吳金蓮

摘要：以空氣為探究情境，開(kāi)展“空氣中氧氣的含量”的教學(xué)，學(xué)生完成“證明空氣的存在…‘對(duì)拉瓦錫測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)課堂探究～實(shí)驗(yàn)室探討測(cè)定空氣中氧氣的含量”等三個(gè)探究任務(wù)，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探究的方法，解決真實(shí)的化學(xué)問(wèn)題，培養(yǎng)了學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知，科學(xué)探究與創(chuàng)新能力等化學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：空氣；項(xiàng)目化學(xué)習(xí)；科學(xué)探究

文章編號(hào)：1008-0546（ 2022 ）llx-0015-04

中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.llx.004

探究性學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)和學(xué)習(xí)方法。教師結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，通過(guò)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題組織并展開(kāi)教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生在活動(dòng)中通過(guò)相互合作解決問(wèn)題，最終呈現(xiàn)、展示問(wèn)題解決的成果?！?/p>

一、內(nèi)容主題分析

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》指出：化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)以實(shí)驗(yàn)為主的科學(xué)探究活動(dòng)，有助于激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生在觀察、實(shí)驗(yàn)和交流討論中學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。[2]科學(xué)探究能力包括：學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力?，F(xiàn)在的課堂已經(jīng)從知識(shí)為中心走向能力為中心，課堂上不再是將課本實(shí)驗(yàn)重復(fù)做一遍，讓學(xué)生機(jī)械地記憶概念。而是通過(guò)教學(xué)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中獲取數(shù)據(jù)、運(yùn)用科學(xué)推理分析數(shù)據(jù)并生成概念的理解能力，在實(shí)踐中根據(jù)實(shí)際問(wèn)題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案，并通過(guò)反思改進(jìn)方案、提出新問(wèn)題的能力，逐步培養(yǎng)科學(xué)探究能力。

空氣對(duì)學(xué)生來(lái)講并不陌生，在小學(xué)科學(xué)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)知道了空氣的組成，基于學(xué)生對(duì)空氣的已有認(rèn)知，設(shè)計(jì)“空氣中氧氣的含量”探究性學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生系統(tǒng)地、全面地、更深層次地認(rèn)識(shí)空氣，又能在探究過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，讓學(xué)生感受到化學(xué)與生活緊密聯(lián)系在一起，為后續(xù)化學(xué)學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

空氣在生活中無(wú)處不在，但空氣看不見(jiàn)摸不著，如何證明空氣的存在？本節(jié)課以“喝完飲料的空瓶還剩什么？”引入，展開(kāi)對(duì)空氣的探究，接著討論空氣中有哪些成分？如何測(cè)定空氣中氧氣的含量？通過(guò)閱讀拉瓦錫測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)，由小組討論總結(jié)出拉瓦錫測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)原理。實(shí)驗(yàn)室中如何測(cè)定空氣中氧氣的含量呢？以一系列問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。問(wèn)題由簡(jiǎn)到難，層層深入，引導(dǎo)學(xué)生一步步進(jìn)行探究。在實(shí)驗(yàn)探究、解決問(wèn)題的過(guò)程中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

二、教學(xué)目標(biāo)

1．學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明空氣的存在，增加對(duì)空氣的認(rèn)識(shí)。

2．閱讀拉瓦錫測(cè)定空氣中氧氣含量實(shí)驗(yàn)，知道拉瓦錫測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)原理。了解科學(xué)探究的一般思路，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)觀察能力和批判質(zhì)疑的能力。

3．小組合作完成“測(cè)定空氣中氧氣含量”的實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確規(guī)范地進(jìn)行裝置的連接、裝置氣密性檢查、藥品的取用、藥品加熱等基本實(shí)驗(yàn)操作。

設(shè)定以上教學(xué)目標(biāo)，有利于將學(xué)生帶領(lǐng)到化學(xué)世界中，對(duì)身邊的物質(zhì)進(jìn)行探究。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定空氣中氧氣的含量是借助拉瓦錫測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)原理，但實(shí)驗(yàn)的裝置和藥品還可以繼續(xù)優(yōu)化，從而培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理和信息處理能力，提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力和科學(xué)探究能力，形成勇于探索的科學(xué)精神和依靠證據(jù)進(jìn)行科學(xué)推理的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

三、探究任務(wù)及教學(xué)流程

表1是探究任務(wù)及教學(xué)流程。

四、實(shí)施過(guò)程

任務(wù)一：如何證明空氣的存在？

[情境]展示一個(gè)空的飲料瓶。問(wèn)：空的飲料瓶中還剩什么？

[學(xué)生]空氣。

[過(guò)渡]生活中還有什么方法來(lái)證明空氣的存在？能用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)或列舉實(shí)例來(lái)證明空氣的存在？

