“氧氣的獲得”教學方法研究

　　摘要：分析研究了教材中“氧氣的獲得”相關內容，尋找到教材編排體系中知識點間的相關性，設計出一種新的分散引導式教學方法，將“氧氣的獲得”的諸多教學難點，在相關知識教學中進行有序分散，達到了降低教學難度的目的，提升了教學效率和教學效果，使學生受到科學方法的訓練，初步形成科學探究的意識和能力。
　　關鍵詞：教學難點；氧氣的獲得；教學方法；編寫意圖
　　文章編號：1005–6629(2012)7–0025–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
　　1 引言
　　滬教版化學教科書九年級上冊第二章第二節的教學內容為“性質活潑的氧氣”[1]。該內容的教學安排為2課時，第1課時是“認識氧氣的性質和氧氣的用途”，第2課時為“氧氣的獲得”[2]。第2課時中氧氣的工業制法屬于了解范疇，而實驗室制法則是重點教學內容[2，3]。
　　初三學生初學化學，知識儲備不夠，探究意識和實踐能力又很薄弱；而“氧氣的獲得”是初中化學的重點教學內容，呈現的信息多、知識密集且難點集中。教師在1課時內完成該教學內容會比較倉促，課容量大、教學效果差。為此，必須尋找科學的教學方法。
　　2 理解教材編寫意圖，有序分散教學難點
　　2.1 教學難點
　　首先，教師要清楚教學內容的難點所在，才能尋找到有針對性的解決辦法。梳理教材并結合學生的起點能力進行分析，“氧氣的獲得”的教學內容存在以下教學難點：
　　（1）外界溫度在物質低沸點上下時該物質的存在狀態及轉化。
　?。?）兩套氣體發生裝置（加熱固體制氣體、固液反應不需加熱制氣體）的設計、選擇與掌握。
　?。?）加熱高錳酸鉀制氧氣時在試管口放一團疏松棉花的作用；不放棉花的后果預見。
　?。?）排水法收集氣體的選擇依據、操作要點及收集滿的判斷依據。
　?。?）用排水法收集完高錳酸鉀受熱分解的氧氣后，必須先把導管從水中取出，再熄滅酒精燈的原因；操作順序反了會造成的后果預見與分析。
　　2.2 教學難點與已授知識的相關性
　　針對以上難點，仔細分析并研究教材后發現：其中的前4個難點所涵蓋的知識在前面的教材中都有所涉及。
　　（1）分離液態空氣制氧氣的原理與前一課時“認識氧氣的性質”中氧氣的三態變化知識存在聯系。
　?。?）兩套氣體發生裝置的設計、選擇、注意點以及棉花的作用與教材第一章第三節的“活動與探究”——“加熱銅綠”和“銅綠中加稀鹽酸”存在相關性。
　?。?）排水法收集氣體的選擇依據、操作要點及用分液漏斗來控制液體的流量與流速與教材第二章第一節“捕捉空氣”的“活動與探究”的知識相通。
　　2.3 教學難點的有序分散
　　仔細揣摩教材編排體系中知識點間的相關性，作者理解教材的編寫意圖是：逐步積累知識、有序分散難點。教師要把教材的編寫意圖融入到具體教學中，使知識難度降低，易于學生接受。
　　（1）在前一課時“認識氧氣的性質”中介紹氧氣的三態變化時，播放視頻：液態氮、液態氧在常溫下劇烈沸騰，嗞嗞有聲；鮮花在液氧中變得很脆；金魚在液氮中頃刻凍僵、硬如冰塊，放入水中即慢慢蘇醒[2]。讓學生感受神奇的低溫世界，了解到1.01×105 pa時，兩個非常低的溫度：-183 ℃和-196 ℃分別是氧氣和氮氣的沸點；且由于沸點很低，常溫下氧氣和氮氣都以氣態呈現。
　　有了以上的感知和認知，結合已掌握的空氣中主要含氮氣和氧氣的知識，在本課時“氧氣的獲得”教學時，教師提問怎樣大量制得氧氣時，學生容易想到分離空氣中的氮氣和氧氣，進而教師板書出氮氣和氧氣的沸點，學生設計出方案：把空氣的溫度降到-183 ℃或更低，但不要達到-196 ℃，這樣氮氣還是氣體，而空氣中的氧氣液化形成液氧。（這雖與實際操作有所不同，但學生的思維得到訓練，會根據所掌握的知識去分析問題、解決問題。此點難能可貴，應給予肯定。）
　　隨后教師簡介工業上的實際做法，并播放視頻：液態空b0d6eccd28d23b3773395e2352b080aa氣的蒸騰實驗[2]，通過觀看和思索其中提出的問題，學生進一步理解分離液態空氣制氧氣的原理。
