基于“實驗和微課”教學 兼顧探究和安全的創新
——以“一氧化碳還原氧化銅”的教學為例

武 劍

（深圳市龍崗區嘉聯學校，廣東 深圳）

一、問題的提出

在舊人教版本（2001年第1版）教材中，CO還原CuO的實驗裝置圖如圖1所示，該實驗的設計能夠較準確地反映CO具有還原性、有毒性和可燃性的特征。從理論上來看，本實驗設計具有很強的合理性，但是在實際操作中卻存在著一定不足和缺陷。這些缺陷主要表現在一方面CO的制取和存儲的操作不便，另一方面直接點燃尾氣易引起洗氣瓶爆炸。目前，在新人教版本（2012年第1版）教材中該實驗的裝置圖已經刪除。同時，在新版教材中由CO的還原性拓展到工業煉鐵的應用。由于CO在冶金行業的重要應用，教輔資料、模擬試題中考試題中不斷出現，不少化學教學同仁對“一氧化碳還原氧化銅”的講授都不惜筆墨。CO的還原性是九年級化學第六單元《碳和碳的氧化物》中有關“二氧化碳和一氧化碳”教學的重點和難點，同時也是高中化學必修1第二章《化學物質及其變化》中有關“氧化還原反應”學習的重要支撐和銜接。出于學生安全和環保問題的考慮，兼顧實驗操作和化學探究的實際，我們不妨借助現代科技通信有段，把微課引入課堂，將課堂延伸至課外，便于學生的自主學習，打造開放式的教學模式。

圖1 CO還原CuO的實驗裝置圖

查閱中國基礎教育全文數據庫的資料，發現對“一氧化碳還原氧化銅”教學的研究主要集中在兩個方面。一是對一氧化碳還原氧化銅實驗的改進和創新設計；實驗的改進主要從CO制備的化學藥品、裝置和方法等角度進行。二是對一氧化碳還原氧化銅反應的教學體會和反思；反思和體會主要從實驗的安全和實驗的必要性、環保意識和創新能力等方向進行闡述。而對把“微課”應用于教學，開展一氧化碳還原氧化銅教學設計與實施的研究暫未發現。

本節課的設計中引入“微課”教學探討3個方面的問題：（1）對一氧化碳還原性的探究和理解；（2）對一氧化碳有毒性的認識；（3）對尾氣處理和環保意識的探究和認識。實驗教學的改進利用多媒體展示微視頻，課堂導入，幫助學生回顧一氧化碳的性質特點，激發學生的學習興趣，此外筆者對一氧化碳還原氧化銅的實驗原始視頻做了重新編輯，以呈現實驗關鍵信息的捕捉，有助于課堂效果的提升。本節還改進了課堂教學組織方式，引入小組合作探究，充分調動了學生參與學習的積極性和主動性，是合作探究在實際課堂教學的積極應用。

二、教學理念與設計

（一）教學思想

本節課以“實驗和微課”為教學手段，用實驗儀器的組裝，實驗現象分析、探究和預測，培養學生的動手操作能力、自主思考的意識，拓展學生的綜合思維能力；用微課教學，在課前作為預習資料，在課中作為探討對象，讓學生的合作探究更充分、更積極、更有效。本節課主要以小組合作探究的方式，讓學生親身參與到科學探究的過程，每次探究都經歷提出問題（創設情境）、分析問題（做出猜想）、實驗探究（微課探究）和總結反思四個環節，突破教學重點和難點，提升學生實驗探究能力和環境保護意識。

