化學入門階段探究前置、教材后移的教學嘗試——九年級化學“空氣（1）”探究前置教學設計、實錄和反思

季進明（江蘇省鹽城市初級中學　江蘇鹽城　224001）

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化學入門階段探究前置、教材后移的教學嘗試——九年級化學“空氣（1）”探究前置教學設計、實錄和反思

季進明
（江蘇省鹽城市初級中學江蘇鹽城224001）

摘要：探究前置、教材后移的教學方法能使化學課堂保持探究味。化學入門階段教學時學生對化學學科的科學探究接觸得少，學生的實驗設計和實驗動手能力欠缺。“空氣”作為初中化學第一種研究的物質，在教材中出現較早，作者對這一教學內容進行探究前移、教材后移的教學嘗試。

關鍵詞：探究前置；教材后移；教學環節；教后反思

人教版九年級初中化學“空氣”［1］，先向學生介紹并分析拉瓦錫測定空氣中氧氣含量的實驗，再用實驗的方法探究空氣中氧氣的含量，學生都看到了用燃燒紅磷法測定空氣中氧氣含量的實驗裝置和實驗原理了，那么再進行這一實驗探究就變成了一種驗證性實驗，缺失了探究性。如何才能使這節課中空氣中氧氣含量的教學有探究性呢？筆者進行了探究前置、教材后移［2］的教學嘗試，現將具體做法做一個介紹。

一、課程標準、教材和學情分析

1.課程標準

2011義務教育化學課程標準內容：說出空氣的主要成分，認識空氣對人類生活的重要作用；活動與探究建議：實驗探究空氣中氧氣的體積分數；可供選擇的學習情景素材：科學家對空氣成分的探究。［3］

2.教材分析

“空氣”是人教版九年級化學教材“身邊的化學物質”的第一種介紹對象，教材中介紹本課之前，已在第一單元安排了“對人吸入和呼出氣體的探究”，“走進化學實驗室”還介紹了化學儀器使用的一些常識。本節教材首先介紹了拉瓦錫測定空氣中氧氣含量的實驗方法和結論，然后用燃燒紅磷的實驗來測定空氣中氧氣含量，并介紹了空氣中各成分的含量。

初中化學中重視定量研究物質和化學反應，本節教材中測定空氣中氧氣含量的實驗是初中化學定量研究物質的開始，結果不是很精確，但運用探究實驗的方法研究空氣中氧氣的含量，有助于豐富學生在認識過程中所需的感性材料，提高學生學習化學的興趣，培養學生觀察、思維和動手實驗的能力。

3.學情分析

本節課定于2015年9月23日上午9點在江蘇省教學新時空·名師課堂中播出，需在9月13日前將錄課的光盤上交評課專家，而化學又是初三新開科目，老師對學生和學生的合作學習等還不了解，學生對實驗設計和化學儀器的名稱和使用還很不熟練，為了便于空氣一節的教學，我選擇講完“對人體吸入的空氣和呼出的氣體的探究”之后進行錄課，這樣學生就有了4-5節課的化學基礎，也便于老師對課堂進行掌控。

