关于“ 氧循环” 实验活动的改进

摘 要：文中基于教材“ 氧循环” 实验活动的不成功原因分析，将教材植物盆栽改成植株较小的金鱼藻，并用溶质质量分数为1% ～2%的碳酸氢钠溶液为光合作用提供二氧化碳，同时用大烧杯代替钟罩，用液封方式提高装置密封性等方式进行实验改进，从而可以通过设置成分组实验以提升学生核心素养。

关键词：氧循环;实验改进;跨学科实践

中图分类号：G434 文献标识码：A

一、教材实验分析

浙教版八年级下册《科学》教材为说明自然界中的氧循环，设置了图1 所示的氧循环活动[1] 。验证氧气在动物和植物间的循环。

笔者曾在一次面对100 位某县级市骨干教师的实验培训讲座中，围绕该活动设置了两个问题进行现场调查：一是曾经做过该实验的教师人数;二是成功完成该实验的人数。统计数据如下：只有8 位教师进行过该实验，而且实验都没有成功。通过调查得知，进行该实验的老师所采用的玻璃钟罩是“研究真空中不能传播声音”的实验用玻璃钟罩，其直径大概18 cm、高30 cm 左右。而且所用的盆栽植物是自家的盆栽植株，因此所占空间比较大。

为此，笔者分别以“氧循环实验” 和“氧循环活动” 为关键词在中国知网进行文献检索，显示结果为无数据。据此查阅“普利斯特里”实验的科学史，无一介绍当时研究时所采用的玻璃容器的容积。同时以关于“氧循环” 为关键词在百度搜索，显示有“验证氧循环”实验视频[2] 。视频显示的实验过程为：首先同时点燃蜡烛，其次先后在无植株的对照组和有植株的实验组罩上钟罩，然后再计时蜡烛燃烧的时间，发现对照组内的蜡烛先熄灭，实验组内的蜡烛后熄灭。根据视频的实验，有明显不足：先在无植株的蜡烛上方罩上钟罩，后在有植株的蜡烛上方罩上钟罩。即使没有植株的光合作用提供氧气，对照组内的蜡烛由于先罩上钟罩，自然表现为先熄灭。

综上，导致实验不成功的可能原因是：装置的密封性不佳;植物所占的空间体积与钟罩的容积占比较大;植物光合作用产生的氧气与呼吸作用消耗的氧气相比更少;由于教材实验是点燃蜡烛后再倒置钟罩，也会导致实验难以成功等。

二、实验改进

（ 一） 改进思路

基于造成实验不成功的原因，改进思路为：把植物盆栽改成植株较小的植物进行实验。为产生更多的氧气，在漏斗底部放入充足的金鱼藻以及用溶质质量分数为1% ～2%的碳酸氢钠溶液[3] 为金鱼藻光合作用提供二氧化碳;同时把钟罩改成大烧杯并倒扣在碳酸氢钠溶液中，用液封的方式使装置密封性更好;把火柴头上的易燃物质刮下，并涂抹在蜡烛芯周围，用强激光在外照射引燃蜡烛，避免外界空气的影响。

（ 二） 实验装置（见图2）

（ 三） 实验器材

新鲜金鱼藻、蜡烛（两支）、火柴、药匙、普通漏斗（两个）、1% ～ 2%碳酸氢钠粉溶液、1 L大烧杯（两个）、秒表、大功率激光笔、水槽。

（ 四） 实验步骤

①取一个方形水槽，并固定两支高度相同且较低的蜡烛（烛芯周围用药匙放上事先刮好的火柴头粉末）;②把事先配制好的溶质质量分数为1% ～ 2%的碳酸氢钠溶液倒入水槽中;③把适量的新鲜金鱼藻倒扣在漏斗中固定，另一个漏斗中不放金鱼藻;④用两个大烧杯分别倒扣在蜡烛和漏斗上方，并密封在溶液中，如图2;⑤把该装置放置在光照充足的地方进行实验。⑥用激光笔从烧杯外部对准烛焰引燃蜡烛，用秒表分别记录两支蜡烛熄灭的时间。

（ 五） 实验效果

采用图2 所示的实验装置，在阳光下进行多次实验。实验结果为：有植株的烧杯内的蜡烛从点燃到熄灭的时间要比无植株的烧杯内的蜡烛从点燃到熄灭的时间长达10 s 以上。

（ 六） 实验结论

实验组比对照组内蜡烛燃烧时间长于10秒以上，说明实验组内蜡烛燃烧产生的二氧化碳为植物（金鱼藻） 光合作用提供二氧化碳产生氧气，补充了烧杯内被蜡烛燃烧消耗的氧气，使蜡烛的燃烧时间延长。从而得出结论：氧气可在动物的呼吸作用（蜡烛的燃烧模拟动物的呼吸作用）和植物的光合作用过程之间循环。

三、实验反思

（ 一） 可以设置成跨学科主题学习

对该实验改进时，需考虑装置的密封性以及如何点燃装置内的蜡烛，需要工程与技术实践的知识;如何使装置内蜡烛燃烧时间更长需要化学知识;如何使金鱼藻产生更多的氧气需要生物知识等。因此，可设置成跨学科主题学习。

（ 二） 可以改成课后家庭实践

实验在进行课后家庭实践性实验时，可让学生首先按照教材的要求进行实验，然后发现实验的不成功，并寻找身边的器材，如对图2 的实验装置所需要的器材进行更换，如水槽改成洗脸盆、大烧杯可为较大的透明玻璃瓶、碳酸氢钠粉末改用食用小苏打配置成2%的溶液。从而给学生创造科学探究历程，提升真实情境下的问题解决能力和科学实验，真正培养核心素养。

（ 三） 可以设置成学生分组实验

改后的实验成功率高，可以设置成学生分组实验进行氧循环教学，帮助学生理解“氧循环”概念以及跨学科概念“稳态和变化” 等，从而提高学生的实验兴趣，提升学生核心素养。

参考文献：

[1] 朱清时. 义务教育教科书科学八年级下册（ 第1版） [ M] . 杭州：浙江教育出版社，2014.

[2] 中小学实验在线. 验证氧循环[ EB/ OL] . http： / /shiyan360. cn/ play/ 4692. html.

[3] 侯建辉，徐捷. “ 光合作用产生氧气” 实验的改进[ J] . 中学生物教学，2015（17） ：7-9.

（ 责任编辑：加顺花）