[小組實(shí)驗(yàn)]實(shí)驗(yàn)儀器：水槽、塑料瓶、塑料袋、扇子。

實(shí)驗(yàn)1：將一個(gè)壓扁的塑料袋打開(kāi)，再將袋口封住，用雙手?jǐn)D壓塑料袋，有壓力，因?yàn)樗芰洗锍錆M(mǎn)空氣。

實(shí)驗(yàn)2：用扇子朝臉扇，感覺(jué)有風(fēng)，就是因?yàn)榭諝獾拇嬖凇?/p>

實(shí)驗(yàn)3：空的塑料瓶向水中擠，會(huì)有很多氣泡產(chǎn)生，松手后，瓶中出現(xiàn)水柱，因?yàn)榭諝獾拇嬖凇?/p>

[結(jié)論]空氣是客觀真實(shí)存在的。

[提問(wèn)]空氣中有哪些物質(zhì)呢？

[學(xué)生]氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、水蒸氣等?/p>

[過(guò)渡]在某些情況下，僅僅知道空氣中有哪些物質(zhì)是不夠的，還需要知道空氣中某些氣體的含量，比如氧氣的含量。那么我們?cè)趺礈y(cè)定空氣中氧氣的含量呢？閱讀課本資料。

任務(wù)二：探討拉瓦錫測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)

[小組合作歸納]拉瓦錫測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)原理：在密閉容器里，用汞和空氣中氧氣反應(yīng)生成固態(tài)的氧化汞，使容器內(nèi)強(qiáng)壓強(qiáng)減小，在大氣壓的作用下，液體進(jìn)入容器中的體積，就是空氣中氧氣的體積。

[提問(wèn)]實(shí)驗(yàn)室測(cè)定空氣中氧氣的含量，能否直接用拉瓦錫的這套實(shí)驗(yàn)裝置？為什么？

[小組合作歸納]1.拉瓦錫做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間太長(zhǎng)了，用了12天；2．這個(gè)裝置太大，使用不方便；3．汞有毒性，會(huì)使人中毒。

任務(wù)三：實(shí)驗(yàn)探究測(cè)定空氣中氧氣的含量

[問(wèn)題]實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定空氣中氧氣的含量，反應(yīng)物的選擇應(yīng)考慮哪些方面？

[學(xué)生]1.在空氣中能燃燒，能在短時(shí)間內(nèi)能得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論；2．只能和氧氣反應(yīng)，生成物為固體。

[教師]蠟燭、木炭和硫在空氣中都能燃燒，能否用這些物質(zhì)作為測(cè)定空氣中氧氣含量的反應(yīng)物？為什么？

[學(xué)生]不能，蠟燭和木炭燃燒消耗了氧氣，但是生成了二氧化碳?xì)怏w，硫燃燒消耗了氧氣但是生成了二氧化硫氣體。生成物都是氣體，不是固體，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定出反應(yīng)前后的壓強(qiáng)變化。

[教師]能否用鐵絲呢？

[學(xué)生]不能，因?yàn)殍F絲在空氣中無(wú)法燃燒。

[過(guò)渡]汞不能作為反應(yīng)物，目前學(xué)到的能與氧氣反應(yīng)的物質(zhì)也不能作為反應(yīng)物。其實(shí)早在拉瓦錫用汞測(cè)出空氣中氧氣的含量之前，他曾做過(guò)白磷燃燒的實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論：空氣中只有五分之一的氣體具有助燃性，他當(dāng)時(shí)稱(chēng)之為“有用的空氣”。但由于白磷的著火點(diǎn)比較低，容易自燃，所以我們課本用紅磷代替白磷，紅磷在空氣中燃燒的產(chǎn)物與白磷燃燒的產(chǎn)物相同，且紅磷的著火點(diǎn)比較高，不易自燃。

[教師]現(xiàn)在反應(yīng)物確定了，那么實(shí)驗(yàn)裝置又該如何選擇？

[學(xué)生1]選擇集氣瓶收集空氣，取紅磷在集氣瓶中燃燒，塞上橡膠塞（見(jiàn)圖1）。

[教師]針對(duì)圖1裝置進(jìn)行討論，如何點(diǎn)燃紅磷？

[學(xué)生2]集氣瓶不能加熱，將橡膠塞換成帶有燃燒匙的單孔橡膠塞，紅磷放在燃燒匙內(nèi)，將燃燒匙在酒精燈火焰上點(diǎn)燃，迅速插上橡膠塞（見(jiàn)圖2）。

[教師]改進(jìn)之后的裝置解決了點(diǎn)燃紅磷的問(wèn)題，紅磷燃燒消耗了瓶?jī)?nèi)的氧氣，壓強(qiáng)減小，怎么才能判斷出壓強(qiáng)減小呢？

