劉艷

摘要：從藥品的選擇、裝置的改進(jìn)、誤差的分析、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為線索，對(duì)書(shū)本重要實(shí)驗(yàn)“空氣中氧氣含量測(cè)定”展開(kāi)復(fù)習(xí)，增加知識(shí)的深度和廣度，提高了學(xué)生的參與度，同時(shí)也有效地提升了學(xué)生的科學(xué)探究能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。

關(guān)鍵詞：氧氣含量;改進(jìn);傳感器

文章編號(hào)：1008-0546（2018）10-0079-03 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

一、教學(xué)背景

“空氣中氧氣含量的測(cè)定”是滬教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)第一章第2節(jié)“化學(xué)研究些什么”中化學(xué)研究物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容，也是初中化學(xué)一個(gè)非常重要的實(shí)驗(yàn)。在新授課時(shí)期，由于當(dāng)時(shí)九年級(jí)學(xué)生剛接觸化學(xué)物質(zhì)不久，知識(shí)儲(chǔ)備不夠，實(shí)驗(yàn)操作能力和科學(xué)探究能力也比較欠缺，只能以老師講授實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生參與度不夠。經(jīng)過(guò)一年的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)化學(xué)已經(jīng)積累了一定的知識(shí)基礎(chǔ)和方法基礎(chǔ)，就有必要對(duì)該節(jié)內(nèi)容加以復(fù)習(xí)，增加知識(shí)的深度和廣度。筆者以學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展為線索組織教學(xué)，以探究的視角深入，從理性的視角提升，以創(chuàng)新的視角升華。

二、教學(xué)目標(biāo)

（1）通過(guò)對(duì)“空氣中氧氣含量的測(cè)定”的藥品選擇、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)原理等的復(fù)習(xí)，使學(xué)生對(duì)燃燒、堿的化學(xué)性質(zhì)、壓強(qiáng)等相關(guān)知識(shí)得以鞏固。

（2）通過(guò)交流討論、小組合作、實(shí)驗(yàn)探究等活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)和科學(xué)探究能力，幫助學(xué)生養(yǎng)成敢于“質(zhì)疑”書(shū)本的批判性思維。

（3）通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析，滲透環(huán)境保護(hù)意識(shí)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究和創(chuàng)新素養(yǎng)，感受到化學(xué)的學(xué)科價(jià)值和學(xué)科魅力，激發(fā)學(xué)生親近化學(xué)，熱愛(ài)化學(xué)的責(zé)任感。

三、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

1.激發(fā)興趣，引出主題

播放視頻：拉瓦錫鐘罩實(shí)驗(yàn)

過(guò)渡語(yǔ)：拉瓦錫多次重復(fù)鐘罩實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)歷時(shí)12天，堅(jiān)持不懈，最終得出空氣中氧氣含量為21%。由于該實(shí)驗(yàn)的藥品汞毒性較大，所以我們的義務(wù)教育教科書(shū)（九年級(jí)上冊(cè)）2001年至今，就改用紅磷燃燒測(cè)定“空氣中氧氣含量”（見(jiàn)圖2）。

設(shè)計(jì)意圖：感悟經(jīng)典，讓學(xué)生體會(huì)到任何一個(gè)科學(xué)理論的得出都是來(lái)之不易的。作為今天的我們，需要繼承和發(fā)揚(yáng)前人持之以恒、勇于探究的科學(xué)精神。

三、復(fù)習(xí)回顧，激發(fā)認(rèn)知沖突

師【Q1】請(qǐng)大家回憶一下測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)原理是什么？

【生】利用可燃物燃燒，消耗氧氣，產(chǎn)生壓強(qiáng)差，引發(fā)液體倒吸。

【Q2】從原理中可見(jiàn)，我們選擇的藥品要具有可燃性，那么是不是所有可燃性的物質(zhì)，都可以用來(lái)測(cè)定空氣中氧氣含量呢？

【Q3】蠟燭燃燒雖然消耗了氧氣，但同時(shí)也產(chǎn)生了新的氣體二氧化碳，所以我們認(rèn)為它不可以用來(lái)測(cè)定空氣中氧氣含量，大家同意嗎？如果老師說(shuō)蠟燭也可以呢，你信不信呢？請(qǐng)大家思考：在原裝置的基礎(chǔ)上如何修改，就可以利用蠟燭實(shí)現(xiàn)測(cè)定空氣中氧氣含量？

