基于化學史教學培養學生科學探究和創新意識—以“氧氣的性質”為例

王建菲，王繼庫

(吉林師范大學 化學學院，吉林 長春 130012)

化學史的內容闡明了化學學科的發展以及演變的規律，其中蘊含著科學的探究方法以及思維方式[1]，不僅僅有助于引導學生學習化學的基本原理和方法，從而幫助學生形成化學學科的核心素養，并且能幫助學生形成未來發展需要的正確的價值觀念、必備的品格和關鍵的能力。“氧氣的性質”一課，通過化學史來重構教學內容，使學生感受到化學知識是一個不斷發展、不斷進步的一個過程[2]。

基于以上理念，本文根據人教版化學九年級上冊“氧氣”中的教學內容，充分發掘“氧氣”發現和演變的化學史，通過歷史發展脈絡以及其中的經典實驗來搭建教學框架，幫助學生在學習基本概念，同時在重演化學史軌跡中，構建“氧氣的化學性質”的概念，回顧科學家實驗的同時，追問學生科學家進行科學探究方法是什么？通過對學習方法的重組與遷移，在實驗探究中理解“氧氣的化學性質”，領悟化學的內涵，從而來培養學生

科學探究和創新意識。

1 情境創設、引發疑惑

播放《惡棍天使》其中鄧超在馬卡魯峰追債的視頻，馬卡魯峰是很著名的山峰，是世界第五高峰，海拔8463 m，距離珠穆朗瑪峰只有24 km。然而現在你準備去攀登，請問你都要準備哪些必須的物品呢？是不是得有防寒保暖的衣物、保持身體能量的食物、還有氧氣瓶，原因在高原地帶氧氣是很稀薄的，所以在高原有人會有喘不過氣的感覺，更何況是在海拔八千多米的地方，正常的情況下一個健康的成年人在不吃飯的情況下，可以維持生命6～7天，但是如果人處于沒有氧氣的情況下，只能維持6～7 min。由此可見氧氣對于我們來說有多么的重要。那么氧氣是如何被發現的？又是有著怎樣的性質？

2 再現史實、知識構建

氧氣發現的歷史脈絡見圖1。

圖1 氧氣發現的歷史脈絡

2.1 歷史實驗1：普利斯特里的探索

1774年英國化學家普利斯特里用一個凸透鏡聚光對汞的化合物加熱，并利用排水法收集到了產生的氣體，蠟燭在它里面能劇烈燃燒發出耀眼的光芒，將老鼠放在“脫燃素氣”中可以生活自如；他又親自吸之，感覺到身心一直十分輕快適暢[3]。

其實他所發現的就是重要的化學元素氧。遺憾的是，由于他是個虔誠的“燃素說”信徒，因此，他不僅沒有對自己重要的發現給出正確的解釋，還錯誤地推斷這種氣體是“脫燃素空氣”。

問題1：普利斯特里用什么方法研究氧氣？

歸納答案：觀察法、實驗探究法。

2.2 歷史實驗2：拉瓦錫再探索

1774年，普里斯特里向拉瓦錫介紹自己的實驗：加熱汞的化合物時，能夠得到脫燃素氣體，而這種氣體可以使得燭光更加明亮，并且還能輔助呼吸。拉瓦錫也設計了一個實驗，在一個玻璃罩內證明了燃燒并非是物質釋放出燃素，而是由于與空氣中的氧氣化合的結果。由于多種事實無法自圓其說，拉瓦錫開始不相信“燃素說”，他認為這種氣體是一種元素，通過金屬煅燒實驗，闡明了燃燒作用的氧化學說，徹底地推翻了統治化學界長達百年之久“燃素說”[3]。

