摘 要：文中基于教材“ 氧循環(huán)” 實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的不成功原因分析，將教材植物盆栽改成植株較小的金魚(yú)藻，并用溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ～2%的碳酸氫鈉溶液為光合作用提供二氧化碳，同時(shí)用大燒杯代替鐘罩，用液封方式提高裝置密封性等方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，從而可以通過(guò)設(shè)置成分組實(shí)驗(yàn)以提升學(xué)生核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：氧循環(huán);實(shí)驗(yàn)改進(jìn);跨學(xué)科實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、教材實(shí)驗(yàn)分析

浙教版八年級(jí)下冊(cè)《科學(xué)》教材為說(shuō)明自然界中的氧循環(huán)，設(shè)置了圖1 所示的氧循環(huán)活動(dòng)[1] 。驗(yàn)證氧氣在動(dòng)物和植物間的循環(huán)。

筆者曾在一次面對(duì)100 位某縣級(jí)市骨干教師的實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)講座中，圍繞該活動(dòng)設(shè)置了兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查：一是曾經(jīng)做過(guò)該實(shí)驗(yàn)的教師人數(shù);二是成功完成該實(shí)驗(yàn)的人數(shù)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下：只有8 位教師進(jìn)行過(guò)該實(shí)驗(yàn)，而且實(shí)驗(yàn)都沒(méi)有成功。通過(guò)調(diào)查得知，進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的老師所采用的玻璃鐘罩是“研究真空中不能傳播聲音”的實(shí)驗(yàn)用玻璃鐘罩，其直徑大概18 cm、高30 cm 左右。而且所用的盆栽植物是自家的盆栽植株，因此所占空間比較大。

為此，筆者分別以“氧循環(huán)實(shí)驗(yàn)” 和“氧循環(huán)活動(dòng)” 為關(guān)鍵詞在中國(guó)知網(wǎng)進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，顯示結(jié)果為無(wú)數(shù)據(jù)。據(jù)此查閱“普利斯特里”實(shí)驗(yàn)的科學(xué)史，無(wú)一介紹當(dāng)時(shí)研究時(shí)所采用的玻璃容器的容積。同時(shí)以關(guān)于“氧循環(huán)” 為關(guān)鍵詞在百度搜索，顯示有“驗(yàn)證氧循環(huán)”實(shí)驗(yàn)視頻[2] 。視頻顯示的實(shí)驗(yàn)過(guò)程為：首先同時(shí)點(diǎn)燃蠟燭，其次先后在無(wú)植株的對(duì)照組和有植株的實(shí)驗(yàn)組罩上鐘罩，然后再計(jì)時(shí)蠟燭燃燒的時(shí)間，發(fā)現(xiàn)對(duì)照組內(nèi)的蠟燭先熄滅，實(shí)驗(yàn)組內(nèi)的蠟燭后熄滅。根據(jù)視頻的實(shí)驗(yàn)，有明顯不足：先在無(wú)植株的蠟燭上方罩上鐘罩，后在有植株的蠟燭上方罩上鐘罩。即使沒(méi)有植株的光合作用提供氧氣，對(duì)照組內(nèi)的蠟燭由于先罩上鐘罩，自然表現(xiàn)為先熄滅。

綜上，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不成功的可能原因是：裝置的密封性不佳;植物所占的空間體積與鐘罩的容積占比較大;植物光合作用產(chǎn)生的氧氣與呼吸作用消耗的氧氣相比更少;由于教材實(shí)驗(yàn)是點(diǎn)燃蠟燭后再倒置鐘罩，也會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)難以成功等。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

（ 一） 改進(jìn)思路

基于造成實(shí)驗(yàn)不成功的原因，改進(jìn)思路為：把植物盆栽改成植株較小的植物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為產(chǎn)生更多的氧氣，在漏斗底部放入充足的金魚(yú)藻以及用溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ～2%的碳酸氫鈉溶液[3] 為金魚(yú)藻光合作用提供二氧化碳;同時(shí)把鐘罩改成大燒杯并倒扣在碳酸氫鈉溶液中，用液封的方式使裝置密封性更好;把火柴頭上的易燃物質(zhì)刮下，并涂抹在蠟燭芯周?chē)?，用?qiáng)激光在外照射引燃蠟燭，避免外界空氣的影響。