二、探究教學目標

1.學生通過探究實驗，培養實驗動手能力和思維能力；

2.學習并分析拉瓦錫測定空氣中氧氣含量的方法；

3.培養相互合作的意識，學習科學家的科學態度和科學精神；

4.認識到進行科學研究或學習中運用科學方法的重要性。

三、探究教學重點

師生共同設計實驗，由學生進行實驗探究空氣中氧氣的體積分數并進行實驗分析。

四、整節課的教學流程圖(圖1)五、探究教學過程

環節1：情境導入

師：同學們，我們對呼吸作用進行過初步研究，知道了呼吸大致原理。

［設問］我們可以連續幾小時不飲水，但能不能連續幾個小時不呼吸？可見，空氣對我們非常重要。那么，空氣是由什么組成的呢？各成分的含量分別是多少呢？

圖1　教學流程圖

我們將在“第二單元我們周圍的空氣”的學習中解決這些問題。今天開始學習第二單元我們周圍的空氣。

［板書］課題1空氣。

生：傾聽和回答。

設計意圖：創設情境，使學生進入學習狀態。

環節2：“捕捉”空氣并體驗空氣的存在

師：我們每天生活在空氣中，但我們卻看不見空氣，也摸不著。我們已會用排水法收集空氣，你還會用其他方法收集空氣嗎？

［問題1］你還會用其他方法“捕捉”空氣嗎？

（提供集氣瓶、塑料袋、注射器、導管、燒杯等器材）

［投影］

（1）捕捉空氣：利用桌面上器材收集空氣，并展示給同伴。

（2）通過氣密性檢查以體驗空氣的存在：組裝圖示的實驗裝置，塞緊瓶塞，用手握住集氣瓶，觀察燒杯的水中有無氣泡冒出，然后松開手，再觀察導管口有什么現象。

生：動手操作。

師：［提問］倒吸進導管的水的體積跟什么有關？

生：回答。

設計意圖：讓學生動手操作收集空氣和檢查裝置氣密性。用于說明氣體增多、減少時裝置內氣壓的變化，氣壓變大使部分氣體被擠出，氣壓變小時，外界物質會填補進來，補充進來的水的體積跟與剛才排出去的空氣體積相同，為后面的實驗設計和誤差分析打下必要的基礎。

環節3：探究空氣中氧氣含量

師：空氣是生命活動中不可缺少的物質，它是由什么組成的？

生：氧氣、氮氣、二氧化碳等。

師：［板書］一、空氣是由什么組成的？

［提問］其中什么成分與我們的生命活動息息相關？

生：氧氣。

師：［問題2］如何測定其中氧氣的含量？

（友情提示：氧氣能支持燃燒，而氮氣不能）

生：可將其中氧氣分離出來或除去。

師：［板書］1、測定空氣中氧氣的含量

（事先提供實驗器材：集氣瓶、配燃燒匙的橡皮塞、導管、裝水的燒杯、酒精燈、彈簧夾、蠟燭、紅磷、藥匙、火柴，與前一個實驗共用一個水槽。）

［投影］

提出問題：選用什么可燃物來測量空氣中氧氣的含量呢？

查閱資料：

1.紅磷在空氣中燃燒只與氧氣反應生成五氧化二磷固體。

2.蠟燭在空氣中燃燒只與氧氣反應生成二氧化碳和水蒸氣，還可能產生黑煙和一氧化碳氣體。

3.鎂很活潑，在空氣中燃燒時既可與氧氣反應，也可與氮氣、二氧化碳、水蒸氣發生反應。

4.銅絲、鐵絲在空氣中不能燃燒。

生：閱讀資料。

設計意圖：提出問題時，想讓學生提出用將氧氣消耗掉的方法來測定空氣中氧氣的含量。通過學生對資料的學習，排除用鎂、鐵、銅來做燃燒法測定空氣中氧氣的含量實驗，初步形成一種決策能力。

師：［提問］肯定不選用什么？還不選用什么？為什么？

生：肯定不用鐵和銅絲，因為它們一般在空氣中不能燃燒。也不用鎂，因為它還消耗氮氣、二氧化碳、水蒸氣。

師：如何設計實驗裝置呢？

師：固態可燃物裝在燃燒匙中燃燒，一定量的氣體裝在集氣瓶中，如何指示被消耗氧氣的多少呢？

生：可用倒吸的水指示。

［投影］組裝：

進行實驗：（先說明實驗注意事項：紅磷裝在燃燒匙中，瓶內預先裝水到最下刻度線，彈簧夾夾在乳膠管的正中間，點燃后迅速伸入瓶中并塞緊，只做一次，短時間重復時瓶內氣體中氧氣已消耗一些，誤差大。）

