对“制作沼气发酵装置”实验教学设计的改进

对“制作沼气发酵装置”实验教学设计的改进

王燕红

关键词：生物学；沼气发酵装置；实验教学设计；改进

作者简介：王燕红，任教于广东博罗县博罗中学初中部。

北师大版义务教育课程标准实验教科书《生物学》中，多次出现了与沼气（甲烷）有关联的教学内容，显然，初中学生对沼气的了解很重要。恰好笔者任教的学校所处地区正在推广沼气池的建造和使用。因此，我们的学生更应该把沼气的相关知识掌握好，待以后学以致用。

该套教科书的八年级下册为我们准备了一个“制作沼气发酵装置”的实验设计，这一实验的目的是使同学们了解沼气发酵装置的构造、沼气产生的原理和沼气的用途。笔者在指导学生进行该实验时，常常会遇到这样的一些问题：（1）沼气发酵及制取实验耗时长，一般需要15天才见结果，而初中学生的耐性不足，干劲不持久，这不免会降低学生初始实验时的求知热情；（2）所用的实验材料会令学生恶心，如猪粪，污泥等味道难味，影响了学生实验操作的准确性与积极性；（3）收集的气体往往分量不足，不能很好地点燃，以致说明不了沼气的作用，而这一过程却是整个实验的高潮，有画龙点睛之功效，是激发学生学习兴趣，培养学生成就感的关键一步，如果气体不能很好地燃烧，这就意味着实验的失败，从而打击了学生的积极性。

诚然，生物科学是一门实验科学，生物学教学必然以实验为主，生物实验教学设计尤为重要。按新课标要求，我们在设计实验方案时应该做到如下几个方面：

第一，倡导以探究为核心的主动学习方式，学生通过努力可以自己或小组共同完成；第二，设计要有创新性，方法巧妙，内容新颖，能激发学生的求知欲望；第三，注重能力体系的构建，培养与他人合作的精神；第四，注重贴近学生的日常生活，鼓励学生运用所学的知识去研究身边的生物学问题，增强学生的社会责任感；第五，充分考虑各地的实际情况和教学活动的可能性，设计实验方案时，注意实验设备和材料的经济、实用和可选择性，尽量做到低耗值。

根据以上情况和要求，笔者在指导学生进行“制作沼气发酵装置”的实验时，通过深入的研究、反复的尝试与总结，认为该实验设计若能结合实际作适当改进，将更有利于我们的教学。笔者的做法就是将实验分割为两个小实验，即“制作沼气发酵装置模拟演示（实验1）”和“沼气的收集与利用实验（实验2）”，并分为课内和课外进行。

实验1：其目的是使同学们了解沼气发酵装置的构造和沼气产生的原理。笔者把这一个实验的操作过程在课堂上演示给学生看，结合如下的对照图进行讲解，实验的现象让学生在课外观察和记录，并建议同学们课外实地观察沼气池的构造（大部分学生家住农村，有这样的条件）。

沼气发酵装置简图沼气池结构示意图

实验2：其目的是使同学们了解沼气的用途，激发探索精神，增强环保意识。笔者把教学重点放在这一实验过程，于是笔者为该实验制定了如下的操作方案：

实验器具材料的准备：

饮料瓶一个（1．5ml）、橡皮塞、橡皮管、玻璃弯管、尖嘴玻璃管、止水夹、长颈漏斗。

1.方法步骤

(1)学生小组制作实验装置。将橡皮塞打两个孔，一孔插长颈漏斗，要使长颈漏斗颈部尽量接近瓶底，如颈部不够长，可接一段橡皮管，直至接近瓶底；另一孔插玻璃弯管，玻璃弯管插入瓶的内端不要太长，插入约5cm即可，玻璃弯管外端接一段橡皮管，约15cm，接着接一段尖嘴玻璃管；然后，将橡皮塞塞住饮料瓶口。为防止漏气，各个接口可用溶解的蜡密封，如图A所示。

(2)学生小组收集沼气。选择富含有机质（如落叶、作物的秸杆等）的小溪、小荷花池等，用排水集气法收集沼气。操作前可先用小木棒搅动水下的淤泥检测沼气的含量，如有大量气体冒出即可进行。操作需两位同学，甲同学先将饮料瓶从长颈漏斗处注满水，然后将饮料瓶倒置，使长颈漏斗的漏斗部和尖嘴玻璃管都伸入水中，乙同学则用木棒搅动水中的淤泥，使淤泥中的沼气冒出，甲同学移动饮料瓶，使沼气通过漏斗部收集到饮料瓶内，并要保持漏斗部不要露出水面，两位同学要互相配合好。注意：要保证各处的管道畅通，以确保沼气的进入和水分的排出（为促进排水，可收集沼气后再接尖嘴玻璃管）。当瓶内气体收集到足够量时，甲同学先用止水夹夹住橡皮管，接着立即将瓶子倒转，使瓶口向上，瓶内要保留一部分水，以浸没长颈漏斗的颈部管口2cm为准，目的是为了防止沼气溢出。这样，一瓶沼气便收集好了，如图B1、B2所示。

步骤1和步骤2让学生课外预先完成，以培养学生主动学习和探索的能力，同时节约了时间。

3.检验沼气，证明其用途。这一步骤在实验1完成后接着进行(学生小组课前已收集好沼气)，以延续学生的求知热情，同时也使教学内容具有连贯性和整体性。先在漏斗部缓缓注入清水（控制好流速），然后打开止水夹，并继续注入清水，使沼气在水的压力作用下从尖嘴玻璃管口徐徐排出（气体排出过快会使火苗熄灭），这时我们用燃着的火柴点燃气体，便可看到燃着的火苗发出蓝蓝的光，同时释放大量的热能，这是该实验的亮点，如图C所示。

笔者对该实验进行了这样的改进，一方面，可以利用学生的课外时间预先收集好气体，从而大大缩短了实验教学时间，延续了学生的求知热情，同时也培养了学生自主探究的能力；第二方面，笔者把实验的亮点凸现出来，学生看到了沼气的然烧，体验到了成功的喜悦；第三方面，本实验设计巧妙，内容新颖，激发了学生的学习兴趣，培养了学生的创新精神；第四方面，笔者考虑了本校的实际情况，该校地处城镇郊区，大部分学生来自农村，对农村环境熟悉，收集沼气容易完成，而且也迎合了当地所需，增强学生的社会责任感；第五方面，笔者采用的器材经济、实用，且容易获得，符合实验教学设计要求。

笔者对该实验作了这样的调整与改进后，获得了非常好的教学效果。由此看来，我们在生物教学过程中根椐实际情况对课本的实验教学设计进行恰当的调整与改进是很有必要的。所以，教师们在教学中不能死教书、教死书，要根据教学内容、学生的实际情况有所调整，使教学效率不断提高。

参考文献：

[1]刘恩山.新世纪版义务教育课程标准实验教科书《生物学》[M].北京：北京师范大学出版社，2002.

[2]李明霞.改进“探究种子萌发环境条件”实验的教学设计[J].生物学通报，2005(7).

[3]李铁军.新课改革条件下高中生物必修部分教学设计的研究[D].河北师范大学，2005.

作者单位：广东博罗县博罗中学初中部邮编：516100