新技術 新實驗 新亮點

劉艷

摘要：從藥品的選擇、裝置的改進、誤差的分析、數字化實驗為線索，對書本重要實驗“空氣中氧氣含量測定”展開復習，增加知識的深度和廣度，提高了學生的參與度，同時也有效地提升了學生的科學探究能力，有利于培養學生的科學精神。

關鍵詞：氧氣含量;改進;傳感器

文章編號：1008-0546（2018）10-0079-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

一、教學背景

“空氣中氧氣含量的測定”是滬教版九年級化學上冊第一章第2節“化學研究些什么”中化學研究物質的組成和結構中的內容，也是初中化學一個非常重要的實驗。在新授課時期，由于當時九年級學生剛接觸化學物質不久，知識儲備不夠，實驗操作能力和科學探究能力也比較欠缺，只能以老師講授實驗、演示實驗為主，學生參與度不夠。經過一年的學習，學生對化學已經積累了一定的知識基礎和方法基礎，就有必要對該節內容加以復習，增加知識的深度和廣度。筆者以學生的認識發展為線索組織教學，以探究的視角深入，從理性的視角提升，以創新的視角升華。

二、教學目標

（1）通過對“空氣中氧氣含量的測定”的藥品選擇、實驗裝置、實驗原理等的復習，使學生對燃燒、堿的化學性質、壓強等相關知識得以鞏固。

（2）通過交流討論、小組合作、實驗探究等活動，培養學生的合作意識和科學探究能力，幫助學生養成敢于“質疑”書本的批判性思維。

（3）通過對實驗的對比分析，滲透環境保護意識，培養實驗探究和創新素養，感受到化學的學科價值和學科魅力，激發學生親近化學，熱愛化學的責任感。

三、教學過程設計

1.激發興趣，引出主題

播放視頻：拉瓦錫鐘罩實驗

過渡語：拉瓦錫多次重復鐘罩實驗，每次實驗歷時12天，堅持不懈，最終得出空氣中氧氣含量為21%。由于該實驗的藥品汞毒性較大，所以我們的義務教育教科書（九年級上冊）2001年至今，就改用紅磷燃燒測定“空氣中氧氣含量”（見圖2）。

設計意圖：感悟經典，讓學生體會到任何一個科學理論的得出都是來之不易的。作為今天的我們，需要繼承和發揚前人持之以恒、勇于探究的科學精神。

三、復習回顧，激發認知沖突

師【Q1】請大家回憶一下測定空氣中氧氣含量的實驗原理是什么？

【生】利用可燃物燃燒，消耗氧氣，產生壓強差，引發液體倒吸。

【Q2】從原理中可見，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，都可以用來測定空氣中氧氣含量呢？

【Q3】蠟燭燃燒雖然消耗了氧氣，但同時也產生了新的氣體二氧化碳，所以我們認為它不可以用來測定空氣中氧氣含量，大家同意嗎？如果老師說蠟燭也可以呢，你信不信呢？請大家思考：在原裝置的基礎上如何修改，就可以利用蠟燭實現測定空氣中氧氣含量？

【學生活動】先獨立思考，再相互交流談論，得出結論。

教師評析：我們發現，原來并不是所有產生新氣體的化學反應都不可以用來測定空氣中氧氣含量，我們只要能找到合適的吸收劑，將產生的氣體吸收掉，從而形成壓強差，也照樣可以用來測定空氣中的氧氣含量。

設計意圖：通過由淺入深、循序漸進的層層提問，教師有意識地將第一章和第七章的化學知識互相串聯在一起，既達到了對相關知識的整合復習，同時也有利于培養學生“質疑”的思維方式，勇于批判不完善的、舊的觀點。