（二）教學目標

1.知識與技能

（1）掌握一氧化碳還原氧化銅的化學反應方程式、實驗現象和注意事項；

（2）分析氧化還原反應的特征，理解一氧化碳還原性的應用。

2.過程與方法

（1）培養學生實驗裝置組裝的方法、實驗分析設計的能力和分析解決問題的能力；

（2）體驗“實驗和微課”教學，應用科學研究“對比推理、歸納推理”的基本方法。

3.情感態度與價值觀

（1）經歷實驗探究和微課學習的過程，體會小組合作、自主探究和自主分析的樂趣；

（2）認識一氧化碳還原性的應用和有毒性，讓學生能夠客觀地認識事物，提高環保意識。

（三）教學流程（見圖2）

圖2 教學流程圖

三、教學問題解決實施

（一）一氧化碳還原性的初步認識——微視頻展示和小組合作討論

教材中對一氧化碳的認識部分的編寫內容包括：一氧化碳的物理性質、有毒性、還原性以及一氧化碳還原性在冶金工業的應用。對于一氧化碳有毒性和還原氧化銅的反應僅通過文字和化學反應方程式的形式來講解和展示。教師對該部分的設計以微視頻引入，在通過學生小組合作分析討論進一步認識和鞏固一氧化碳的相關性質，有助于對一氧化碳的有毒性和還原性的認知。（見表1）

表1 一氧化碳還原性的初步認識教學主要過程

在幫助學生初步認知一氧化碳還原性的過程中，教師采用播放生活中的安全教育微視頻——“自采暖需注意，謹防一氧化碳中毒”，激發學生的學習興趣。接著讓學生簡單回顧CO的物理性質和有毒性，引入CO的還原性。根據類比“木炭還原CuO”，結合“CO還原CuO”的相關資料，分小組合作分析討論。

陸九淵說：“惻隱，仁之端也；羞惡，義之端也；辭讓，禮之端也；是非，智之端也。此即是本心。”[4]“孟子曰‘所不慮而知者，其良知也。所不學而能者，其良能也’……此吾之本心也?！盵3]“仁義者，人之本心也?！盵3]

（二）一氧化碳還原氧化銅的實驗探究——實驗分析探究和小組合作討論

新人教版九年級化學中對一氧化碳還原氧化銅的講解，利用簡單與碳還原氧化銅的類比和簡單文字描述及化學方程式的展現（如圖3）。但僅用這些方式不足以讓學生充分理解一氧化碳的還原性，特別是對原氧化銅的實驗及其操作的認識。

圖3 教材中對一氧化碳還原氧化銅的編寫

教師在對教學實施的設計中，組織6個小組，讓學生從CO的有毒性和CO的還原性兩條主線進行問題的分析和實驗探究（見表2）。6個小組分別從裝置的氣密性、尾氣處理、環境保護、CO還原CuO的原理、裝置的設計組裝和實驗現象的預測6個不同方向進行小組合作分析探究。

表2 一氧化碳還原氧化銅的實驗探究教學主要過程

圖4 實驗裝置掛圖

圖5 第（5）小組實驗裝置組裝展示

在分析探究和實驗探究的過程中，不僅能夠讓學生充分地參與到具體的小組探究環節，提高學生學習化學學科的積極性，而且還能夠培養學生的合作探究能力，同時提升了學生的語言表達和動手實踐的能力，從而讓學生更加深入透徹地理解和掌握一氧化碳還原氧化銅的實驗及其CO尾氣處理的重要意義。

（三）一氧化碳還原氧化銅的微課探究——實驗微課分析和小組合作討論

教材中直接給出了一氧化碳還原氧化銅結論——化學反應方程式（見圖6）。對于該反應，教師引導學生先在分析討論和實驗探究的基礎上，再結合實驗微課的探究，以便更加深入地理解一氧化碳還原氧化銅實驗和相關性質。