（ 二） 實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖2）

（ 三） 實(shí)驗(yàn)器材

新鮮金魚(yú)藻、蠟燭（兩支）、火柴、藥匙、普通漏斗（兩個(gè)）、1% ～ 2%碳酸氫鈉粉溶液、1 L大燒杯（兩個(gè)）、秒表、大功率激光筆、水槽。

（ 四） 實(shí)驗(yàn)步驟

①取一個(gè)方形水槽，并固定兩支高度相同且較低的蠟燭（燭芯周?chē)盟幊追派鲜孪裙魏玫幕鸩耦^粉末）;②把事先配制好的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ～ 2%的碳酸氫鈉溶液倒入水槽中;③把適量的新鮮金魚(yú)藻倒扣在漏斗中固定，另一個(gè)漏斗中不放金魚(yú)藻;④用兩個(gè)大燒杯分別倒扣在蠟燭和漏斗上方，并密封在溶液中，如圖2;⑤把該裝置放置在光照充足的地方進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。⑥用激光筆從燒杯外部對(duì)準(zhǔn)燭焰引燃蠟燭，用秒表分別記錄兩支蠟燭熄滅的時(shí)間。

（ 五） 實(shí)驗(yàn)效果

采用圖2 所示的實(shí)驗(yàn)裝置，在陽(yáng)光下進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：有植株的燒杯內(nèi)的蠟燭從點(diǎn)燃到熄滅的時(shí)間要比無(wú)植株的燒杯內(nèi)的蠟燭從點(diǎn)燃到熄滅的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10 s 以上。

（ 六） 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組內(nèi)蠟燭燃燒時(shí)間長(zhǎng)于10秒以上，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)組內(nèi)蠟燭燃燒產(chǎn)生的二氧化碳為植物（金魚(yú)藻） 光合作用提供二氧化碳產(chǎn)生氧氣，補(bǔ)充了燒杯內(nèi)被蠟燭燃燒消耗的氧氣，使蠟燭的燃燒時(shí)間延長(zhǎng)。從而得出結(jié)論：氧氣可在動(dòng)物的呼吸作用（蠟燭的燃燒模擬動(dòng)物的呼吸作用）和植物的光合作用過(guò)程之間循環(huán)。

三、實(shí)驗(yàn)反思

（ 一） 可以設(shè)置成跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)

對(duì)該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)時(shí)，需考慮裝置的密封性以及如何點(diǎn)燃裝置內(nèi)的蠟燭，需要工程與技術(shù)實(shí)踐的知識(shí);如何使裝置內(nèi)蠟燭燃燒時(shí)間更長(zhǎng)需要化學(xué)知識(shí);如何使金魚(yú)藻產(chǎn)生更多的氧氣需要生物知識(shí)等。因此，可設(shè)置成跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)。

（ 二） 可以改成課后家庭實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行課后家庭實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)時(shí)，可讓學(xué)生首先按照教材的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的不成功，并尋找身邊的器材，如對(duì)圖2 的實(shí)驗(yàn)裝置所需要的器材進(jìn)行更換，如水槽改成洗臉盆、大燒杯可為較大的透明玻璃瓶、碳酸氫鈉粉末改用食用小蘇打配置成2%的溶液。從而給學(xué)生創(chuàng)造科學(xué)探究歷程，提升真實(shí)情境下的問(wèn)題解決能力和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，真正培養(yǎng)核心素養(yǎng)。

（ 三） 可以設(shè)置成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)

改后的實(shí)驗(yàn)成功率高，可以設(shè)置成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行氧循環(huán)教學(xué)，幫助學(xué)生理解“氧循環(huán)”概念以及跨學(xué)科概念“穩(wěn)態(tài)和變化” 等，從而提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，提升學(xué)生核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱清時(shí). 義務(wù)教育教科書(shū)科學(xué)八年級(jí)下冊(cè)（ 第1版） [ M] . 杭州：浙江教育出版社，2014.

[2] 中小學(xué)實(shí)驗(yàn)在線. 驗(yàn)證氧循環(huán)[ EB/ OL] . http： / /shiyan360. cn/ play/ 4692. html.

[3] 侯建輝，徐捷. “ 光合作用產(chǎn)生氧氣” 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[ J] . 中學(xué)生物教學(xué)，2015（17） ：7-9.

（ 責(zé)任編輯：加順花）