小白鼠设计与初中化学实验探讨

摘要：借助小白鼠和数字传感技术，引导学生探究氧气、二氧化碳和一氧化碳的性质。新设计的实验，集科学性、数字化、趣味性于一体，既激发了学生学习化学的兴趣，也促使学生深刻领悟科学方法，因此提高了化学教学的有效性。

关键词：小白鼠；传感器；初中化学；实验探究

小白鼠作为实验动物在生理学、医学、药学等科学研究中发挥了重要作用。在初中化学实验教学中设计了几个小白鼠实验，取得了很好的教学效果。

一、借助小白鼠探究氧气和二氧化碳的性质

目前各个版本的九年级化学教科书中对氧气能够供给呼吸、二氧化碳不能供给呼吸的内容，都是通过简单的图文叙述，没有安排实验演示。笔者在氧气的性质和用途、二氧化碳与人体健康的教学中借助小白鼠和传感器进行实验，增强了教学的直观性，有效培养了学生的观察能力、思维能力和分析能力，充分发挥了学生在教学活动中的主体地位。

1.实验用品

氧气发生装置1套(或氧气罐)，二氧化碳发生装置1套(或二氧化碳气罐)，500mL集气瓶3个，小白鼠3只，便携式氧气传感器1套，便携式二氧化碳传感器1套，导管，计算机等。

2.实验装置

新设计的实验装置见图1。图1借助小白鼠探究氧气和二氧化碳性质的改进实验装置.

3.实验操作

取3个集气瓶(依次编号为A，B，C)，放在水平桌面上，每个集气瓶内分别放入一只小白鼠。其中A瓶内盛放空气作为对照组，B和C集气瓶内分别通入氧气和二氧化碳，并连接传感器，实时监测集气瓶内氧气和二氧化碳的浓度变化。向B集气瓶内通入氧气、向C集气瓶内通入二氧化碳气体，引导学生读取计算机中的氧气、二氧化碳浓度数值，并观察3个集气瓶内小白鼠的状态(活跃程度、呼吸状况等)。一段时间后，可观察到A集气瓶内的小白鼠状态正常；B集气瓶内的小白鼠随着氧气浓度的增加更加活跃；C集气瓶内的小白鼠随着二氧化碳浓度的增加而逐渐出现不良反应：当二氧化碳浓度达到约10000ppm(即1%)时，小白鼠开始烦躁不安；当二氧化碳浓度达到约40000ppm(即4%)时，小白鼠开始呼吸急促；当二氧化碳浓度达到约90000ppm(即9%)时，小白鼠奄奄一息[1](见图2)。停止通入氧气、二氧化碳，取出C集气瓶内的小白鼠，再放入A集气瓶中，发现小白鼠又逐渐恢复了活跃。把C集气瓶内的二氧化碳气体倒入B集气瓶中，发现B集气瓶中的小白鼠开始出现不良反应。实验结束，取出小白鼠(放在常态空气中)，整理实验仪器。

4.实验结论

在C集气瓶内，当二氧化碳浓度逐渐增加时，小白鼠就表现出明显的不良反应。可见二氧化碳不能供给呼吸，并且当空气中二氧化碳浓度达到1%左右时，就会对人和动物造成危害。当把C集气瓶内的小白鼠取出放入A集气瓶时，小白鼠又逐渐恢复了活跃，这间接说明，如果有人误入二氧化碳浓度较高的地方(如菜窖、干涸深井等)并且出现身体不适时，要第一时间将其转移到室外空气流通的地方，然后尽快送医院。当把C集气瓶中的二氧化碳气体倒入B集气瓶中时，原先健康、正常的小白鼠很快开始出现不良反应，这说明可以像倾倒液体那样把二氧化碳气体从一个容器倒入另一个容器，即二氧化碳的密度比空气大。

5.实验优点

第一，把小白鼠引入化学实验，打破了学科界限，增加了学生学习的兴趣，激发了学生探究的欲望。第二，通过观察传感器上显示的氧气、二氧化碳浓度的变化和小白鼠的活跃程度，可以很直观地得出氧气可以供给呼吸、空气中二氧化碳含量过高对人和动物有害等结论。第三，实验现象与众不同，比单纯的蜡烛熄灭实验更加直观、生动，因此提高了实验的趣味性，增强了学生学习的积极性和主动性。第四，实验中引入传感器，用数据说话，让实验更具说服力。

二、借助小白鼠探究一氧化碳的毒性

目前各个版本的九年级化学教科书中对于一氧化碳毒性的教学，都是通过案例叙述和教师口头讲述完成的。笔者借助小白鼠和一氧化碳报警器进行相关实验，强化了学生对一氧化碳毒性的认识，也让学生学会了一氧化碳中毒后的简易救助方法。

1.实验药品

一氧化碳气体(提前制备好装入气囊中)，500mL集气瓶2个，一氧化碳报警器一个(报警值通常设为100ppm)，小白鼠2只，导管，双孔橡皮塞，气球等。

2.实验装置

新设计的实验装置见图3。图3借助小白白鼠探究一氧化碳毒性的改进实验装置

3.实验操作

将2只小白鼠分别放入标号为A和B的2个集气瓶中(集气瓶内一开始均是常态空气)，发现小白鼠均表现出正常状态。按图3B所示连好实验装置。向B集气瓶内不断通入一氧化碳，当一氧化碳浓度达到约100ppm(即0.01%)时，报警器响起；随着一氧化碳浓度的进一步增加，小白鼠逐渐失去活力，并表现出明显的抽搐；当一氧化碳浓度达到约1500ppm(即0.15%)时，小白鼠陷入昏迷，此时停止通入一氧化碳。向B集气瓶中通入氧气，很快一氧化碳报警器停止报警，3～4min后，小白鼠逐步恢复活力。实验结束，整理实验用品。

4.实验结论

随着B集气瓶中一氧化碳浓度的增加，小白鼠逐渐表现出中毒症状，无法正常活动，证明一氧化碳会使人和动物中毒。当往B集气瓶中继续通入氧气时，一氧化碳报警器的警报解除，小白鼠也逐渐恢复正常。这说明，当人或动物一氧化碳中毒后，要迅速将其转移到空气流通的地方，让其呼吸新鲜空气，然后尽快送医院。

5.实验优点

第一，实验具有较强的对比性和直观性，强化了学科知识与科学研究和生活实际的联系。第二，通过观察小白鼠的中毒过程，以及中毒后的救助过程，使学生对一氧化碳的毒性及一氧化碳中毒后的解救方法有了更直观的认识，提高了抵御风险的能力。第三，实验中设计小气球收集尾气，避免了一氧化碳对环境的污染，体现了绿色化学理念。

三、结语

首先，将小白鼠引入化学实验，同时使用数字传感技术，打破了学科限制。其次，通过呈现小白鼠在氧气、二氧化碳和一氧化碳三种气体中的表现状态，增强了学生化学学习的直观性、实践性和科学性，有利于学生逐步养成注重实证、严谨求实的科学态度，发展探索精神、定量思维和环保意识等[2]。最后，将小白鼠引入化学实验，体现了化学与生物的学科联系。

参考文献

[1]李德前.探寻“二氧化碳有害浓度检验方法”的实验设计[J].化学教育,2009(2):60-61.

[2]宋广良,李德前.U型管用于化学实验的几个案例[J].化学教学，2018(2):68-72.

作者：许大雨 李德前