　　簡潔有效地完成此內容的教學，把寶貴的上課時間留給氧氣的實驗室制法這一重點教學內容。
　?。?）教師在教材第一章第三節進行“加熱銅綠”和“銅綠中加稀鹽酸”的活動探究時，有意識地引導學生觀察：①固體和液體試劑的取用方法及取用量、試管中加固液的順序、加熱固體的注意點等基本操作；②加熱過程中銅綠粉末從試管底部“跳著跳著往前走”的現象；③少量銅綠粉末中加入稀鹽酸后冒氣泡的劇烈程度。加熱銅綠時，提醒學生注意到用試管夾夾持試管限制了人的自由活動，從而引出鐵架臺的啟用（如圖1所示），并對帶鐵夾的鐵架臺的作用、結構及夾持方法作詳細介紹。
　　隨后及時安排學生分組實驗：加熱銅綠(按圖1進行)、銅綠中加稀鹽酸。學生通過親自實驗進一步把握基本操作及注意事項；通過近距離的觀察，真切地感受到加熱銅綠產生的氣流對固體粉末的吹動，看到試管口出現的冷凝水及銅綠粉末中加入稀鹽酸后冒氣泡的劇烈程度，從而加深印象，增加感性認識。
　　在本課時進行高錳酸鉀受熱分解制氧氣教學時，根據教師出示的高錳酸鉀藥品和被喚醒的加熱銅綠的回憶，學生很快就能設計出發生裝置的初胚。
　　進而教師啟發學生制得的氧氣不可任其擴散，必須行走在指定的通道中，結合學生在前面“捕捉”空氣的活動時掌握的知識，引出在試管口加塞-具塞導管。
　?。?）由于對第一章第三節加熱過程中銅綠從試管底部“跳著跳著往前走”的現象有深刻的認識，學生很容易就理解必須在試管口放一團疏松棉花。并能準確預見：若沒有棉花的“過濾”作用，粉末將濺入導管。在試管中裝入高錳酸鉀并放好棉花后固定到鐵架臺上（如圖2所示，實驗結束后可取出棉花讓學生觀察棉花兩邊的情況以加深認識。)
　?。?）教師在教材第二章第一節進行“捕捉”空氣（如圖3所示）的探究教學時，一定要讓學生親自動手。
　　①通過操作儀器的連接、裝置的組配，再一次為氧氣的制取中儀器的連接和發生裝置和收集裝置之間的連接打好實驗基礎。
　?、谟^察調節分液漏斗的活塞時，相應的滴液情況和氣泡逸出情況，為催化分解雙氧水的發生裝置中分液漏斗的使用埋下伏筆。
　?、壅莆杖绾卧诩瘹馄恐醒b滿水、如何把裝滿水的集氣瓶倒置在水槽中、如何從水槽中取出“捕捉”到的空氣。觀察清楚分液漏斗中滴下的水進入廣口瓶后把空氣從廣口瓶上方導管排出、順著導管排出的空氣進入裝滿水的倒置集氣瓶后又把水從集氣瓶下方排出；從中體會到由于空氣和水的密度的顯著差異，不易溶于水的空氣可通過把水排出的方法收集，并會通過集氣瓶中的水面下降位置和氣泡冒出的位置判斷空氣收集到什么程度。
　　針對第③點的把握，在本課時討論氧氣的收集方法時，只要啟發學生對氧氣不易溶于水的物理性質的回憶，就可確定氧氣的排水收集法。
　?。?）在圖2裝置后連接上排水法收集裝置（見圖3所示），預熱試管后加熱高錳酸鉀，待氣泡從導管口連續而均勻冒出時用排水法收集，等待的過程中可讓學生上來觀察試管內高錳酸鉀和棉花的變化情況。
　　當集氣瓶內的水面下降至瓶口且有氣泡從集氣瓶口往外冒時，證明氧氣已收集滿，在水面下蓋好玻璃片后取出集氣瓶正放在桌面上。此時詢問學生：“若停止實驗，是先熄滅酒精燈，還是先把導管從水中取出？”學生受生活經驗影響，不假思索地都說先熄滅酒精燈。此時，教師不要急于糾正，就照此操作，但注意不可讓水進入倒試管中。結果同學們清晰地看見水槽中的水沿著導管快速倒吸，在就要進入試管前，教師趕緊用酒精燈加熱試管，導管中的水掉頭往外走了，有驚無險。然后進行先把導管從水中取出，再熄滅酒精燈的操作，結果不再出現倒吸現象，實驗安全結束。其實，這時學生已意識到若按他們所說的順序操作，勢必會造成冷水被倒吸到熱的試管底部，引起試管破裂的不好后果。進而適時引導學生分析水槽中的冷水被倒吸的原因：先熄滅酒精燈，導致了試管內溫度降低，壓強減小。
　　（6）本課時實驗室制取氧氣的第一套裝置告一段落，接下去進行第二套制取裝置的探究學習。