［投影］實驗步驟：

（1）連接裝置，檢查氣密性，夾好彈簧夾。

（2）往燃燒匙中裝入過量可燃物。

（3）點燃酒精燈，引燃可燃物。

（4）立即將燃燒匙伸入集氣瓶中并塞緊。

（5）燃燒停止后冷卻。

（6）打開彈簧夾，讀數，穩定后上傳實驗成果。

生：開始實驗，成果展示。

師：大家對比實驗結果，蠟燭的倒吸的水均少于1/5；紅磷的倒吸的水均在1/5左右。

得出結論：選用紅磷燃燒測定空氣中氧氣的含量；氧氣約占空氣體積的1/5。

［板書］

重要現象：白煙，1/5

結論：氧氣約占空氣體積的1/5

設計意圖：按科學探究的一般步驟來進行，以加深學生對科學探究的理解，包括初步讓學生學會設計實驗裝置。通過學生自己的實驗，培養學生小組合作意識，培養學生動手實驗和思維能力。展示各小組的實驗成果，進行比較便于得出蠟燭的倒吸的水均少于1/5；紅磷的倒吸的水均在1/5左右，讓學生感受到燃燒法測定空氣中氧氣含量通常選用紅磷為燃燒物。

環節4：燃燒紅磷法測定空氣中氧氣含量實驗的誤差分析

師：［問題3］但是用燃燒紅磷測定空氣中氧氣含量的實驗結果有一定的誤差，這又是為什么？

師：（先拿出學生做出的偏小的實驗燃燒裝置）請思考為什么結果偏小？

生：漏氣、紅磷用量不足、冷卻得不夠。

師：（取一偏小但瓶底仍有紅磷的實驗燃燒裝置）此組實驗中并不是紅磷用量不足，但可能是空氣中氧氣降到一定程度時紅磷就不能燃燒了。

師：（拿出學生做出的偏大的實驗燃燒裝置）請思考為什么結果偏大？

生：點燃的紅磷向瓶內伸時將瓶內氣體受熱膨脹，使瓶內氣體變少。

師：如何避免熱脹冷縮引起的這種誤差并防止污染呢？

生：設法在瓶內點燃紅磷。

設計意圖：培養學生實驗反思和分析問題的能力，也為后面說明拉瓦錫測定空氣中氧氣含量實驗的科學性和手段的高明打下基礎。

環節5：拉瓦錫測定空氣中氧氣含量實驗分析

師：［問題4］歷史上，拉瓦錫測定空氣中氧氣含量的實驗是如何做的？請帶著投影上的問題自學課本26頁。

［投影］

（1）拉瓦錫的實驗中連續加熱了多少天？

（2）汞的液面上有什么現象？

（3）瓶內氣體體積減少了多少？

（4）后來拉瓦錫還將這種紅色固體加強熱，又得到了什么？

（5）他得出的結論是什么？

生：自學書本第26頁的內容。

師：用投影上的問題檢查一下自學的效果。

組織學生討論以下幾個問題：

（1）裝置為什么要密閉？

（2）這個實驗在消耗氧氣時就加熱了12天，時間足夠長有什么好處？

（3）為什么汞槽中玻璃鐘罩內液面會上升？

（4）拉瓦錫的這個測定實驗還有什么優點呢？

生：回答。

設計意圖：培養學生自學能力，檢查自學的效果，檢閱學生對實驗的理解，培養學生類似實驗分析加工的能力、對學生知識遷移情況把脈。

環節6：重溫化學史

師：［問題5］那么空氣中是否只有氧氣和氮氣呢？又如何來證明？

（提供信息：氧氣和氮氣在一定條件下可以反應）

生：可設法將空氣中氧氣和氮氣都反應除去。

師：有些科學家就是用這樣的思路做實驗的。

［投影］介紹：法國化學家拉瓦錫、英國科學家卡文迪許、英國物理學家瑞利、英國化學家拉姆塞等人的貢獻。

［投影］介紹，人們已能精確測量空氣成分（比如運用手持技術）。

請同學們看書27頁了解一下具體數據。

空氣中的成分按體積計算，大約是：氮氣78%、氧氣21%、稀有氣體0.94%、二氧化碳0.03%、其他氣體和雜質0.03%。

說明這是按體積計算，稀有氣體并非一種氣體，而是一些氣體的總稱。

生：看投影、思考傾聽、思考和回答。

設計意圖：讓學生體會科學探究的艱辛歷程，學習科學家的科學精神和科學態度，從而促進學生的學習。

