实验10 人体吸入与呼出气体成分的对比分析（生物苏科版八年级上册）

实验10人体吸入与呼出气体成分的对比分析（生物苏科版八年级上册）

一、教学背景与设计理念

（一）教材分析与定位【基础】

本节课位于苏科版八年级上册，属于“生物圈中的人”这一核心主题，具体聚焦于“人体的呼吸”章节。本实验是理论联系实际的桥梁，旨在通过定量与定性相结合的探究手段，引导学生从宏观现象深入到微观机制，实证分析人体呼吸这一生理过程的物质交换本质。它既是对“呼吸系统结构与功能”知识的巩固与应用，也是后续学习“能量释放”“人体内物质的运输”以及“人体的调节”等章节的重要基础。实验的成功实施，不仅能帮助学生构建“结构与功能相适应”“物质与能量相伴随”的生命观念，更能锤炼其科学探究能力与严谨求实的科学态度。

（二）学情分析【重要】

八年级学生已具备初步的观察、记录和简单实验操作能力，对人体呼吸的基本过程有感性认识，但对气体成分变化的量化分析尚缺乏深入理解。他们思维活跃，好奇心强，乐于动手，但实验设计能力、控制变量意识以及对实验现象的深度解释能力相对薄弱，容易陷入“照方抓药”的操作误区。因此，教学设计需着重引导学生在“做中学”的同时，“思中悟”，通过层层递进的问题链驱动他们主动思考实验原理、严谨操作步骤、科学分析数据，从而实现从经验型认知向科学型认知的跨越。

（三）设计理念【核心指导思想】

本设计以发展学生生物学学科核心素养为导向，深度融合“做中学、用中学、创中学”的课程改革理念。摒弃传统单一的验证性实验模式，构建“问题-探究-建构-应用”的探究式学习闭环。强调实验过程中的真实性、生成性与互动性，将课堂还给学生，让学生在亲身经历科学探究的一般过程中，不仅获得知识与技能，更习得科学思维的方法，体悟科学精神的真谛，并尝试运用所学解决真实情境下的问题，实现知行合一。

二、教学目标的精准设定【核心导向】

基于课程标准与学生认知发展水平，设定如下四维教学目标：

（一）生命观念【基础】

1.通过对比分析，认识到人体呼吸过程实现了与外界环境的气体交换，呼出气体中氧气减少、二氧化碳增多，初步形成“人体是一个开放的生命系统，与外界环境不断进行物质交换”的观念。

2.理解呼吸的实质是细胞内有机物氧化分解，释放能量，为生命活动提供动力，从而建立起“物质变化与能量转换相关联”的辩证统一观念。

（二）科学思维【重要】【高频考点】

1.【归纳与概括】能运用比较与分类的方法，归纳总结吸入气体与呼出气体在成分及含量上的差异。

2.【演绎与推理】能够基于气体性质（如氧气助燃、二氧化碳使澄清石灰水变浑浊）和实验现象，推导出气体成分变化的结论。

3.【批判性思维】在实验过程中，能主动反思实验方案，分析可能存在的误差来源，并对实验结果的可靠性进行初步评估。

（三）科学探究【非常重要】【难点】【热点】

1.【问题与假设】能基于生活经验（如对着玻璃片哈气）提出可探究的科学问题，并作出有依据的假设。

2.【方案设计】理解并阐述本实验采用对比法（吸入空气与呼出气体对比）和控制单一变量（如气体体积、通入速率）的原理，并能针对实验细节（如如何收集呼出气体）提出改进建议。

