小白鼠設計與初中化學實驗探討

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摘要：借助小白鼠和數字傳感技術，引導學生探究氧氣、二氧化碳和一氧化碳的性質。新設計的實驗，集科學性、數字化、趣味性于一體，既激發了學生學習化學的興趣，也促使學生深刻領悟科學方法，因此提高了化學教學的有效性。

關鍵詞：小白鼠；傳感器；初中化學；實驗探究

小白鼠作為實驗動物在生理學、醫學、藥學等科學研究中發揮了重要作用。在初中化學實驗教學中設計了幾個小白鼠實驗，取得了很好的教學效果。

一、借助小白鼠探究氧氣和二氧化碳的性質

目前各個版本的九年級化學教科書中對氧氣能夠供給呼吸、二氧化碳不能供給呼吸的內容，都是通過簡單的圖文敘述，沒有安排實驗演示。筆者在氧氣的性質和用途、二氧化碳與人體健康的教學中借助小白鼠和傳感器進行實驗，增強了教學的直觀性，有效培養了學生的觀察能力、思維能力和分析能力，充分發揮了學生在教學活動中的主體地位。

1.實驗用品

氧氣發生裝置1套(或氧氣罐)，二氧化碳發生裝置1套(或二氧化碳氣罐)，500mL集氣瓶3個，小白鼠3只，便攜式氧氣傳感器1套，便攜式二氧化碳傳感器1套，導管，計算機等。

2.實驗裝置

新設計的實驗裝置見圖1。圖1借助小白鼠探究氧氣和二氧化碳性質的改進實驗裝置.

3.實驗操作

取3個集氣瓶(依次編號為A，B，C)，放在水平桌面上，每個集氣瓶內分別放入一只小白鼠。其中A瓶內盛放空氣作為對照組，B和C集氣瓶內分別通入氧氣和二氧化碳，并連接傳感器，實時監測集氣瓶內氧氣和二氧化碳的濃度變化。向B集氣瓶內通入氧氣、向C集氣瓶內通入二氧化碳氣體，引導學生讀取計算機中的氧氣、二氧化碳濃度數值，并觀察3個集氣瓶內小白鼠的狀態(活躍程度、呼吸狀況等)。一段時間后，可觀察到A集氣瓶內的小白鼠狀態正常；B集氣瓶內的小白鼠隨著氧氣濃度的增加更加活躍；C集氣瓶內的小白鼠隨著二氧化碳濃度的增加而逐漸出現不良反應：當二氧化碳濃度達到約10000ppm(即1%)時，小白鼠開始煩躁不安；當二氧化碳濃度達到約40000ppm(即4%)時，小白鼠開始呼吸急促；當二氧化碳濃度達到約90000ppm(即9%)時，小白鼠奄奄一息[1](見圖2)。停止通入氧氣、二氧化碳，取出C集氣瓶內的小白鼠，再放入A集氣瓶中，發現小白鼠又逐漸恢復了活躍。把C集氣瓶內的二氧化碳氣體倒入B集氣瓶中，發現B集氣瓶中的小白鼠開始出現不良反應。實驗結束，取出小白鼠(放在常態空氣中)，整理實驗儀器。

4.實驗結論

在C集氣瓶內，當二氧化碳濃度逐漸增加時，小白鼠就表現出明顯的不良反應。可見二氧化碳不能供給呼吸，并且當空氣中二氧化碳濃度達到1%左右時，就會對人和動物造成危害。當把C集氣瓶內的小白鼠取出放入A集氣瓶時，小白鼠又逐漸恢復了活躍，這間接說明，如果有人誤入二氧化碳濃度較高的地方(如菜窖、干涸深井等)并且出現身體不適時，要第一時間將其轉移到室外空氣流通的地方，然后盡快送醫院。當把C集氣瓶中的二氧化碳氣體倒入B集氣瓶中時，原先健康、正常的小白鼠很快開始出現不良反應，這說明可以像傾倒液體那樣把二氧化碳氣體從一個容器倒入另一個容器，即二氧化碳的密度比空氣大。

