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不同教材关于“探究人体吸进气体与呼出气体不同”实验分析  

2013-10-24 22:13:01|  分类: 教材研究 |  标签: |举报 |字号 订阅

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不同教材关于“探究人体吸进气体与呼出气体不同”

文章体裁:化学论文      作者:袁雄敏      整理编辑:点灯的心

      不同教材关于“探究人体吸进气体与呼出气体不同”实验分析- 点灯的心 - 刘振中初中化学工作室       不同教材关于“探究人体吸进气体与呼出气体不同”实验分析- 点灯的心 - 刘振中初中化学工作室    

人每时每刻都要呼吸,要吸进气体,也要呼出气体。在小学阶段指导学生通过实验探究吸进的气体与呼出气体的不同,认识到人呼出的气体比吸进的气体含有的二氧化碳多,氧气少。这对于学生最后理解人的呼吸作用(通过呼吸获得氧气,排出二氧化碳等废气)有关键作用。笔者在参与湘教版《我们在呼吸》一节教研课的过程中,搜集了一些不同版本的科学教材,发现各种小学科学教材对于这个探究的内容都有不同程度的体现,通过比较湘教版等多种教材中关于此探究活动中的实验内容,尝试进行了一些分析:

一、不同教材内容介绍

笔者选择了湘教版、教科版、苏教版、人教版(小学)、人教版(中学)五种教材中有关“探究吸进的气体与呼出气体不同”实验的相关比较。内容分别如下:

1、教科版教材:该探究实验位于四年级上册我们的身体单元第三课《运动起来会怎样》中“呼吸为什么会加快”一活动中。实验的主要内容为:先用反复呼吸一塑料袋里面的空气,搜集好一袋呼吸后的气体,然后用排水集气法将塑料袋中的气体装入到集气瓶中。最后用“火柴燃烧法”比较空气与呼出的气体的区别。

2、人教版教材:此教材中相关内容置于六年级上册人体的奥秘单元第三课《气体在人体中的进出》一课。主要通过两个实验去探究呼出气体和吸进气体的不同:第一个实验是用排水法搜集一瓶呼出的气体放入矿泉水瓶中,然后用试管夹夹住点燃的火柴放入装有的空气瓶中和呼出的气体瓶中,观察现象。第二个实验是分别将澄清石灰水倒进装有空气的瓶中和呼出气体的瓶中,比较石灰水的变化。

3、苏教版教材:该实验位于五年级上册呼吸和血液循环单元中第二课《呼吸和循环》。实验内容为:用两个塑料袋分别搜集好空气和呼出的气体,收集呼出气体的方法是直接用“吹气法”收集。然后分别往袋中倒入清石灰水,摇晃再观察其变化,以此比较其不同。

4、湘教版教材:该实验位于五年级上册认识我们自己单元第一课《我们在呼吸》中的“比较吸进的气体与呼出气体”活动中。教材主要通过两个实验来研究呼出气体和吸进气体之不同:第一个实验为首先收集好一瓶空气和人体呼出的气体(用排水的方法收集呼出来的气体),然后将两个瓶子分别倒扣在燃烧的蜡烛上,记录蜡烛在瓶内燃烧的时间。第二个实验用打气筒和直接吹气的方法将空气和人体呼出的气体分别装入两个带有长管的气球中。然后将两个气球中的气体放入到装有澄清的石灰水的烧杯中,观察石灰水的变化。

5、人教版中学教材:该内容位于九年级上册走进化学世界单元第二课《化学是一门以实验为基础的科学》中“对人体吸入的空气和呼出的气体的探究”活动中。实验分为四个步骤:①用排水法收集两瓶呼出的气体;②收集两瓶空气;向一瓶空气和一瓶呼出的气体中各滴入数滴澄清石灰水,振荡,观察现象。③将燃着的小木条分别插入空气和呼出气体中,观察现象。④取两块干燥的玻璃片,对着其中一块呼气,观察现象。

二、不同教材异同分析

分析上述教材中的探究实验,主要内容都是探究“吸进的气体与呼出的气体不同”,让学生认识到呼出的气体中氧气会减少,二氧化碳会增多。但是从实验的内容、方法和器材来看都有所不同:

1、该探究实验所处年级不同。各教材在小学阶段根据自己教材的体系和特色,分别把该内容安排在了四上(教科版)、五上(湘教版、苏教版)、六上(人教版)。

2、收集呼出气体的方法和器材不同:苏教版小学科学教材用的是直接吹气法;湘教版用到了两种方法:排水法和吹气法;而其它版本教材用到的都是排水集气法。收集呼出气体的过程中用到了集气瓶、矿泉水瓶、塑料袋、气球、普通玻璃杯等不同的容器。

