“空氣的組成”教學設計案例

王 穎

（上海蘭生復旦中學，上海）

一、教學說明

1.教學內容分析

“空氣的組成”是滬教版九年級化學教材第二章第一節，在學習了實驗室基本儀器和操作以及一些基本概念后，空氣是學生在化學課上接觸到的第一種身邊的化學物質。本單元選擇空氣作為初中化學中接觸具體物質的開端，不僅因為“科學”對空氣的知識已有過介紹，更重要的是因為它與人類的生產生活關系最為密切，通過對它的了解，可以比較順利地引導學生進入化學世界。選擇以空氣為題，開始這一單元的教學活動，符合“從學生熟悉的事物入手，進行科學教育”的原則，為下一節氧氣的學習打下基礎。

2.教學對象分析

九年級的學生已經學習了科學，從小閱讀大量課外書籍，已經了解了很多空氣的相關知識，對空氣的組成成分十分熟悉。如果僅僅是對課本內容的機械復述難以激發學生的學習興趣，對化學學科的學習缺乏長足的動力。而他們的認知思路與近代科學研究發現的進展路程十分類似，因此我從拉瓦錫空氣中氧氣體積分數的實驗入手，使學生開始了解化學的研究方法和科學探索的過程，同時受到一些最基本的化學思維方式、實驗方法、探究方法的熏陶。在充分理解拉瓦錫實驗的設計思路和實驗原理的基礎上，讓學生討論該實驗的缺點，從而順水推舟地引出課本上的演示實驗。

同時，學生對化學充滿了好奇和期望，尤其渴望動手實驗。在知識儲備上，雖然學習了實驗室基本儀器和操作以及一些基本概念，但是對于組裝儀器的特點還不熟悉，因此相關對實驗結果的討論、分析和預測最好通過學生自己的動手實驗獲得，加深印象，便于理解，同時也為后續內容的學習打下基礎。

根據以往的教學經驗，學生基本能夠掌握此實驗的實驗現象和實驗原理，但對于誤差分析往往是他們的難點，尤其是氣密性不好和彈簧夾未夾緊對于測量結果的影響容易混淆。因此，我沒有直接給出測量結果產生偏差的原因，而是通過對實驗原理的理解和對演示實驗的觀察推測測量不準的原因，然后自己通過探究實驗驗證猜想是否正確。這樣對于誤差原因的理解更加深刻，同時也體驗到動手實驗的樂趣，激發學習化學的興趣，初步體驗科學探究的基本環節。

3.教學設計思想

新課標明確指出了化學課程改革的重點“以提高學生的科學素養為主旨”?；瘜W是一門以實驗為基礎的學科。實驗教學法是幫助學生形成化學概念，獲得化學知識和實驗技能的重要手段。首先，對于化學課堂教學而言，學生感性知識的獲得很大程度上來源于化學中的演示實驗，而當學生的認識從抽象的思維進入到實踐時，最重要的又是自己動手做實驗。在化學教學中，不論是學生獲得知識、培養能力、發展智力，還是培養科學方法和世界觀，無不與化學實驗密切相關。其次，化學實驗中五彩繽紛的實驗現象能夠引起學生濃厚的認識興趣，進而促使學生產生進一步探究物質及其變化規律的內驅力，具有較強的動機功能。然后，在化學實驗教學中，學生在教師的指引下，通過理解實驗原理、操作實驗儀器、觀察實驗現象、分析實驗結果、探究實驗結論、評價實驗方案等一系列的練習和體驗，不僅獲得了熟練而科學的實驗技能，而且能夠使觀察能力、分析問題和解決問題的能力得到充分的發展。最后，學生在嚴格要求的實驗教學過程中提高了科學素養，養成了嚴肅認真的科學態度和不怕困難的科學精神。

