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

關(guān)鍵詞：氧循環(huán);實驗改進;跨學(xué)科實踐

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

一、教材實驗分析

浙教版八年級下冊《科學(xué)》教材為說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[1] 。驗證氧氣在動物和植物間的循環(huán)。

筆者曾在一次面對100 位某縣級市骨干教師的實驗培訓(xùn)講座中，圍繞該活動設(shè)置了兩個問題進行現(xiàn)場調(diào)查：一是曾經(jīng)做過該實驗的教師人數(shù);二是成功完成該實驗的人數(shù)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：只有8 位教師進行過該實驗，而且實驗都沒有成功。通過調(diào)查得知，進行該實驗的老師所采用的玻璃鐘罩是“研究真空中不能傳播聲音”的實驗用玻璃鐘罩，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)實驗” 和“氧循環(huán)活動” 為關(guān)鍵詞在中國知網(wǎng)進行文獻檢索，顯示結(jié)果為無數(shù)據(jù)。據(jù)此查閱“普利斯特里”實驗的科學(xué)史，無一介紹當(dāng)時研究時所采用的玻璃容器的容積。同時以關(guān)于“氧循環(huán)” 為關(guān)鍵詞在百度搜索，顯示有“驗證氧循環(huán)”實驗視頻[2] 。視頻顯示的實驗過程為：首先同時點燃蠟燭，其次先后在無植株的對照組和有植株的實驗組罩上鐘罩，然后再計時蠟燭燃燒的時間，發(fā)現(xiàn)對照組內(nèi)的蠟燭先熄滅，實驗組內(nèi)的蠟燭后熄滅。根據(jù)視頻的實驗，有明顯不足：先在無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。即使沒有植株的光合作用提供氧氣，對照組內(nèi)的蠟燭由于先罩上鐘罩，自然表現(xiàn)為先熄滅。

綜上，導(dǎo)致實驗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;由于教材實驗是點燃蠟燭后再倒置鐘罩，也會導(dǎo)致實驗難以成功等。

二、實驗改進

（ 一） 改進思路

基于造成實驗不成功的原因，改進思路為：把植物盆栽改成植株較小的植物進行實驗。為產(chǎn)生更多的氧氣，在漏斗底部放入充足的金魚藻以及用溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為1% ～2%的碳酸氫鈉溶液[3] 為金魚藻光合作用提供二氧化碳;同時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，并涂抹在蠟燭芯周圍，用強激光在外照射引燃蠟燭，避免外界空氣的影響。

（ 二） 實驗裝置（見圖2）

（ 三） 實驗器材

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

（ 四） 實驗步驟

①取一個方形水槽，并固定兩支高度相同且較低的蠟燭（燭芯周圍用藥匙放上事先刮好的火柴頭粉末）;②把事先配制好的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為1% ～ 2%的碳酸氫鈉溶液倒入水槽中;③把適量的新鮮金魚藻倒扣在漏斗中固定，另一個漏斗中不放金魚藻;④用兩個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行實驗。⑥用激光筆從燒杯外部對準燭焰引燃蠟燭，用秒表分別記錄兩支蠟燭熄滅的時間。

（ 五） 實驗效果

采用圖2 所示的實驗裝置，在陽光下進行多次實驗。實驗結(jié)果為：有植株的燒杯內(nèi)的蠟燭從點燃到熄滅的時間要比無植株的燒杯內(nèi)的蠟燭從點燃到熄滅的時間長達10 s 以上。

（ 六） 實驗結(jié)論

實驗組比對照組內(nèi)蠟燭燃燒時間長于10秒以上，說明實驗組內(nèi)蠟燭燃燒產(chǎn)生的二氧化碳為植物（金魚藻） 光合作用提供二氧化碳產(chǎn)生氧氣，補充了燒杯內(nèi)被蠟燭燃燒消耗的氧氣，使蠟燭的燃燒時間延長。從而得出結(jié)論：氧氣可在動物的呼吸作用（蠟燭的燃燒模擬動物的呼吸作用）和植物的光合作用過程之間循環(huán)。

三、實驗反思

（ 一） 可以設(shè)置成跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)

對該實驗改進時，需考慮裝置的密封性以及如何點燃裝置內(nèi)的蠟燭，需要工程與技術(shù)實踐的知識;如何使裝置內(nèi)蠟燭燃燒時間更長需要化學(xué)知識;如何使金魚藻產(chǎn)生更多的氧氣需要生物知識等。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踐

實驗在進行課后家庭實踐性實驗時，可讓學(xué)生首先按照教材的要求進行實驗，然后發(fā)現(xiàn)實驗的不成功，并尋找身邊的器材，如對圖2 的實驗裝置所需要的器材進行更換，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，提升真實情境下的問題解決能力和科學(xué)實驗，真正培養(yǎng)核心素養(yǎng)。

（ 三） 可以設(shè)置成學(xué)生分組實驗

改后的實驗成功率高，可以設(shè)置成學(xué)生分組實驗進行氧循環(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)生的實驗興趣，提升學(xué)生核心素養(yǎng)。

參考文獻：

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

[2] 中小學(xué)實驗在線. 驗證氧循環(huán)[ EB/ OL] . http： / /shiyan360. cn/ play/ 4692. html.

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

（ 責(zé)任編輯：加順花）