3、探究的内容有差别:湘教版、人教版用到了“燃烧”和“澄清石灰水”两种验证方法。而教科版和苏教版都只分别用到了其中的一种验证方法。分析后发现:“燃烧”的验证方法主要解决的是呼出的气体中氧气减少的问题,而澄清石灰水的验证方法解决的是呼出气体中二氧化碳增多的问题。所以缺少其中的任何一个实验,而要学生去分析呼出气体和吸入气体中氧气和二氧化碳的含量变化,会造成一定的困难。人教版中学的教材探究的内容还加入了探究呼出气体中水蒸气的变化,而小学则都没有该内容。

4、用“燃烧”实验验证氧气含量的具体操作方法有所区别。湘教版教材用的是倒立集气瓶盖住点燃的蜡烛,观察现象。而其它版本,都是正立收集气体的瓶子,用点燃的物体放入瓶口或瓶内。具体为:教科版用点燃的火柴靠近瓶口;人教版用试管夹夹住点燃的火柴深入到瓶口稍下;人教版中学教材用点燃的小木条伸入到瓶内。

5、用澄清石灰水验证二氧化碳含量的实验操作不同。湘教版是先把人体呼出的气体吹入“气球”,然后利用气球的弹性把其挤入到清石灰水里;人教版和苏教版则是把澄清石灰水倒入装有气体的容器中,摇晃;人教版中学教材则是将澄清石灰水滴入到瓶中,振荡。教科版教材则没有该实验。

三、不同教材实证研究

各种教材中既然出现了不同的实验方法,采用了不同材料来实验,效果会一样吗?事实胜于雄辩,笔者决定把每个实验都亲自验证实验一下,再来进行对比分析,发现它们的异同,更好的指导教学。关于用“澄清石灰水”验证是否二氧化碳增加的实验,教材中所列的实验试验后都能达到明显的效果。但是“燃烧”验证实验却还是有一定的差别,为了更严谨的说明问题,我做了几组对比实验研究了一下,具体结果如下:

1、采用不同容器收集气体进行对比。为了研究不同的收集气体的瓶子是否对燃烧时间有影响,我分别用集气瓶、玻璃杯、烧杯、矿泉水瓶收集呼出的气体(排水法)进行了“覆盖燃烧蜡烛”的实验验证。实验结果发现除了烧杯内蜡烛约1秒中左右(原因可能在于杯口的缺口),其它的都很快熄灭,时间小于一秒,之后,我分别又用相同的容器收集好了呼出气体后,用点燃的“小木条”深入正立的瓶中进行观察实验,观察现象后发现凡是把小木条伸入到距瓶口约1/3以下的地方,木条很快熄灭,如果只是放在瓶口,蜡烛由于瓶口能接触空气,故较难熄灭。而用试管夹夹住火柴做这个实验的时候,由于火柴很容易燃烧完,而且伸入的部位主要位于瓶口,这个实验容易失败。

2、不同的收集气体方法进行对比。实验中我分别用集气瓶采用排水法和排气法(均匀呼出气体15秒)收集呼出的气体,然后分别用“覆盖燃烧蜡烛”和“燃烧木条伸入”的实验进行了对比,结果发现两种方法收集的气体效果都比较明显。但是“排水法”容易残留一部分水于瓶内,不利于做“覆盖蜡烛”实验,而“排气法”又需要尽量吹入足够的时间,才能保证里面的收集气体多为呼出气体。之后,我还用一个玻璃杯(杯子上大下小)做了同样的实验,结果发现用排气法收集的方法燃烧的时间都要长于排水法,我分析原因可能是杯口较大,在吹气的同时,外面的空气又很快重新补充杯内的空间。

3、蜡烛高度是否影响燃烧时间。我用玻璃杯采用排水法收集呼出气体的方法,用“覆盖燃烧蜡烛”的实验进行了多次观察对比,结果发现矮蜡烛很快熄灭,而高蜡烛(位置约位于瓶身的3/4处)能够持续燃烧的时间3-4秒。分析原因可能是二氧化碳较空气重,大部分二氧化碳都沉在了底部,故上部还有剩余的氧气能够支持蜡烛继续燃烧下去,直至氧气没有。

根据上面的三组对比实验,在教学中我个人建议用集气瓶采用排水法收集呼出来的气体,然后用“燃烧的小木条”伸入正立瓶中进行观察实验。这样,不但能够达到好的实验效果,而且避免了排水法残留部分水的不足、排气法的收集气体不充分。

总而言之,在深化新课改之际,面对多种版本的教材,在探究实验教学中,我们应该学习和实践各种教材中好的探究内容和方法,统整教材,达到“用教材教”,进而达到提高小学科学教学的有效性的目的。

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