如：鐘罩和植物大小、燭焰的大小、燭焰的高度、光線強度、兩燭焰的大小和穩(wěn)定度等因素都是學生在做實驗時要注意控制的變量。