資源簡介

對人體吸入和呼出氣體研究的開放性實踐活動
一、使用教材
本課選自人教版九年級化學第一單元《走進化學世界》，課題2《化學是一門以實驗為基礎的科學》第二課時——“對人體吸入的空氣和呼出氣體有什么不同的探究”。
二、實驗器材
實驗藥品 小木條、蠟燭、火柴、澄清石灰水、無水硫酸銅、無水氯化鈷試紙、冰塊
實驗儀器 水槽、燒杯、集氣瓶、漏斗、錐形瓶、酒精燈、橡膠塞、導管、膠頭滴管、塑料袋、氣球、針筒、橡皮筋、吸管
三、實驗創新要求/改進要點
在學生自主創新實驗的課堂教學中，教師站在學生的立場，讓學生在實驗展示、質疑、創新等環節中完成學習。學生成為課堂主角，在動手體驗中發現問題，解決問題，甚至提出有創意的問題，從而提高創新力和思維能力。
四、實驗原理/實驗設計思路
本節課的設計思路是以問題驅動為導向，小組討論為方式方法，學生活動為主體，自主創新實驗為載體。
教材實驗 學生/教師改進實驗
收集呼出氣體 二氧化碳能溶于水，導致含量變低。 排空氣法/塑料袋直接吹氣法 學生從數字化實驗數據中判斷各種收集方法的優缺點。
驗證二氧化碳含量變化 由于打開玻璃蓋后，呼出氣體逸散到空氣中，可能會導致實驗現象不明顯。 設計依據：控制兩種氣體體積相等，進行實驗現象明顯。
驗證氧氣含量變化 燃著木條火焰大小難控制等因素導致異常現象出現。 設計依據：同樣控制兩種氣體體積一致、蠟燭火焰大小一致的條件下，進行實驗，現象明顯。
驗證水蒸氣含量變化 學生提出呼出氣體溫度比空氣高，水蒸氣可以冷凝，但空氣中水蒸氣與玻璃片沒有溫度差，不會冷凝，對實驗現象和結論產生疑惑。 設計依據：利用無水硫酸銅、無水氯化鈷遇水蒸氣變色原理。同樣控制兩種氣體體積一致，實驗耗時短現象明顯。
五、實驗教學目標
知道人體吸入的空氣和呼出氣體的主要區別，通過實驗探究空氣和呼出氣體中成分的不同，學習對化學現象進行觀察和分析的方法，培養探究問題和解決問題的能力，初步認識科學探究的一般過程和方法，了解對比實驗的控制變量的原則，提高創新意識。進一步認識化學是一門以實驗為基礎的科學，從實驗中體會科學探究的嚴謹以及化學實驗帶來的樂趣。
六、實驗教學內容
本課從如何收集呼出氣體出發，利用數字化傳感器測定排水法、排空氣和塑料袋吹氣法中二氧化碳的含量來確定合適的收集方法。進而利用實驗探究人體吸入和呼出氣體中成分的不同，在實驗中通過小組討論和合作學習的方式，解釋實驗中異常現象以及通過創新實驗解決實際問題。
七、實驗教學過程
【環節1——情景導入】觀看《人世間》紀錄抗疫醫務工作者身著防護服、帶口罩，經常感覺悶熱和缺氧。學生感受醫務人員的偉大與奉獻精神，并思考吸入空氣和呼出氣體成分的不同之處，激發了學習熱情。
【活動2——問題驅動】如何收集呼出氣體。由收集呼出氣體問題驅動，讓同學們集思廣益開動腦筋。利用數字化實驗數據說明各種收集氣體方法的利弊之處。采用小組討論和合作學習的方式，為后面的實驗探究作好鋪墊。
【環節3——創新實驗】如何驗證吸入氣體和呼出氣體中成分的不同。培養學生對化學現象的觀察、描述、分析的能力。學生提出的疑問，是他們探究思想擦出的非常寶貴的火花。教師與學生一起改進教材實驗，指導他們創新探究。培養學生發現實驗中值得探究的問題和解決問題的能力。讓化學實驗課成為學生們剛剛開始的科學生涯中生動有趣的記憶，逐漸培養他們對化學的興趣，這對培養學生科學探索精神和科學素養有著至關重要的作用，會為他們進一步深入學習打下堅實基礎。
【環節4——課外延伸】將課堂延伸到課外，校外，拓知識面，增強創新意識，懂得學習的最終目的。
八、實驗效果評價
1.站在學生的立場設問，變疑點為起點。
學生自主創新實驗是以提升學生思維發展為目標的探究活動，遵循學生的認知規律，在探究活動中積極觸發學生建構知識的疑點，轉變為學生的思維起點。在本實驗中學生提出，水蒸氣液化的關鍵因素是溫度差。人呼出的氣體能使玻璃片上出現水霧，是由于人體呼出的溫度較高的水蒸氣遇到冷的玻璃片液化的結果。而空氣中的水蒸氣與處于空氣中的玻璃片溫度相同，沒有溫度差，故放置在空氣中的玻璃片上是不會出現水霧的。但不出現水霧并不能說明空氣中的水蒸氣含量就低。因此，學生利用無水硫酸銅、無水氯化鈷個遇水變色的原理，設計出了更有說服力的驗證試驗，并觀察到了明顯的現象。
因此在教學中，教師除了組織學生完成常規實驗，還要通過設疑策略，促使學生變化觀察視角，發現實驗中存在的問題，再對實驗加以改進。
2.讓學生成為課堂主角，變看客為創客。
學生創新實驗需要教師的指導，教師可以用實驗來串起課堂教學的過程，給予學生感染力和創新的動力。對比人體吸入的空氣和呼出氣體中氧氣含量的變化時，由于燃著木條的火焰大小、伸入集氣瓶的速度都會影響實驗現象。學生通過改進實驗方法，在保證兩支蠟燭火焰大小相同的情況下，被罩體積相同的兩種氣體，能明顯看到呼出氣體中蠟燭先熄滅。在對比人體吸入的空氣和呼出氣體中二氧化碳含量的變化，學生實驗中因為各種原因，導致呼吸氣體中澄清石灰水變渾濁不明顯。通過討論后改進裝置，能在控制氣體體積、澄清石灰水用量的條件下，也能明顯觀察到實驗現象。
教師可以由演員變成導演，組織學生在課堂教學的每一個環節展示創新實驗，學生積極參與到課堂展示活動中，角色轉變可以讓學生更加投入到實驗探究活動中。
3.讓學生在動手體驗中發現，變求新為求真。
采用本節課采用問題驅動——小組討論——學生活動——創新實驗教學的模式，突出控制變量的思想，讓學生體驗了科學研究的一般過程和方法，體驗化學實驗的嚴謹和樂趣，為將來的學習奠定良好的基礎。科學探索是一條實證和論證螺旋上升的登峰之路。一個人如果缺少知識，他可以在任何時候補上。但是，錯過了思維發展的最佳時機，在學習能力或在情感、態度等精神層面上造成了缺陷，以后將是很難彌補的。提升思維能力的最好辦法就是動手實驗，最好是創新實驗。探究中，求知、求新，更要求真

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