《自然界中氧和碳的循环》中实验存在的问题及改进

王琳琳

一、教材分析

《自然界中氧和碳的循环》是浙教版科学八册第三章第七节《自然界中氧和碳的循环》中教学内容，本节课程分为氧循环与碳循环两大部分并拓展了臭氧与温室效应的一些知识，氧循环与碳循环均分别通过其循环途径作出其循环图示，其中碳循环是在氧循环的基础上进行讲解，通过生活中的经验入手讲解氧循环，再由氧循环扩展到臭氧层的知识，而碳循环在氧循环基础上加以解释，据此讲解由于二氧化碳而造成的温室效应，故而将本节课的内容完整联系在一起，通过本节课的学习。大家对碳氧循环都将有一个完整的了解。然而在上这节课的时候我却遇到了大难题，因为书本为了解释氧循环和温室效应产生原因，相应的配了两个实验活动，结果是我按书上的步骤去做实验两个都失败。本文是在课后我和同学们对两实验的进行改进和创新。

二、氧循环和温室效应两实验存在的问题及改进

（一）教材活动一：氧循环实验

1.将如图一A、B两个钟罩放在阳光充足的地方。

2.请判断：A钟罩内蜡烛熄灭的较_____；而B钟罩内蜡烛熄灭的较_____。

本人对图一的实验做了多次，几乎全都是B钟罩的蜡烛先灭，是植物种类、还是大小、或是光线强度因素的影响呢？如图二、三、四所示，我们先是怀疑植物叶面积或植物品种，后来又觉得光照强度不足（甚至请出了浴霸），再后来又调节蜡烛的高度，但种种设计的结果几乎都是B钟罩先灭。

多次实验失败之后，发现书上的设计是有问题的，如图一A钟罩和B钟罩没有很好的控制变量，因为A的剩余空间比B大（B钟罩内有一盆体积较大的花），氧气的起初含量要比B的多，所以导致B的反而先灭。发现这个问题后，于是我们将实验改进成如图五的装置。

我选了和植物大小相近的花盆上加块石头代替植物的空间，本以为实验就此成功了，没想到结果是两边几乎同时灭。我又想是不是因为蜡烛太高了呢？因为蜡烛高了的话由于

钟罩内的二氧化碳受热在上层导致蜡烛会先灭如图六。

我问学生“火灾时人为什么总是低头前进？

学生：因为有毒气受热后密度变小，在高处。

同样在钟罩内气体是流动的，流动的动力来自蜡烛燃烧生成的热，这一动力使CO2聚集在钟罩的上方如图七，所以，上面的蜡烛先失去燃烧所需的O2。

这和我们做向烧杯中“倒入”CO2有本质的不同，如图八烧杯是敞口的，在图八右边蜡烛燃烧生成的CO2因为密度变小而向上运动，离开烧杯，这时左边冷的CO2沿烧杯壁向下补充。导致下面的蜡烛先灭。

而且我发现在实验过程中有植物这边钟罩内由于蒸腾作用产生了大量的水汽如图九。会不会这也是使它先灭的原因呢？

通过多次实验，我觉得影响此实验成功与失败的原因有如下几点：

1.钟罩和植物大小（这是主要因素，因为它影响植物大小和产生氧气的速率）；

2.烛焰的大小（它影响氧气的消耗速率）；

3.烛焰的高度（因为CO2的流动会影响烛焰燃烧的时间，不然空间大了没用）；

4.光线强度；

5.两烛焰的大小和稳定度（如图九我们选择用烛杯）；

6.两个钟罩的密封度（控制变量）；

7.温度（影响光合作用的速率）。

最终我决定自己改进原来钟罩的大小，自己制作了一个氧循环装置如图十。这是一个30cm×60cm×50cm的大玻璃箱（如图十），我们将这个玻璃箱左右平均分成两等分，左边放叶面积较大的植物，右边放入差不多等体积的砖头用于控制变量（剩余的空气体积尽量相等）上面用一块玻璃板盖，它们的接触边缘用凡士林密封。

终于将植物这边的烛焰燃着时间比另一边拉出1分钟有余如图十一（左边的烛焰亮着，右边的早已灭了）。而且总时间在15分钟左右，这样也适合在上课时操作。

（二）教材活动二：温室的保温原理

取两只相同的塑料杯，各装1/12清水，在一只盛水的塑料杯上盖一块玻璃片。把它们同时放在太阳光下晒1小时左右，然后分别测量水温：___杯内的水温高。你认为其中的原因是_______。

要对本实验进行改进主要是因为它的科学性和可操作性受到质疑，因为水的比热较大，一小时的升温不明显，这时如果打开瓶盖用温度计花较长的时间测量水温，导致测量结果误差很大，所以本实验可操作性有问题。实验检验：我们第一次先测量气温读数为23.4℃（如图十三），1小时之后瓶内（没盖瓶盖）的温度为29.9℃（如图十四），另一瓶内（盖瓶盖）的温度是30.5℃（如图十五），多次测量结果大致一样，我就没有上图了。由此可说明本实验确实可操作性有问题。

改进：

1.温度计选红外线测温仪，测温速度快又准确。

2.实验对象改为车内外（现象明显又贴近生活）。

如图十六为车外气温24.6℃，1小时之后如图十七所示车内气温36.0℃，温差近12℃，现象明显。

图十八主要是为了引导学生思考生活用品（遮阳挡）和科学知识（温室效应）的联系，是科学要面向生活的重要体现。

三、实验设计取得的成效

在2014年台州市初中教师实验技能大赛中获二等奖。

四、结语

本文来源于课堂实验活动，通过操作发现有些课堂活动的可操作性受到质疑，于是对教材中的氧循环和温室效应两实验进行改进，改进的目的一是增强实验的真实性和可操作性，同时引导学生通过实验联系生活，从而应用科学知识解释生活中的科学问题，最终掌握科学知识。二是在改进的过程中实验有多次的失败，这时激发学生来思考影响实验结果的原因是什么，从而培养学生的动手能力和发现问题并解决问题的能力。如：钟罩和植物大小、烛焰的大小、烛焰的高度、光线强度、两烛焰的大小和稳定度等因素都是学生在做实验时要注意控制的变量。