圖6 教材中對一氧化碳還原氧化銅化學方程式的展示

【實驗微課突破一氧化碳還原氧化銅的過程】

在實驗探究的基礎上用微課實驗的形式重點突破實驗操作的流程、實驗現象、注意事項等相關預測的驗證和再認識。

【教師】播放實驗微課（見圖7），讓學生在學習中關注以下的兩個問題：

1.實驗操作的具體流程？一些實驗操作環節能不能顛倒？

2.實驗過程中可以觀察到現象？實驗現象和預測現象是否一致？

接著提出3個問題，讓小組合作討論：

（1）反應開始前為什么是先通入CO氣體再點燃酒精燈加熱？

（2）反應結束后為什么是冷卻后停止通入CO氣體？

圖7 實驗微課截圖 CO還原CuO

【學生】在實驗微課的學習后，展開小組合作討論，然后讓小組代表分享各自的討論成果。

反應開始前要先通入CO氣體再點燃酒精燈加熱，如果順序顛倒可能因CO與空氣混合點燃引發的試管爆炸等危險。

反應結束后要冷卻后再停止通入CO氣體，以防止未冷卻的Cu再次被氧化。

【教師】（引導）學生分享，實驗現象和與實驗現象預測的吻合度。

【學生】第（6）小組先分享（見圖8）：黑色的氧化銅粉末成紅色（說明CuO被還原為Cu）；洗氣瓶中的澄清石灰水變渾濁（說明CO被氧化為CO2）。實驗現象和現象的預測基本一致。

其他小組補充分享：CO的尾氣處理改為點燃的方式，可以看到藍色的火焰。

圖8 第（6）小組分享

在實驗微課學習中是學生是主導者，教師是引導者，充分發揮學生主觀能動性，讓學生積極參與討論，積極分享成果。讓學生自己主動來回答其他學生的問題，實現解決問題能力的自我提升，有利于實現學生情感態度和價值觀的目標維度。

（四）課堂總結與歸納——兼顧知識與方法

課堂學習的總結部分從知識和方法兩個方面進行歸納（見表3），思路清晰，目標明確，為學生今后對氧化還原反應的學習打下良好的基礎。

表3 課堂總結與歸納教學主要過程

四、教學問題解決成效分析

（一）問題研究方法

教學完成后，采用學生問卷調查法對本節課進行反饋與評價。調查問卷共15題，采用李克特式5點量表計分法，選項包括：非常同意、同意、一般、不同意和非常不同意，分別記 5、4、3、2、1分，分別從“知識與技能”“過程與方法”和“情感態度與價值觀”三個方面進行評價。2017年11月，選取深圳市某中學45名九年級學生作為測試對象，發放問卷45份，回收問卷45份，回收率100%。

表4 學生調查問卷各題平均分

（二）調查結果分析

根據學生問卷調查結果（見表4）分析，本節課的三維目標平均分均在4.85分以上，說明本次教學較好地落實了三維目標，其中，第9、10題全卷得分最高為4.956分，說明基于“實驗和微課”探究的教學模式深受學生喜歡和認可。

結合第1、2、4題分析可知，得分均在4.90分以上，說明實驗微課探究CO還原CuO的教學取得了較好的教學效果?；瘜W是一門以實驗為基礎的科學，通過實驗探究活動和設計和實施可以幫助學生養成科學嚴謹的態度，增強學生化學的學科素養。此外，CO還原CuO是本節的教學重難點，實驗活動設計了小組合作和實驗裝置的組裝，在一定程度上培養了學生的合作精神，提高了學生動手實踐的能力。

此外，本卷第8題“通過此節課的學習，我學會一定的‘歸納推理’方法”得分4.800分與第7題“通過此節課的學習，我學會一定的‘對比推理’方法”得分4.844分，屬于得分較低的兩項，說明學生科學研究“對比推理”和“歸納推理”的基本方法的培養不是一蹴而就的，需要教師在日常教學中潛移默化地引導和針對性地強化訓練，這樣才能取得更好的效果。

五、教學反思與建議

（一）教學反思

“微課”作為全新的教學理念和手段，幫助教師把微課引入課堂，將課堂延伸至課外，便于學生的自主學習，打造開放式的教學模式。將“微課”和“實驗”的探究模式應用于“CO還原CuO”的教學，筆記經歷“選題—文件綜述—一次備課—聽課交流—二次交流—正式上課—教學效果調查—教學論文撰寫”八個環節，雖然取得令人滿意的教學效果，但是“微課”和“實驗”的探究模式的教學實踐的路還很長，還需要更多的實踐來檢驗和完善。

（二）教學建議

“微課和實驗”教學給學生提供了充分動手實踐體驗的機會，同時也可以讓學生學習的課堂向課外延伸，有利于學生對化學學科知識復習和鞏固，提高學生對化學學科的學習興趣。

“微課和實驗”教學的研究和實踐對化學教學發展特別是對一些不宜現場演示或分組實驗的教學具有重要積極的意義。