【學(xué)生活動(dòng)】先獨(dú)立思考，再相互交流談?wù)?，得出結(jié)論。

教師評(píng)析：我們發(fā)現(xiàn)，原來(lái)并不是所有產(chǎn)生新氣體的化學(xué)反應(yīng)都不可以用來(lái)測(cè)定空氣中氧氣含量，我們只要能找到合適的吸收劑，將產(chǎn)生的氣體吸收掉，從而形成壓強(qiáng)差，也照樣可以用來(lái)測(cè)定空氣中的氧氣含量。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)由淺入深、循序漸進(jìn)的層層提問(wèn)，教師有意識(shí)地將第一章和第七章的化學(xué)知識(shí)互相串聯(lián)在一起，既達(dá)到了對(duì)相關(guān)知識(shí)的整合復(fù)習(xí)，同時(shí)也有利于培養(yǎng)學(xué)生“質(zhì)疑”的思維方式，勇于批判不完善的、舊的觀點(diǎn)。

【Q4】蠟燭燃燒對(duì)比書(shū)本中的紅磷燃燒，最大的優(yōu)點(diǎn)是什么？

設(shè)計(jì)意圖：滲透環(huán)保意識(shí)，養(yǎng)成愛(ài)護(hù)環(huán)境的習(xí)慣。“綠色應(yīng)用”也是初中化學(xué)核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，是中考考查的重要目標(biāo)。

3.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，對(duì)比分析

師【Q5】通過(guò)分析，我們發(fā)現(xiàn)蠟燭完全可以實(shí)現(xiàn)測(cè)定空氣中的氧氣含量，請(qǐng)大家動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)。

【學(xué)生活動(dòng)】四人一組，分組實(shí)驗(yàn)，記錄現(xiàn)象，得出結(jié)論。

師【Q6】大家在完成實(shí)驗(yàn)后，是不是都得到了和拉瓦錫一樣的結(jié)論，測(cè)出空氣中氧氣含量為21%？如果沒(méi)有，請(qǐng)你推測(cè)導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的原因。

生：實(shí)驗(yàn)前需將蠟燭在容器外點(diǎn)燃伸入容器內(nèi)，燃燒的蠟燭伸入容器內(nèi)瞬間，容器內(nèi)的部分空氣受熱膨脹逸出，導(dǎo)致結(jié)果偏高。

設(shè)計(jì)意圖：“空氣中氧氣含量的測(cè)定”在新授課時(shí)由于產(chǎn)生的P₂O會(huì)對(duì)空氣造成污染，所以只能是教師演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生沒(méi)有真正地參與進(jìn)來(lái)。在復(fù)習(xí)時(shí)，采用蠟燭燃燒，學(xué)生可以自己動(dòng)手操作，既鍛煉了學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)操作能力，又可以讓學(xué)生真真實(shí)實(shí)地感受到實(shí)驗(yàn)誤差的來(lái)源，喚醒學(xué)生的記憶，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興奮點(diǎn)。

師【Q7】大家根據(jù)自已在做實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的切身感受，你還能想到導(dǎo)致誤差的其他方面的原因嗎川？

生：實(shí)驗(yàn)中所用的導(dǎo)管充有空氣，蠟燭火焰熄滅倒吸后這部分空氣進(jìn)入容器，導(dǎo)管中充滿水，而這部分水本應(yīng)該進(jìn)入容器中，導(dǎo)致結(jié)果偏低。