3.【实施与交流】能够规范、安全地进行实验操作（如排水集气法、使用滴管或注射器），客观记录实验现象，并以科学、准确的语言进行小组汇报与交流。

（四）社会责任【重要】

1.能运用所学知识解释生活中常见的现象（如为什么清晨不宜在密闭的房间里锻炼、为什么要经常开窗通风），关注自身与他人的呼吸健康。

2.通过对吸烟危害（如一氧化碳与血红蛋白结合）的延伸思考，树立珍爱生命、远离烟草的健康生活意识。

三、教学重难点及其突破策略

（一）教学重点【基础】【高频考点】

1.比较吸入气体和呼出气体成分变化的方法（澄清石灰水对比实验、燃着木条对比实验）。

2.通过实验现象的观察与分析，得出“呼出气体中氧气减少、二氧化碳增多”的科学结论。

（二）教学难点【非常重要】【难点】

3.理解对比实验的设计思想，特别是控制无关变量（如气体的量、通入速度、木条燃烧程度等）对于保证实验结论可靠性的意义。

4.对实验现象的细微差异进行科学解释，并能辩证地看待“燃着木条熄灭”这一现象（不仅能说明氧气减少，也能说明二氧化碳增多等其他因素的影响）。

（三）突破策略【教学设计亮点】

5.【问题链驱动】针对难点1，设计梯度性问题：“我们如何确保两瓶气体中的空气是等量的？”“如何保证通入澄清石灰水的速度是相同的？”“如果这些条件不一致，会对结果产生什么影响？”引导学生主动思考控制变量的必要性，变被动接受为主动构建。

6.【现象深度解剖】针对难点2，在观察到木条熄灭后，不满足于“氧气减少”这一结论，进一步追问：“木条熄灭仅仅是因为氧气减少吗？二氧化碳不支持燃烧，它的增多是否也起到了作用？”引导学生认识到生理过程的复杂性，培养多因素综合分析的能力。

7.【可视化辅助】利用多媒体动画或微观示意图，模拟气体分子与澄清石灰水反应的过程，以及氧气浓度变化对燃烧的影响，将抽象的原理直观化，帮助学生深度理解现象背后的本质。

四、教学准备

（一）教师准备

1.【实验材料】澄清石灰水（现配现用，确保效果）、集气瓶（每组四个，分别标记A、B、C、D）、毛玻璃片、水槽、弯导管、酒精灯、火柴或打火机、小木条、烧杯、废液缸。

2.【教具与学具】多媒体课件（含实验步骤动画、安全提示、现象记录表）、导学案（含实验记录表、思考题）。

3.【环境布置】提前检查实验室通风状况，确保安全。分组摆放实验器材，便于学生取用。

（二）学生准备

1.【知识储备】预习教材，复习呼吸系统的组成与功能，初步了解氧气和二氧化碳的性质。

2.【分组协作】按照异质分组原则，全班分为若干实验小组（4-6人一组），明确组长、操作员、记录员、汇报员等角色。

3.【着装要求】穿好实验服，长发束起，保持良好的实验习惯。

五、教学实施过程【核心环节，重中之重】

本过程设计为“情境激活—方案建构—实证探究—深度建构—迁移应用”五个递进环节，共计约45分钟。

（一）情境导入，激活思维（约3分钟）【基础】

【教师活动】教师首先进行一个简短而生动的演示：请两位同学上台，分别对着洁净的玻璃片呼气和平静呼吸（可让另一位同学在玻璃片前模拟）。引导学生观察玻璃片上出现的水雾现象。随后提出核心问题：“同学们，我们呼出的气体除了水蒸气增多外，其主要的成分，比如氧气和二氧化碳，和吸入的空气相比，有没有变化呢？如果有，是怎样变化的？”顺势板书课题。

【学生活动】观察现象，产生认知冲突（“空气看不见摸不着，怎么比较成分变化？”），带着疑问进入学习状态。

【设计意图】从学生熟知的“哈气”现象入手，自然过渡到核心探究问题，激发探究欲望，为新知学习营造积极的氛围。

（二）自主合作，建构方案（约7分钟）【重要】

【教师活动】发放导学案，引导学生回顾旧知：“我们学过的哪些方法可以检验氧气和二氧化碳的存在？”（学生答：氧气——带火星的木条复燃或燃着的木条燃烧更旺；二氧化碳——使澄清石灰水变浑浊。）教师进一步追问：“如何比较两瓶未知气体中氧气或二氧化碳的多少？”引导学生初步形成“对比实验”的思路。在此基础上，教师提出本节课的核心任务：“请各小组利用桌上的器材，设计一个对比实验方案，用来比较我们吸入的空气和呼出的气体，成分有何不同？”

【学生活动】各小组在组长的组织下，结合教材和导学案的提示，讨论并设计实验方案。重点讨论：如何收集呼出的气体？（排水集气法，强调这是利用了呼出气体难溶于水的性质，并提醒操作要点）。如何设置对照？如何保证比较的公平性？（如收集同样多的气体，同时或先后用同样方法检验）。记录员简要记录方案要点。