　　首先在小燒杯中倒入6 %的雙氧水，在教室傳看雙氧水在常溫下緩慢冒出的小氣泡附著在容器壁上的現象。接著在其中加入少量二氧化錳粉末，冒氣泡明顯加快并迅速沖出液面，接觸燒杯壁感受到明顯發熱，引導學生意識到應在雙氧水中加入二氧化錳以提高反應速度。由于有銅綠中加稀鹽酸的實驗經驗，教師適當引導后，學生很快就設計出了類似的最簡易裝置（如圖4所示）。
　　此時提醒學生回憶銅綠粉末和稀鹽酸反應冒氣泡的劇烈程度（教材第一章第三節內容）并結合剛才的實驗現象，體會到由于二氧化錳粉末和雙氧水溶液的接觸面積太大，若用這樣的裝置會導致反應太快來不及收集、放熱太劇烈也極不安全，應想辦法控制反應的速率，進而引導學生聯想“捕捉”空氣的實驗中分液漏斗的使用。學生受到啟發，想到用分液漏斗來控制液體的流量與流速，從而控制反應的速率；考慮到容器的平穩放置和利于散熱，可把試管改為錐形瓶；并結合對氧氣排水法收集的掌握，最終改裝成圖5所示裝置。實際操作并收集一瓶氧氣。
　　把帶火星的小木條分別伸入兩瓶收集好的氣體中，小木條復燃！制得的是氧氣！學生很興奮，很滿足。課也到了尾聲，請學生回家預習實驗報告，下節課進實驗室進行氧氣的制法和性質的分組實驗，趁熱打鐵，鞏固效果。
　　3 效果
　　理解了教材的編寫意圖，充分利用教材，設計了分散引導式教學方法，在“氧氣的獲得”的教學前就做好相關知識的鋪墊和引導，使得文中歸納的5個教學難點中的前4個得以有序分散，從而降低知識密度和難度，提升了學生的起點水平。結合學生已有的知識基礎開展教學活動，就顯得從容不迫，有條不紊，師生有足夠的互動時間，學生較輕松地掌握知識，課堂效率高。
　?。?）學生當堂掌握工業制氧氣的原理，在解決相關題目時得心應手。
　?。?）學生自己設計出兩套氣體發生裝置，掌握操作注意點；歸納得出：氣體發生裝置的選擇是由反應物的狀態和反應條件所決定。
　　同時，所形成的制備氣體的設計思路，又能很好地遷移到以后的學習中。例如，下一節學習“二氧化碳的制取”時，在教師的引導下，學生設計出一系列的發生裝置——最簡單的固液反應裝置（圖6）、加液方便的裝置（圖7）、可控制反應發生和停止的各種簡易裝置（結合壓強差原理）（圖8），并由圖8中裝置快速地掌握啟普發生器的使用要求和原理（圖9）。又如，第五章第二節“鐵的冶煉合金”中一氧化碳還原氧化鐵的實驗裝置（圖10），學生也能很快改裝成功。
　　（3）學生對于加熱高錳酸鉀制氧氣時，在試管口放一團疏松棉花的作用不靠機械記憶，而是真正理解，具體實驗時根本不會忘記放棉花。
　?。?）學生能準確把握排水法收集氣體的具體操作和最佳時刻，清晰地知道氧氣收集到什么程度，準確判斷是否已收集滿；牢固掌握氣體能用排水法收集的原因：待收集的氣體不易溶于水也不和水反應。并理解了氣體和水的密度差異是水能把不易溶于水的氣體往上擠走或不易溶于水的氣體能把水往下擠走的原因，而不是能用排水法的原因。
　　并且從原理上理解了密度的差異是選擇氣體或液體導入或導出的依據，對于“一瓶多用”（如圖11所示）的題型能很好解決，如排水集氣法、向上或向下排空氣集氣法、用水把難溶性氣體擠出、測難溶性氣體的體積時導管的連接順序。
　　（5）先熄滅酒精燈的錯誤操作及又加熱時水往外流的現象給學生留下深刻的印象，學生從原理上真正領悟先把導管從水中取出、后熄滅酒精燈的必要性，以后進行分組實驗時，不會出現收集完氣體后，就隨手熄滅酒精燈的錯誤操作。同時為以后教材中多次出現的有關壓強差知識的運用打下堅實的基礎。
　　由于堅持將難點分散的教學，學生受到了科學方
　　法和過程的訓練，掌握知識的同時初步形成了科學探究的意識和能力，體驗到探究的樂趣，潛移默化地形成良好的科學素養。
　　參考文獻：
　　[1]中學化學國家課程標準研制組.義務教育課程標準實驗教科書·化學（九年級上冊）[M].上海：上海教育出版社，2011：33～38.
　　[2]王祖浩.化學教師教學指導書（九年級上冊）（含配套光盤）[M].上海：上海教育出版社，2005：33～35.
　　[3]中華人民共和國教育部.化學課程標準（實驗稿）[S].北京：北京師范大學出版社，2001：1