師【Q8】請(qǐng)大家回憶量氣管的使用注意事項(xiàng)，發(fā)現(xiàn)兩邊液面存在高度差會(huì)對(duì)氣體產(chǎn)生壓縮，從而影響氣體體積的測(cè)量，所以我們?cè)谶M(jìn)行最后的測(cè)定前需要做什么操作？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的誤差，啟發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中細(xì)節(jié)的反思。復(fù)習(xí)課如果僅僅停留在新授課時(shí)期的知識(shí)層面，會(huì)讓學(xué)生沒(méi)有新鮮感，缺乏趣味性。通過(guò)本節(jié)課復(fù)習(xí)，讓學(xué)生從全新的視角，更深層次地復(fù)習(xí)舊問(wèn)題，達(dá)到對(duì)知識(shí)點(diǎn)的真正理解，而非死記硬背。同時(shí)也讓學(xué)生加深對(duì)“量氣管測(cè)量氣體體積前需要調(diào)節(jié)兩邊液面在同一水平面”這一教學(xué)難點(diǎn)的印象。

師【Q9】你能將裝置進(jìn)一步簡(jiǎn)化，就利用我們生活中隨處可見(jiàn)的器材完成“測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)”嗎？（提示：藥品：蠟燭，氫氧化鈉溶液;器材：透明水盆、塑料瓶）

【學(xué)生活動(dòng)】四人一組，相互交流，畫(huà)出裝置圖（圖4），上臺(tái)展示交流。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)于這種書(shū)本上有探究?jī)r(jià)值的實(shí)驗(yàn)，我們要敢于改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，體會(huì)創(chuàng)新帶來(lái)的樂(lè)趣。由學(xué)生相互合作交流、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，匯報(bào)實(shí)驗(yàn)成果、現(xiàn)場(chǎng)展示，使學(xué)生學(xué)會(huì)分享、學(xué)會(huì)合作、學(xué)會(huì)思考、學(xué)會(huì)評(píng)價(jià)，感受合作帶來(lái)的成功與喜悅。

4.數(shù)字實(shí)驗(yàn)，更新觀念[2]

師：在上述實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，沒(méi)有任何證據(jù)可以證明消耗的氣體就是氧氣？隨著科技的不斷發(fā)展，新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)手段登上了化學(xué)舞臺(tái)，那就是傳感器，基本結(jié)構(gòu)如下：

暖寶寶是我們?nèi)粘３Ｓ玫娜∨O(shè)備，大家都知道暖寶寶的發(fā)熱原理嗎？老師今天就用暖寶寶來(lái)測(cè)定空氣中的氧氣含量（圖6），利用三頸燒瓶，配合采用壓強(qiáng)、氧氣、溫度三種傳感器同時(shí)檢測(cè)暖寶寶發(fā)熱過(guò)程中三種物理量的變化趨勢(shì)，其結(jié)果如圖7。

師【Q10】：大家可以從圖像上獲取到哪些信息？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生感受到科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)化學(xué)學(xué)科產(chǎn)生的重大影響，既開(kāi)闊了學(xué)生的視野，又提高了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的提高。同時(shí)也體現(xiàn)了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化趨勢(shì)，體現(xiàn)了初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代;體現(xiàn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)從靜態(tài)走向動(dòng)態(tài);體現(xiàn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)從定性走向定量。同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了氣壓、氧氣濃度、溫度三者的同步變化，大大節(jié)約了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。通過(guò)分析圖像，還鞏固了圖像題的解題策略。

四、教后反思

本堂課筆者嘗試探索和革新實(shí)驗(yàn)探究復(fù)習(xí)課的新模式，教師圍繞復(fù)習(xí)的核心知識(shí)精心設(shè)置問(wèn)題，問(wèn)題設(shè)置環(huán)環(huán)相扣，有層次、有梯度。學(xué)生的活動(dòng)形式豐富，學(xué)生的思考有層次、有深度。在教學(xué)設(shè)計(jì)上以實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新為核心，以數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為亮點(diǎn)，體現(xiàn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化、綠色化、家庭化。對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和創(chuàng)新，可提升學(xué)生的探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的達(dá)成。

參考文獻(xiàn)

[1]尚廣斗.“空氣中氧氣含量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)的研究和改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2009（11）：13-14

[2]王壽紅.氣體壓力傳感器在“空氣中氧氣含量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].教學(xué)儀器和實(shí)驗(yàn)，2014（8）：28-30