如何開展有效的實驗教學，我準備從以下幾個策略著手。首先，選擇最優化的化學體系。氧氣的發現和體積分數的測定在化學史和科學史上具有極其重要的地位，不僅推翻了錯誤的燃素學說，還因為該反應對反應體系的選擇幾近完美，充分體現了化學學科的特點，因此非常適合幫助學生開始了解化學的研究方法和科學探索的過程，同時受到一些最基本的化學思維方式、實驗方法、探究方法的熏陶。其次，發揮演示教學的“示和范”作用，培養學生正確的實驗方法，實驗操作的精確性和規范化。一方面最大程度地提高演示實驗的成功率和可視度（課前反復演練，課堂上用攝像頭直播實驗過程），另一方面重視實驗思想的滲透、實驗過程的分析、實驗方法的培養。最后，提高學生分組探究實驗的有效性，課前要求學生認真做好預習，實驗過程中巡回指導，要求學生人人參與，積極和諧的合作；適時點撥，發現問題及時糾正。

二、教學目標

1.知識與技能

（1）了解空氣的主要成分，理解測定空氣中氧氣體積分數的實驗原理。

（2）掌握基本儀器的組裝和操作，能有目的地設計簡單的探究實驗。

2.過程與方法

（1）通過“粗略測定空氣中氧氣的體積分數”演示實驗的觀察和講解，初步了解實驗的設計思路及反應原理。

（2）引導學生通過對實驗操作和實驗現象的觀察，提出可能影響測量結果的原因，并設計簡單的探究實驗進行驗證，從而培養學生的動手實驗能力及觀察現象、分析問題和邏輯推理的能力。

3.情感態度與價值觀

（1）在實驗探究的過程中讓學生體驗探究的樂趣，增強對化學學科的好奇心和探究欲，激發學生學習化學的興趣，增強學好化學的自信心。

（2）通過人類對空氣的認識歷程的學習，激發學生對化學家的崇敬之情，感受科學發現的過程，初步形成科學的發展觀，培養一定的化學素養。

（3）通過對實際誤差的分析，培養學生嚴肅認真、實事求是的科學態度。

三、重點和難點

教學重點：使學生掌握定量研究空氣成分的實驗原理和操作要點，知道空氣的主要成分。

教學難點：規范實驗操作，通過探究實驗對測定空氣中氧氣的體積分數的實驗進行誤差分析。

四、教學用品

藥品：紅磷、紙片、水。

儀器：水槽、集氣瓶、廣口瓶、燃燒匙、止水夾、導管、燒杯、乳膠管。

媒體：多媒體電腦、PPT課件，攝像頭。

五、教學過程

1.引入課題

創設情境：講述個人經歷，有一次在路上遇到兩名傳教人員，在大講特講上帝的恩德和偉大后得出結論：上帝就像空氣，真實存在卻又無法證明。

提出問題：如何用簡單的小實驗證明空氣的存在？

學生活動：根據物理課所學知識提出馬德堡半球實驗。

實驗：將集氣瓶裝滿水，蓋上一張紙，翻轉集氣瓶，瓶中的水并不落下。

問題：為什么瓶中的水違反萬有引力定律，沒有下落呢？

講解：由于瓶中被水充滿沒有空氣，紙片下的大氣壓強將水和紙片托住。

2.舉例證明空氣的存在

想一想：空氣看不見、摸不著，能否憑自己的生活經驗，談談自己是如何感知空氣存在的。

學生活動：思考、討論，并說出自己的想法。（放風箏、看見操場上紅旗飄揚等）

設計意圖：激勵學生思考，培養學生關注生活中的現象

3.空氣成份的探索

設問：空氣是純凈物還是混合物？如何證明？

敘述：為了揭開空氣神秘的面紗，許多科學家做出了長期不懈的努力，打破了四象說。

學生閱讀文本“P34［拓展視野］”并思考以下問題。

問題1：空氣的主要成分是什么？誰發現的？出示拉瓦錫照片并介紹其生平貢獻。

當前，山區經營的果園、桑園、茶園等，林下草本覆蓋水平普遍偏低，有的與耕地種植相似，需要增加草被覆蓋。尤其在六、七兩個月，是水土流失的重點時段，必須禁止皖河流域中上游耕地和園地土壤裸露。