問題1：拉瓦錫用什么方法研究氧氣？

歸納答案：觀察法、實驗探究法。

問題2：根據史料總結一下氧氣有哪些性質？

歸納答案：無色、無味的氣體、支持呼吸。

問題3：展示充滿氧氣的集氣瓶，并且將其和空的集氣瓶置于天平兩端，結合教材、史料、直接觀察展示實驗總結氧氣的性質。

歸納答案：氣體、無色、無味、密度比空氣稍大、不易溶于水。

講解氧氣的三態變化。

2.3 啟發實驗

氧氣的基本性質：(1)支持燃燒；(2)支持呼吸。

通過這兩條基本的性質想一想，一瓶無色的氣體如何證明它是氧氣？

首先第二條性質就不能直觀的實現了，不能因為實驗就去破壞一個小動物的正常生理機能；那么就得基于第一條性質來展開思想風暴了，設計實驗既要考慮實驗的直觀性，也要考慮實驗可操作性。

實驗室里面有已制好盛有氧氣集氣瓶和火柴，就用這兩樣東西來驗證火柴在空氣中和在氧氣中燃燒到底有什么不同。學生實驗：探究氧氣性質，見表1。

表1 探究氧氣性質實驗步驟跟現象

問題5：為什么空氣中快燃盡火柴逐漸熄滅，而放到氧氣中會重新燃燒？

引導學生討論，并且得出結論：氧氣的濃度不同。

總結歸納：氧氣支持燃燒，一定條件下，氧氣含量越多，燃燒越劇烈。

檢驗氧氣的方法：帶火星的木條復燃。

演示實驗2：探究單質硫的燃燒現象，見表2。

表2 探究單質硫的燃燒實驗步驟跟現象

生成氣體為二氧化硫(SO2)。

演示實驗3：探究鐵在氧氣中的燃燒現象。

準備材料：細鐵絲、砂紙、火柴、盛有氧氣的集氣瓶、細沙。

①將細鐵絲進行打磨，火柴綁于其一端，待火柴快燃盡時，將其伸入集氣瓶中，觀察現象。

②將細鐵絲進行打磨，火柴綁于其一端，待火柴快燃盡時，觀察細鐵絲現象。

實驗現象：

細鐵絲在空氣中不燃燒，在氧氣中劇烈燃燒，火星四濺，并生成黑色的固體。

問題6：實驗前為什么在集氣瓶的瓶底鋪上一層細沙，為什么待到火柴燃盡才將鐵絲伸入集氣瓶中？

討論結果：細沙是預防集氣瓶過熱炸裂。

將火柴燃盡，為了防止火柴燃燒消耗氧氣。

生成的黑色固體是四氧化三鐵(化學式Fe3O4)

通過上述的問題的追問以及在回顧探究活動中去引導學生仔細的進行觀察，用當時科學家的觀點來挑戰學生的思維，促進學生之間的交流和質疑，學生利用已有的知識進行推理，結合理論依據來形成自己的見解，通過實驗完成質疑的驗證，從而使學生明白科學的發展并不完全是偶然的發現，是在一定知識的基礎下進行不斷的探究和更正然后才產生的，偶然之中存在著必然的結果。從而培養學生用辯證思維去分析問題和解決問題的能力[4]。通過學生親自實驗以及教師的演示實驗來培養學生學習化學學科的興趣、實驗的觀察能力以及實驗過程中提出問題的能力，通過這些問題來讓學生自行進行知識的構建，促進化學知識的學習，從而形成為化學事業奮斗終身的理想。

3 知行合一、學以致用

練習：

1、能使帶火星的小木條復燃的氣體是()

A．氧氣 B.氮氣 C.二氧化碳 D.空氣

2、有A、B、C三種物質，A是一種無色無味、密度比空氣略大的氣體，B在A中燃燒的現象：火焰是明亮的藍紫色，同時生成一種無色且有刺激性氣味的氣體；C在A中燃燒的現象：火星四濺，同時生成一種黑色的固體。請試著判斷A、B、C各是什么物質？

A是_符號_，B是_符號_，C是_符號_

通過練習來鞏固學生學習到的知識，促進學生對于知識的理解，將知識內化到自行構建的知識體系中去。

本節課是通過歷史實例來展現人類探索的艱辛，構建化學知識的前因后果，通過問題，引出氧氣的作用以及發展歷程，通過史實引起學生的學習興趣，引導學生通過史實來提出質疑，由“史”為引，由“史”引思，通過實驗，進行分析問題、解決問題的訓練，學生利用科學家的探索思路進行化學實驗探究，從而培養學生的科學探究和創新意識。