[學(xué)生]仿照拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)裝置，在圖2的基礎(chǔ)上，將帶燃燒匙的單孔橡膠塞換成帶燃燒匙和玻璃導(dǎo)管的雙孔橡膠塞，并將玻璃管與膠皮管連接，導(dǎo)管的一端浸沒(méi)在盛有水的燒杯中（見(jiàn)圖3）。實(shí)驗(yàn)時(shí)瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小，外界大氣壓不變，在大氣壓的作用下，燒杯內(nèi)的水進(jìn)入集氣瓶?jī)?nèi)，進(jìn)入的水的體積就是消耗的氧氣的體積。

[過(guò)渡]紅磷燃燒消耗的氧氣是一定量的，進(jìn)入瓶中水的體積也是一定量的，為了能快速準(zhǔn)確判斷進(jìn)入瓶中水的體積，我們需要在集氣瓶上做記號(hào)，將瓶分成五等份。圖3裝置雖然是密閉裝置，但在紅磷燃燒的過(guò)程中，會(huì)有空氣從導(dǎo)管口處向外逸散．所以在膠皮管處夾上彈簧夾（見(jiàn)圖4）。

[教師]整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置選好了，接下來(lái)該如何做實(shí)驗(yàn)？

[小組討論]1.檢查裝置的氣密性；2．將集氣瓶做五等份記號(hào)；3．彈簧夾夾緊膠皮管；4．在燃燒匙內(nèi)放入足量的紅磷；5．點(diǎn)燃紅磷后，伸入瓶中并立即塞緊塞子；6．待冷卻后，打開(kāi)彈簧夾。

[學(xué)生]小組合作完成紅磷燃燒測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表2）。提供的儀器：集氣瓶、雙孑L橡膠塞、單孔橡膠塞、橡膠塞、燃燒匙、酒精燈、玻璃管、膠皮管、彈簧夾、燒杯。

[教師]實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有的小組出現(xiàn)了橡膠塞彈出的情況，這是為什么？

[學(xué)生]因?yàn)榧t磷燃燒產(chǎn)生大量的熱，使瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)增大，導(dǎo)致瓶塞被彈出。

[教師]為了防止出現(xiàn)橡膠塞被彈出的現(xiàn)象，我們?cè)跈z查完裝置的氣密性之后，在集氣瓶?jī)?nèi)預(yù)先放少量的水。教師按照課本的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示。

[教師]我們發(fā)現(xiàn)水在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了兩次，集氣瓶中有水，燒杯內(nèi)有水，這兩處的水的作用相同嗎？

[學(xué)生]不同，集氣瓶中的水是降溫作用，燒杯內(nèi)的水是測(cè)定空氣中氧氣的體積。

[教師]集氣瓶中的水還有一個(gè)作用：可以吸收生成物五氧化二磷，減少空氣污染，以后的實(shí)驗(yàn)中我們要盡量做到綠色化學(xué)，減少污染。

[教師]小組實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，老師也發(fā)現(xiàn)有的小組，進(jìn)入瓶中的水的體積沒(méi)有達(dá)到五分之一，有的小組進(jìn)入瓶中的水的體積大于五分之一，為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的情況呢？

[學(xué)生1]小于五分之一：①裝置氣密性不好；②紅磷不過(guò)量；③未冷卻至室溫就打開(kāi)止水夾。

[學(xué)生2]大于五分之一：①?gòu)椈蓨A沒(méi)有夾緊；②點(diǎn)燃紅磷后沒(méi)有立即塞入塞子。

五、教學(xué)反思

本節(jié)課從學(xué)生熟悉的空氣著手設(shè)計(jì)探究性學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在探究任務(wù)活動(dòng)中，對(duì)空氣定性認(rèn)識(shí)到定量認(rèn)識(shí)。定量分析是學(xué)生通過(guò)探究任務(wù)一步步完成，而不是直接告訴學(xué)生答案。學(xué)生是探究活動(dòng)的主體，教師在整個(gè)探究活動(dòng)中起主導(dǎo)作用，本節(jié)課是初中化學(xué)定量探究的第一課，實(shí)驗(yàn)裝置的選擇需要教師提出問(wèn)題，一步步引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題，并參與學(xué)生的探究活動(dòng)，與學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)方案，并驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案。從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)分析能力。師生活動(dòng)為學(xué)生的思考留下時(shí)間，也將探究學(xué)習(xí)中合作、創(chuàng)新的基本理念得到充分地展現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡紅杏，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)：培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)活動(dòng)[J]．蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)，2017（6）：165-172.

[2] 中華人民共和國(guó)教育部，義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S]．北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.