問題2：拉瓦錫通過實驗證實氧氣體積約占空氣體積的多少？實驗原理是什么？

講解：在拉瓦錫設計的密閉容器中，汞與氧氣發生反應，氣體體積減小，汞液面上升，其體積就是消耗掉氧氣的體積。

設計意圖：讓學生了解今天我們所學的每一個簡單常識都是由多位科學家常年努力的結果，激發學生熱愛科學的情感。

4.探究空氣中氧氣的體積分數

銜接：拉瓦錫的實驗有什么需要改進之處？

學生活動：思考并回答汞易揮發且毒性較大，反應緩慢，反應容器太大且復雜。

講解：我們是否能夠借鑒拉瓦錫的實驗原理，設計一個或多個更為簡單的實驗，來粗略測定空氣中氧氣的體積分數。

提示：關鍵要考慮哪些方面的問題？反應物能否用木炭或蠟燭？鎂帶可不可以？（對學生的回答及時作點評，同時加以引導、鼓勵。）

學生活動：思考、回答：反應物要只能與空氣中的氧氣反應，且反應后的生成物必須是固體，使反應容器內壓強變小，才會使液體進入容器。

提問：實驗需要用到哪些裝置，如何連接？

活動：讓學生將實驗框里的儀器自行組裝。

多媒體：實驗步驟。

講解：提示實驗重點和觀察重點。

演示實驗：紅磷在空氣中燃燒測定氧氣體積分數。通過攝像頭將實驗操作過程和實驗現象投影在幕布上，讓后排學生也能看清。

提問：你們觀察到哪些現象？

學生回答：①紅磷燃燒，產生白煙；②放熱；③冷卻后打開彈簧夾，水沿著導管進入集氣瓶中，進入集氣瓶內水的體積約占集氣瓶總體積的1/5。

設計意圖：熟悉實驗裝置，培養動手能力。為后續實驗結論的得出和探究實驗的設計埋下伏筆。

5.自主探究實驗

銜接提問：如果測量不準確可能是什么原因造成的？

學生回答：紅磷不足，氣密性不好、未冷卻就打開彈簧夾等

［板書］將學生提出的原因寫在副板書上，初步篩選出可能的原因，讓每組同學認領一個，并設計實驗驗證。

設計意圖：讓學生在觀察與討論中發現問題、提出問題、解決問題，培養學生嚴謹、務實的科學態度。

學生活動：以小組為單位設計實驗并操作，記錄實驗結果并在此基礎上討論原理。每組故意夸大某一錯誤操作，例如放極少量紅磷，膠塞輕輕放置在集氣瓶上，紅磷一熄滅馬上打開彈簧夾，不使用彈簧夾而是用手虛虛捏住乳膠管，緩緩塞入膠塞等，其余均規范操作。實驗完成后如有時間可進行對照實驗。

在學生動手實驗時從旁指導，啟發他們從壓強變化上追根溯源。

板書（見板書展示部分：誤差分析）

設計意圖：使學生明確規范操作實驗的重要性，同時明白科學探究的基本環節。

除此之外，還有哪些因素會導致測量結果不精確？

學生活動：有學生提出有部分水滯留導管沒有進入集氣瓶，也有學生提出用標簽紙將集氣瓶體積五等分太過粗略，應該精確測量倒吸入水的體積。

評價：大家總結得非常好。那么如何改進？

學生活動：思考，交流，討論，回答：將燒杯換成大的量筒，精確測量倒吸水的體積。

設計意圖：培養學生的發散思維。

講解：同學們的想法非常好，簡單易行又效果顯著。要更精確的測量，我們也可以運用新的實驗技術。你們的學長在大理科探究課題上運用溫度傳感器和壓強傳感器，直接測量反應前后容器內壓強變化計算氧氣的體積分數。

多媒體展示DIS創新實驗法的步驟和結果。

6.課堂小結

總結：1.空氣中主要成分的發現史；2.空氣中氧氣的含量測定實驗原理、現象及注意事項。

設計意圖：了解重點知識及學習要求。

7.布置作業

課本第19-20頁《2.1 空氣的組成》

六、主要板書

2.1 空氣的組成

一、空氣的組成

1．測定空氣中氧氣含量的實驗

（1）實驗原理 4P+5O22P2O5

（2）實驗裝置

（3）實驗步驟：查、點、塞、開

（4）實驗現象：白煙，水進入1/5

（5）誤差分析

錯誤原因 實驗結果 根源分析紅磷不足 偏小裝置氣密性不好 偏小未冷卻打開彈簧夾 偏小塞子塞入太慢 偏小彈簧夾未夾緊 偏大其他