【教师活动】巡视指导，参与小组讨论，引导学生关注实验的关键控制点。约5分钟后，邀请两个小组代表简要汇报设计方案，教师进行点评和提炼，对方案的可行性、严谨性给予肯定和修正，特别是对“如何确保对比的公平性”进行强化，明确对比实验和控制变量是本节课的核心思想。最终形成统一、规范的实验操作步骤，并通过课件展示，强调安全注意事项（如正确使用火柴、防止烫伤、点燃的木条不要对着人等）。

【设计意图】变“教师讲实验”为“学生设计实验”，充分尊重学生的主体地位。通过小组讨论和全班交流，让学生在思维碰撞中自主建构科学严谨的实验方案，深刻理解实验设计背后的逻辑，这是培养科学探究能力的关键一环。

（三）规范操作，实证探究（约20分钟）【非常重要】【热点】【难点】

本环节是学生动手实践的核心部分，要求全员参与，分工合作，观察记录。

【教师活动】宣布实验开始，并巡回指导。重点关注以下几个方面：

1.【操作规范性】指导学生正确使用排水集气法收集呼出气体：集气瓶装满水，用毛玻璃片盖严瓶口（不留气泡），倒立水槽中，导管口伸入瓶口下，缓缓呼气，待瓶内水排空后，迅速在水下用毛玻璃片盖好瓶口，取出正立桌面。强调呼气时要平和均匀，不要过猛。对于吸入气体（空气），可直接用空集气瓶盖上玻璃片即可，但要确保是当日室内空气。

2.【变量控制】提醒学生进行检验时，要确保两个对比实验的条件尽可能一致。例如，在向澄清石灰水中通入气体时，可以用两个相同的注射器分别抽取等量的气体，再以相同的速率注入等量的澄清石灰水中；或者用两个相同的滴管，同时向两瓶气体中滴加等量澄清石灰水，然后振荡。在用燃着木条检验时，应选择两根燃烧状况相同的木条，同时分别伸入两瓶气体中，观察熄灭的先后顺序和燃烧的剧烈程度。

3.【现象观察】引导学生全面、细致地观察。对于石灰水实验，注意比较其变浑浊的程度（是“立即变浑浊”“浑浊不明显”还是“完全不变”）。对于木条实验，注意观察火焰是“立即熄灭”“燃烧一段时间后熄灭”还是“燃烧更旺”。鼓励记录员用准确的语言描述现象，而非简单地打“√”或“×”。

4.【疑难解答】对于学生在操作中遇到的困难（如收集气体失败、石灰水效果不明显等），及时给予指导和帮助，并鼓励其分析失败原因，再次尝试。

【学生活动】

5.【分工合作】严格按照分工，有条不紊地展开操作。操作员负责收集气体和检验，其他同学辅助观察、记录，并确保操作安全。

6.【收集气体】各小组完成两瓶呼出气体的收集，并准备好两瓶空气作为对照。

7.【对比实验1：二氧化碳含量比较】向一瓶空气和一瓶呼出气体中，分别滴入等量澄清石灰水，迅速盖紧玻璃片，振荡，同时观察并记录现象。

8.【对比实验2：氧气含量比较】将燃着的木条同时（或先后迅速）伸入另一瓶空气和另一瓶呼出气体中，观察木条燃烧情况的变化，并记录。

9.【整理器材】实验结束后，按照要求清理实验台，将废弃物倒入指定废液缸，洗净双手。

【设计意图】将课堂大部分时间交给学生动手实践，让他们在真实的问题情境中经历探究过程，体验科学发现的艰辛与乐趣。教师的巡回指导不是“监控”，而是“支架”，在学生需要时提供精准帮助，确保探究活动的顺利进行和实验结果的可靠性。此环节是培养学生科学探究能力、动手操作能力和严谨细致科学态度的主阵地。

