浙江省杭州市大禹路小學(310000) 陳偉泉

教科版小學科學《運動起來會怎樣(一)》的教學中，學生由平靜狀態(tài)到運動狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)呼吸的次數(shù)增多了，通過分析呼吸前后空氣成分的變化，讓學生了解呼吸器官的功能，體驗運動和呼吸系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系。

呼吸為人體運動提供氧氣，并排出二氧化碳等廢氣，呼吸過程進行了氣體交換。但在實驗教學中，學生很難觀察到呼吸過程中的氣體交換，更談不上了解吸入與呼出的氣體中氧氣與二氧化碳成分的變化。

1 技術設備受限，用經(jīng)驗代替實證

為了讓學生發(fā)現(xiàn)氣體交換后氣體成分含量的變化，教材中安排了3個活動。

活動一：讓學生反復呼吸保鮮袋里面的空氣，并談談體會和感受。

注：實驗時，若學生身體有不舒服的感覺，立即停止實驗。

活動二：如圖2所示，用點燃的火柴伸入呼吸前和呼吸后的集氣瓶中，觀察火柴燃燒的程度及變化，證明呼吸前后的氣體成分是不一樣的。

圖2 活動二

活動三：學生觀察分析圖3中的數(shù)據(jù)，探究呼吸前后氣體成分的變化。

圖3 活動三

“活動一”讓學生反復呼吸保鮮袋內(nèi)的空氣是難以控制的，而且每個學生的體驗和感受是不一樣的，很難達成共識。反復呼吸保鮮袋里面的空氣是否可行，還需從學生健康的角度論證。

“活動二”實驗活動所需材料多，實驗操作繁瑣，且實驗現(xiàn)象不明顯，實驗結果不能說明問題。

“活動三”學生觀察分析圖表數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)呼吸前后的氣體成分發(fā)生了變化。通過討論知曉“呼吸是氣體交換的過程，需要消耗氧氣，產(chǎn)生二氧化碳并呼出體外”。這樣的教學方式，雖然能夠很快得出結論，但是通過對直接獲得的已有數(shù)據(jù)進行分析，學生缺少獲得數(shù)據(jù)的探究過程，對獲得的數(shù)據(jù)缺乏認同感。對數(shù)據(jù)不重視，分析推斷得到的結論不是學生真正信服的結論。

4年級學生的科學學習，是以具體的感性認知為主。學生沒有直觀的感受，認為空氣是摸不著、看不見的單一物體。教材試圖通過1張圖的數(shù)據(jù)說明空氣是混合物體，人體呼吸前后的空氣成分是不同的。在具體教學過程中發(fā)現(xiàn)，學生面對枯燥的數(shù)據(jù)很茫然，進行探究學習的動機較弱。課堂上學生可能會認同結論，但過后還會認為吸入和呼出的都是空氣，兩者沒有差別。學生的學習動機不強，認知不夠深刻，也不可能真正理解呼吸作用是氣體交換的過程。

一直以來，受到技術的制約，課堂上沒辦法直接測量人體吸入和呼出的氧氣含量到底有沒有發(fā)生變化。一般采用“呼吸體驗+實驗檢驗+圖表分析”的設計，結合經(jīng)驗和現(xiàn)成知識，組織學生開展學習活動。學生經(jīng)歷科學探究過程是小學科學的基本學習方式，根據(jù)學生的認知特點，學生會對沒有親身經(jīng)歷探索獲得的證據(jù)產(chǎn)生懷疑。在這樣的教學方式下，學生一直認為呼吸過程中吸入和呼出的氣體都是一樣的，可見缺乏實證的結論就很難有說服力。

2 尋找新技術，突破教學難點

2017年7月，學校建立了新技術支撐的數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室。實驗室裝備了以“朗威DISLab系列”新技術設備，它由“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+實驗軟件包+實驗配套材料+計算機”構成，實驗流程如圖4所示。

