“模擬膈肌的運動”演示實驗裝置的改進

尹旺興

在人教版《生物》教材中設計有“模擬膈肌的運動”演示實驗，該實驗主要是為了說明膈肌收縮和舒張時肺的體積變化，裝置如圖1所示。該裝置通過將橡皮膜平鋪、捆緊于廣口瓶（無底）的底端使瓶內密閉，存在以下不足。

1.膈肌（橡皮膜）在人體自然狀態時（舒張時）應呈向胸腔突起的穹隆狀，而此裝置在自然狀態下呈水平狀。

2.用手推橡皮膜和讓其自動復原的過程中，學生會將橡皮膜自動復原誤認為是膈肌的舒張過程，將用手推橡皮膜誤認為是膈肌的收縮過程，這恰好與膈肌的運動相反。

3.在自然狀態下，瓶內氣壓等于外界環境氣壓，此時氣球在瓶內是癟的，當用手推橡皮膜時，瓶內氣壓增大，必定會擠壓氣球，但由于氣球本來就是癟的，所以縮小幅度小。相反，當橡皮膜復原時，氣球膨大幅度也小，演示效果不佳。

如何解決這些問題？筆者結合實驗原理，聯系實際情況，設計制作了如圖2的裝置，在演示教學過程中起到了良好的效果。

一、制作過程

1.實驗材料

廣口瓶（無底），三通管，橡皮條，小氣球（兩個），橡皮膜，細線若干。

2.方法步驟

（1）在三通管下面的兩個管口上連接兩個小氣球，并將橡皮條捆扎在三通管的交叉處支管上，橡皮條的另一端穿過橡皮膜的孔，在橡皮條的適當位置把橡皮膜孔捆扎好。

（2）將有孔橡皮塞塞進瓶口，將三通管從瓶底插入橡皮塞內。

（3）把橡皮膜捆扎于廣口瓶的底端，從而使廣口瓶密閉。

二、優點

1.裝置形象

學生看到此實驗裝置時，很快就能知道各器具所代表的器官，更重要的是知道膈肌在體內所處位置及形態特點。

2.操作簡便

在講解呼吸運動的過程中，只需向下拉橡皮條（如圖4左），便能形象地展示吸氣的過程：膈肌收縮，胸腔增大，內部氣壓降低，外部氣壓大于胸腔氣壓，氣球變大，代表肺吸氣增大。松開橡皮條時（如圖4右）則體現了呼氣過程：膈肌舒張，胸腔縮小，內部氣壓升高，外部氣壓小于胸腔氣壓，氣球變小，代表肺呼氣縮小。

3.現象明顯

使用改進后的裝置演示膈肌運動實驗時，由于肺（氣球）的膨大、縮小幅度比改進前明顯增大，所以更利于學生觀察。