多点改变，多点精准——“验证呼出的气体含有较多的二氧化碳”实验装置的改进与创新

■长沙市长郡芙蓉中学 程友维 陈水章

“验证呼出的气体含有较多的二氧化碳”是旧版人教版生物教材七年级下册中安排的一个验证实验，在新版人教版教材七年级下册第三章第二节的“想一想，议一议”中也出现了。

实际教学中，恢复原来的演示实验能让学生直观地感受到呼出的气体含有较多的二氧化碳，从而引导学生质疑：为什么呼出的气体含有较多的二氧化碳？增加的二氧化碳来自哪里？继而引出吸入的气体在肺部、组织细胞处发生的变化。通过实验激发学生的学习兴趣、导入新课，为本节内容的学习作铺垫，具有非常重要的意义。

一、原实验装置的不足

旧版人教版教材中设计的实验装置如图1所示，该装置存在以下不足。

图1

1.实验时，需反复交替用手捏不同的橡皮管，容易捏错，导致将石灰水吸入口中，甚至呛入气管，对身体造成危害，降低学生做实验的兴趣。

2.通入两瓶澄清石灰水中的气体的量不易保持一致。

3.澄清石灰水变混浊是一种由浅到深的动态过程，判断的标准无法统一。

二、改进方案

（一）控制气流的大小

1.所需材料

带胶塞的锥形瓶2个，橡皮管3根，Y形管1根，细嘴长滴管1支，玻璃管4根。

2.装置结构

如图2所示，将两个锥形瓶分别标号为甲、乙，在标签纸内侧各写一个“上”字，要求能从锥形瓶的对侧看清字。去掉一支干净细嘴长滴管上的胶头，将细嘴口插入Y形管，通向实验者嘴的一端的橡皮管。其他部分与原装置相同。

图2

3.改进后的实验装置原理

长滴管的细嘴口能有效控制吸入、呼出气流的大小。

4.操作方法

抑制住鼻子的呼吸，用口对准Y形管吸气、呼气，直至其中一瓶澄清石灰水变浑浊，看不到“上”字为止。

5.改进后实验装置的优点

（1）可以控制气流的大小，避免因误操作而将澄清石灰水吸入口腔。

（2）对澄清石灰水变浑浊程度的判断有较明确的参照点（以透过石灰水看不到“上”字为准），使实验更精准。

6.改进后实验装置的不足

通入两瓶澄清石灰水中的气体的量不易保持一致。

（二）遵循单一变量原则

1.所需材料

水杯2个，橡皮管3根，502胶1支，铁丝若干，Y形管1根，单向阀3个，硬塑料管1根，废笔芯、笔杆若干，塑料弹珠1个，老梅丹瓶2个。

2.装置构造

如图3、图4，在上、下两个水杯瓶盖的相应位置各钻一个孔，通过废笔管连通，下端接一根长塑料管，接口处用胶密封。在下水杯一侧的上端钻一个孔，与Y形管连通，用胶密封。

将两个老梅丹瓶分别标号为A和B，在标签内侧各写一个“上”字，要求从瓶的对侧可以看清字。在A、B两个瓶的瓶盖上分别钻两个孔。

B瓶其中一个孔直接与空气相通，另一个孔的上端通过橡皮管连接Y形管的一端，下端通过长塑料管插入B瓶。Y形管的另一端也通过橡皮管连接一根吹气管，在此橡皮管中间安装一个单向阀1，阀1的气流方向由吹气管流向下水杯。在B瓶与Y形管相连的橡皮管中塞入一个弹珠，构成弹珠阀2，阀2在通常情况下处于关闭状态。

A瓶其中一个孔通过橡皮管与上水杯相连，在此橡皮管中间安装一个单向阀3，通过阀3的气流由A瓶流向上水杯。另一个孔的上端与空气相通，下端连接长塑料管。在上水杯的上方安装一个单向阀4，可排出上水杯中的气体。

3.改进后的实验装置原理

（1）向下水杯吹气，下水杯的水会通过长塑料管被压入上水杯，使下水杯液面下降，上水杯液面上升。

图3 结构图

图4 实物图

（2）打开阀2，上水杯中的水流回下水杯，下水杯液面上升，将呼出气体排入B瓶澄清石灰水中，上水杯液面下降，导致等量新鲜空气经过A瓶澄清石灰水进入上水杯(上水杯中的水下降的体积等于下水杯中的水上升的体积，即上水杯吸入的气体量等于下水杯排出的气体量，保证通入两瓶澄清石灰水的气体量相等)。

4.操作方法

（1）向下水杯中加满水。

（2）向下水杯中吹气，下水杯中的水会通过长塑料管被压入上水杯，待下水杯中的液面下降到一定位置后停止吹气。这时，下水杯液面上方的空间可收集呼出的气体。

（3）向A、B瓶中分别倒入等量的澄清石灰水，连接在装置上。

（4）打开阀2，让上水杯中的水流回下水杯。下水杯水位上升，将下水杯中呼出的气体排入B瓶澄清石灰水中，上水杯水位下降，等量的新鲜空气经过A瓶澄清石灰水进入上水杯。待A、B两瓶其中一瓶透过石灰水看不到“上”字时，立刻松手关闭阀2。

5.改进后实验装置的优点

（1）吸入与呼出的气体量体积相同，遵循了对照实验的单一变量原则。

（2）对澄清石灰水变浑浊的程度的判断有了较明确的参照点（以透过石灰水看不到“上”字为准），使实验更精准。

（3）实验过程中只需要吹气，无需反复交替吸气与吹气，能避免操作者误吸入澄清石灰水。

（4）同时向两瓶澄清的石灰水中通入“呼出的气体”和“吸入的气体”，便于对比观察。