圖4 實驗流程圖

氧氣傳感器和二氧化碳傳感器是直接測量空氣中氧氣含量和二氧化碳含量的新技術設備，如圖5所示。氧氣傳感器由氧氣傳感器、數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)顯示器(平板或臺式電腦)組成，使用時要在電腦端口安裝配套的DISLab學習軟件。通過一系列科技技術將測得的氧氣含量數(shù)據(jù)直接通過計算機顯示出來，還可以通過計算機對數(shù)據(jù)進行分析。氧氣傳感器的使用，突破了長期以來不能在教學現(xiàn)場采集和使用實測數(shù)據(jù)的難點。二氧化碳傳感器也采用同樣的技術手段和方法采集數(shù)據(jù)，可直接測得空氣中二氧化碳的含量。

圖5 氧氣及二氧化碳傳感器實物圖

氧氣傳感器作為一種新的科學探究工具，可以測量任何一個空間位置的氧氣含量，使用簡單便捷，數(shù)據(jù)即測即現(xiàn)。只要課前教師安裝好設備及相應軟件，課堂上學生就可以動手使用氧氣傳感器直接測量氧氣的含量，經(jīng)歷體驗而獲得的數(shù)據(jù)，學生有認同感，覺得數(shù)據(jù)真實可信。

3 合理運用新技術，用證據(jù)助力實證

3.1 測量身邊的氧氣成分，學會使用傳感器

氧氣傳感器可以分成有線端和數(shù)據(jù)傳輸端。實驗時，將有線端與氧氣傳感器相連，數(shù)據(jù)采集端口與電腦相連，就可以直接在顯示屏幕上看到空氣中氧氣濃度的變化。教學中，學生先觀看微視頻學習氧氣傳感器的使用方法，再動手在電腦上打開相應的軟件，測量身邊的氧氣成分，學會傳感器的使用方法。

3.2 測量空氣中的氧氣含量，“看”到空氣是混合物

學生采用氧氣傳感器測量教室內(nèi)和教室外每個位置的氧氣含量，每個實驗小組獲得的數(shù)據(jù)都有些差異，在不同地點測得的氧氣濃度有輕微的差別，但數(shù)據(jù)基本還是在20%～21%間波動。然后，對照教材所示氧氣占空氣成分的21%，引導學生分析和理解現(xiàn)實測得和教材數(shù)據(jù)的差異，讓學生清楚知道空氣中氧氣的成分，而且推斷剩余的氣體是什么。接著，進一步組織實驗驗證學生的猜測，學生采用二氧化碳傳感器測量空氣中二氧化碳的含量，發(fā)現(xiàn)二氧化碳只占空氣成分的0.03%。通過以上活動，結合教材“空氣成分表”，學生深刻理解了空氣是一種混合氣體，同時還了解了空氣中的其他成分。

3.3 測量呼吸前后氧氣含量，實證呼出氣體中氧氣減少

呼吸前和呼吸后的氧氣含量變化，教材是通過演示實驗來說明的，但效果不是很理想。采用氧氣傳感器和二氧化碳傳感器來測量，將不明顯的現(xiàn)象變化為真實測得的數(shù)據(jù)。學生猜測呼吸前后空氣成分會發(fā)生什么變化，確定探究氧氣和二氧化碳變化實驗活動方法。通過學生分組實驗，采用氧氣傳感器(二氧化碳傳感器)測量小組每個人呼吸前后氧氣(二氧化碳)含量的變化。通過實驗獲得真實數(shù)據(jù)，用實證讓學生真正認同呼吸是空氣進入肺部進行氣體交換的過程，有助于學生真正理解呼吸系統(tǒng)的功能和作用。

實證在小學科學教學中越來越被重視。氧氣傳感器可以測量空氣的成分，解決了空氣看不見摸不著的問題。新技術為學生提供了探究實驗的工具，增強了實證的力量。