環節7：課堂小結和布置作業

師：本節課我們獲得了什么呢？

知識：空氣中各成分的體積分數，測定空氣中氧氣含量的實驗。

方法：等量代換的思想，利用物質消耗空氣中氧氣，根據氣體體積的變化推測出氧氣的體積。

情感態度與價值觀：科學嚴謹認真的科學態度和科學精神值得我們學習和借鑒。

布置作業

生：傾聽和感悟。

設計意圖：突出過程與方法、情感態度與價值觀方面的收獲。

六、教后反思

整節課一共有七個教學環節，其中第三個教學環節即環節3“探究空氣中氧氣的含量”為本節課的重點，占用了本節課一半以上的時間。第二到第六環節的主線條都是由問題來引領一個生生或師生互動過程，在生生或師生互動中努力促成知識的生成、操作技能的培養、分析與思考的思維能力的發展。

教學過程中，設法引導學生對空氣成分認識的逐步深入，發展學生的實驗設計、實驗操作和實驗分析能力，讓學生感受和學習科學家嚴謹的科學態度和科學方法。第一、學生對空氣的認知，由“定性——空氣中含有氧氣、氮氣、二氧化碳等氣體”到“半定量——呼出氣體中氧氣含量降低了”再到“粗略定量——測定空氣中氧氣的含量”最后到“精確定量——科學前沿技術手段如手持技術，空氣中各成分含量的具體數據”。第二、按照“探究前置、教材后移”的思路推進師生的活動，主體探究過程可分為四個步驟：學生捕捉空氣并體驗空氣的存在；測定空氣中氧氣含量的探究活動；對燃燒紅磷法測定空氣中氧氣含量的實驗誤差進行分析；自學拉瓦錫測定空氣中氧氣含量的實驗。第三、通過空氣成分發展史的教學，讓學生明白化學史上對空氣成分的認識也是逐步完善的。

這節課也有一些遺憾的地方。比如，沒有在“宏觀——微觀——符號”之間建立聯系：得出紅磷燃燒反應的文字表達式后沒有及時將紅磷、氧氣、五氧化二磷的化學式板書下來，而這是化學教學中的一項重要任務；剛學初中化學才幾天的學生，探究如何測定空氣中氧氣的含量是有不小難度的，如學生已有物質與氧氣反應只是蠟燭燃燒，我采用蠟燭和紅磷分別燃燒的對比實驗來觀測氧氣含量，并且在教學中設置了一些臺階，如通過氣密性檢查時松開手后水倒吸，加問一句倒吸的水的體積跟什么相等等等，臺階是否設置多了。像那個測定空氣中氧氣含量的實驗裝置能否由學生直接畫圖設計？這節課，才動用了一個班60%的學生，分了6個實驗小組，每個實驗小組6個學生，實驗中還是有學生得不到動手的機會，只是增加了近距離觀察的機會，我建議學校能增加化學實驗員和化學實驗室，給我們的學生更多的做實驗機會。

七、結束語

這節課從開始備課就得到了江蘇省鹽城師范學院楊玉琴教授、鹽城市教育科學研究院梁雪峰老師、東臺實驗中學郭春旺副校長的有力指導，試講和錄課時得到鹽城市初級中學北校區化學教研組全體老師、初三北校區初三（4）班、（5）班、（6）班、（17）班等班級的班主任老師的大力支持和幫助，化學實驗室朱均偉老師在學生分組實驗器材準備上耗費了大量的精力，在此表示感謝！

參考文獻

［1］王晶，鄭長龍.義務教育教科書化學（九年級上冊）［M］.北京：人民教育出版社，2012：26-27

［2］于忠榮，仇建，朱永侃.“探究前置教材后移”教學實踐研究［J］.中學化學教學參考，2014，（8）：28-30

［3］中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2012

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.03.026

文章編號：1008-0546（2016）03-0072-04

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B