5.實驗優點

第一，把小白鼠引入化學實驗，打破了學科界限，增加了學生學習的興趣，激發了學生探究的欲望。第二，通過觀察傳感器上顯示的氧氣、二氧化碳濃度的變化和小白鼠的活躍程度，可以很直觀地得出氧氣可以供給呼吸、空氣中二氧化碳含量過高對人和動物有害等結論。第三，實驗現象與眾不同，比單純的蠟燭熄滅實驗更加直觀、生動，因此提高了實驗的趣味性，增強了學生學習的積極性和主動性。第四，實驗中引入傳感器，用數據說話，讓實驗更具說服力。

二、借助小白鼠探究一氧化碳的毒性

目前各個版本的九年級化學教科書中對于一氧化碳毒性的教學，都是通過案例敘述和教師口頭講述完成的。筆者借助小白鼠和一氧化碳報警器進行相關實驗，強化了學生對一氧化碳毒性的認識，也讓學生學會了一氧化碳中毒后的簡易救助方法。

1.實驗藥品

一氧化碳氣體(提前制備好裝入氣囊中)，500mL集氣瓶2個，一氧化碳報警器一個(報警值通常設為100ppm)，小白鼠2只，導管，雙孔橡皮塞，氣球等。

2.實驗裝置

新設計的實驗裝置見圖3。圖3借助小白白鼠探究一氧化碳毒性的改進實驗裝置

3.實驗操作

將2只小白鼠分別放入標號為A和B的2個集氣瓶中(集氣瓶內一開始均是常態空氣)，發現小白鼠均表現出正常狀態。按圖3B所示連好實驗裝置。向B集氣瓶內不斷通入一氧化碳，當一氧化碳濃度達到約100ppm(即0.01%)時，報警器響起；隨著一氧化碳濃度的進一步增加，小白鼠逐漸失去活力，并表現出明顯的抽搐；當一氧化碳濃度達到約1500ppm(即0.15%)時，小白鼠陷入昏迷，此時停止通入一氧化碳。向B集氣瓶中通入氧氣，很快一氧化碳報警器停止報警，3～4min后，小白鼠逐步恢復活力。實驗結束，整理實驗用品。

4.實驗結論

隨著B集氣瓶中一氧化碳濃度的增加，小白鼠逐漸表現出中毒癥狀，無法正常活動，證明一氧化碳會使人和動物中毒。當往B集氣瓶中繼續通入氧氣時，一氧化碳報警器的警報解除，小白鼠也逐漸恢復正常。這說明，當人或動物一氧化碳中毒后，要迅速將其轉移到空氣流通的地方，讓其呼吸新鮮空氣，然后盡快送醫院。

5.實驗優點

第一，實驗具有較強的對比性和直觀性，強化了學科知識與科學研究和生活實際的聯系。第二，通過觀察小白鼠的中毒過程，以及中毒后的救助過程，使學生對一氧化碳的毒性及一氧化碳中毒后的解救方法有了更直觀的認識，提高了抵御風險的能力。第三，實驗中設計小氣球收集尾氣，避免了一氧化碳對環境的污染，體現了綠色化學理念。

三、結語

首先，將小白鼠引入化學實驗，同時使用數字傳感技術，打破了學科限制。其次，通過呈現小白鼠在氧氣、二氧化碳和一氧化碳三種氣體中的表現狀態，增強了學生化學學習的直觀性、實踐性和科學性，有利于學生逐步養成注重實證、嚴謹求實的科學態度，發展探索精神、定量思維和環保意識等[2]。最后，將小白鼠引入化學實驗，體現了化學與生物的學科聯系。

參考文獻

[1]李德前.探尋“二氧化碳有害濃度檢驗方法”的實驗設計[J].化學教育,2009(2):60-61.

[2]宋廣良,李德前.U型管用于化學實驗的幾個案例[J].化學教學，2018(2):68-72.

作者：許大雨 李德前