【Q4】蠟燭燃燒對比書本中的紅磷燃燒，最大的優點是什么？

設計意圖：滲透環保意識，養成愛護環境的習慣。“綠色應用”也是初中化學核心素養的重要內容，是中考考查的重要目標。

3.實驗改進，對比分析

師【Q5】通過分析，我們發現蠟燭完全可以實現測定空氣中的氧氣含量，請大家動手完成實驗。

【學生活動】四人一組，分組實驗，記錄現象，得出結論。

師【Q6】大家在完成實驗后，是不是都得到了和拉瓦錫一樣的結論，測出空氣中氧氣含量為21%？如果沒有，請你推測導致誤差產生的原因。

生：實驗前需將蠟燭在容器外點燃伸入容器內，燃燒的蠟燭伸入容器內瞬間，容器內的部分空氣受熱膨脹逸出，導致結果偏高。

設計意圖：“空氣中氧氣含量的測定”在新授課時由于產生的P₂O會對空氣造成污染，所以只能是教師演示實驗，學生沒有真正地參與進來。在復習時，采用蠟燭燃燒，學生可以自己動手操作，既鍛煉了學生的基本實驗操作能力，又可以讓學生真真實實地感受到實驗誤差的來源，喚醒學生的記憶，激發了學生的學習興趣，調動了學生學習的興奮點。

師【Q7】大家根據自已在做實驗過程中的切身感受，你還能想到導致誤差的其他方面的原因嗎川？

生：實驗中所用的導管充有空氣，蠟燭火焰熄滅倒吸后這部分空氣進入容器，導管中充滿水，而這部分水本應該進入容器中，導致結果偏低。

師【Q8】請大家回憶量氣管的使用注意事項，發現兩邊液面存在高度差會對氣體產生壓縮，從而影響氣體體積的測量，所以我們在進行最后的測定前需要做什么操作？

設計意圖：通過學生親自動手實驗時出現的誤差，啟發學生對實驗過程中細節的反思。復習課如果僅僅停留在新授課時期的知識層面，會讓學生沒有新鮮感，缺乏趣味性。通過本節課復習，讓學生從全新的視角，更深層次地復習舊問題，達到對知識點的真正理解，而非死記硬背。同時也讓學生加深對“量氣管測量氣體體積前需要調節兩邊液面在同一水平面”這一教學難點的印象。

師【Q9】你能將裝置進一步簡化，就利用我們生活中隨處可見的器材完成“測定空氣中氧氣含量的實驗”嗎？（提示：藥品：蠟燭，氫氧化鈉溶液;器材：透明水盆、塑料瓶）

【學生活動】四人一組，相互交流，畫出裝置圖（圖4），上臺展示交流。

設計意圖：對于這種書本上有探究價值的實驗，我們要敢于改進實驗裝置，體會創新帶來的樂趣。由學生相互合作交流、改進實驗裝置，匯報實驗成果、現場展示，使學生學會分享、學會合作、學會思考、學會評價，感受合作帶來的成功與喜悅。

4.數字實驗，更新觀念[2]

師：在上述實驗探究過程中，沒有任何證據可以證明消耗的氣體就是氧氣？隨著科技的不斷發展，新的實驗技術和實驗手段登上了化學舞臺，那就是傳感器，基本結構如下：

暖寶寶是我們日常常用的取暖設備，大家都知道暖寶寶的發熱原理嗎？老師今天就用暖寶寶來測定空氣中的氧氣含量（圖6），利用三頸燒瓶，配合采用壓強、氧氣、溫度三種傳感器同時檢測暖寶寶發熱過程中三種物理量的變化趨勢，其結果如圖7。

師【Q10】：大家可以從圖像上獲取到哪些信息？

設計意圖：通過數字化實驗，使學生感受到科學技術的發展對化學學科產生的重大影響，既開闊了學生的視野，又提高了學生學習化學的興趣，促進學生學科素養的提高。同時也體現了創新實驗的數字化趨勢，體現了初中化學實驗從傳統走向現代;體現了化學實驗從靜態走向動態;體現了化學實驗從定性走向定量。同時還實現了氣壓、氧氣濃度、溫度三者的同步變化，大大節約了實驗時間。通過分析圖像，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驗探究復習課的新模式，教師圍繞復習的核心知識精心設置問題，問題設置環環相扣，有層次、有梯度。學生的活動形式豐富，學生的思考有層次、有深度。在教學設計上以實驗創新為核心，以數字化實驗為亮點，體現創新實驗的數字化、綠色化、家庭化。對實驗的改進和創新，可提升學生的探究能力，培養學生的科學精神，促進學生化學核心素養的達成。

參考文獻

[1]尚廣斗.“空氣中氧氣含量的測定”實驗的研究和改進[J].化學教學，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定”實驗中的應用[J].教學儀器和實驗，2014（8）：28-30