（四）数据分析，深度建构（约10分钟）【重要】【高频考点】

【教师活动】组织各小组汇报实验现象。请2-3个小组的代表利用实物展台或口头描述的方式，展示本组的实验记录，并分析现象背后说明了什么。

【学生活动】小组代表汇报，全班共享观察结果。预设学生汇报内容如下：

1.现象1：滴入澄清石灰水后，盛有呼出气体的集气瓶中的石灰水明显变浑浊（甚至立刻变浑浊），而盛有空气的集气瓶中的石灰水无明显变化或略微浑浊。

结论1：说明呼出气体中二氧化碳的含量比空气中的多。

2.现象2：燃着的木条伸入盛有呼出气体的集气瓶中，木条很快熄灭；而伸入盛有空气的集气瓶中，木条能继续燃烧一段时间。

结论2：说明呼出气体中氧气的含量比空气中的少。

【教师活动】教师根据学生的汇报，进行引导性追问，实现深度建构：

3.【追问1——深化结论】“非常好！通过对比，我们得出了初步结论。那么，能不能说空气中没有二氧化碳，呼出气体中没有氧气？”（引导学生分析：澄清石灰水在空气中“无明显变化”不代表完全没有，可能是含量很低，现象不明显；木条在呼出气体中熄灭，也不代表完全没有氧气，只是含量低到不足以支持燃烧。）从而引导学生形成“含量变化”的精准科学表述。

4.【追问2——追问本质】“为什么我们呼出的气体中氧气会减少，二氧化碳会增多？这些气体去哪儿了？又从哪里来的？”（引导学生联系呼吸作用的原理：氧气被组织细胞利用，参与有机物的分解，释放能量，同时产生二氧化碳和水。）教师顺势播放细胞进行呼吸作用的微观动画，将宏观现象与微观机理联系起来，构建完整的概念体系。

5.【追问3——质疑与反思】“刚才有的小组发现，向空气中滴加澄清石灰水后，也出现了轻微的浑浊，可能是什么原因？”（引导学生发散思维：可能是空气中原有的二氧化碳；可能是通入气体时混入了呼出气体；可能是石灰水本身放置过久吸收了空气中的二氧化碳……）通过这样的反思，培养学生对实验误差的敏感性和批判性思维。

【教师总结】最终师生共同得出本实验的最终结论：【非常重要】【高频考点】与吸入的空气相比，人体呼出的气体中，氧气的含量减少，二氧化碳和水蒸气的含量增加。呼吸作用的实质就是吸入氧气，将体内的有机物分解，产生二氧化碳和水，同时释放能量。

【设计意图】此环节实现了从具体经验到抽象概念的升华。通过汇报、追问、质疑和动画演示，引导学生在交流互动中修正、完善自己的认知，深刻理解实验现象与生理本质的内在联系，完成对核心概念的深度建构。教师的追问是思维的催化剂，将学习引向深入。

（五）联系生活，迁移应用（约5分钟）【重要】【热点】

【教师活动】呈现两个生活情境，引导学生运用本节课所学知识进行分析和解释。

情境1：在人员密集、空气不流通的教室里待久了，往往会感到头晕、乏力。这是为什么？你应该怎么做？

情境2：有人认为，清晨的公园里空气最新鲜，最适合锻炼。也有人认为，植物经过一夜的呼吸作用，清晨的公园里二氧化碳浓度其实最高，不适合锻炼。你支持哪种观点？请说出你的理由。

【学生活动】小组讨论，尝试用本节课所学知识（氧气减少、二氧化碳增多对人体的影响）进行解释，并发表观点。

【教师活动】对学生的观点进行点评和引导。对于情境1，引导学生认识到通风换气可以降低二氧化碳浓度、增加氧气浓度，是保持身体健康的重要措施。对于情境2，引导学生辩证地看问题，认识到植物的光合作用和呼吸作用都会影响空气成分，在无光照的清晨，植物以呼吸作用为主，确实可能导致局部区域二氧化碳浓度相对较高。鼓励学生在课后查阅资料，进一步探究。最后，教师进行课堂小结，并布置课后拓展任务：“请利用本节课学到的实验方法，尝试设计一个实验，比较不同环境（如操场、教室、树林）中空气成分的差异，并撰写一份简短的探究报告。”

【设计意图】将课堂所学延伸到课外，解决真实世界的问题，赋予知识以现实意义。不仅巩固了知识，也培养了学生的科学素养和健康生活的社会责任感，实现了从知识到素养的转化。

六、板书设计（提纲挈领）

标题：实验10：吸入与呼出气体的比较

一、核心问题：吸入空气与呼出气体成分有何不同？

二、实验设计：

（一）方法：对比实验

（二）原理：

1.CO2+澄清石灰水→变浑浊

2.O2→支持燃烧

三、实验过程：

（一）收集气体：排水集气法（呼出气体）vs直接取用（空气）

（二）检验气体：1.等量石灰水，对比浑浊度→检验CO2

2.燃着木条，对比燃烧情况→检验O2

四、实验现象与结论：

（一）现象