以史探理，讓學(xué)生觸摸文明的進(jìn)程

包義才 許文

[摘 ? 要]“空氣成分的探究”教學(xué)應(yīng)依據(jù)學(xué)生的生活體驗(yàn)和在科學(xué)課中已經(jīng)儲(chǔ)備的知識(shí)，通過實(shí)驗(yàn)探究，分析得出空氣的成分。在這個(gè)過程中，要利用好拉瓦錫“空氣成分的探究”化學(xué)史，幫助學(xué)生厘清探究的原理，培養(yǎng)學(xué)生探究學(xué)習(xí)的能力，以史探理， 讓學(xué)生觸摸人類文明的進(jìn)程。

[關(guān)鍵詞]化學(xué)史;拉瓦錫實(shí)驗(yàn);空氣的成分

[中圖分類號(hào)] ? ?G633.8 ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號(hào)] ? ?1674-6058（2020）26-0076-03

我們現(xiàn)在學(xué)習(xí)的很多知識(shí)都是經(jīng)過前人、科學(xué)家艱辛探究、歸納、推導(dǎo)出來的。人類獲取知識(shí)的過程是一個(gè)長(zhǎng)期積累、循序漸進(jìn)的過程。一個(gè)知識(shí)的獲得可能要經(jīng)歷很多代人數(shù)年，甚至數(shù)百年，或更長(zhǎng)的時(shí)間的努力。人類現(xiàn)今的科學(xué)成就都是站在前人的肩膀上建立起來的。因此，教師在教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生為科學(xué)獻(xiàn)身的精神以及科學(xué)探索精神，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)一些經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)探究過程，以此來尋找學(xué)習(xí)的源頭。為此，教師要講好化學(xué)史里的故事，讓學(xué)生學(xué)好化學(xué)史里的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。正如化學(xué)家傅鷹所說：“化學(xué)給人以知識(shí)，化學(xué)史給人以智慧。”下面筆者就基于人教版九年級(jí)化學(xué)第二單元課題1《空氣》的第一課時(shí)“空氣成分的探究”的教學(xué)案例剖析，談?wù)勅绾谓柚瘜W(xué)史，實(shí)施科學(xué)教育的具體內(nèi)容，并根據(jù)教材特點(diǎn)、學(xué)生實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)儲(chǔ)備構(gòu)建本課時(shí)的教學(xué)架構(gòu)。

一、教案剖析

以下是一節(jié)區(qū)級(jí)公開課“空氣成分的探究”的教學(xué)設(shè)計(jì)及課堂實(shí)錄。

[教師]展示謎語：一物到處有，用棒趕不走;眼睛看不見，手摸也沒有;咀嚼無滋味，沒它活不久。請(qǐng)猜一物。

[學(xué)生]小組合作猜出謎底，討論發(fā)言。

[教師]你能想出哪些方法來證明空氣的存在？

[學(xué)生]依據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)儲(chǔ)備，交流能夠證明空氣確實(shí)存在的實(shí)驗(yàn)或?qū)嵗?互相補(bǔ)充，不斷完善。

[教師]提問“那么人們是如何認(rèn)識(shí)空氣的”來激發(fā)學(xué)生的好奇心，然后講述人類發(fā)現(xiàn)空氣組成的艱難的探索歷程。

[學(xué)生]聽老師講歷史故事并閱讀課本第26頁的內(nèi)容，思考：拉瓦錫是選用什么試劑，采用什么研究方法最終探究出空氣的組成的？

[教師]依據(jù)拉瓦錫實(shí)驗(yàn)原理，我們自己通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)定空氣中氧氣的含量。

[教師]引導(dǎo)學(xué)生閱讀實(shí)驗(yàn)2-1，檢查所需的儀器是否齊全;指導(dǎo)學(xué)生依據(jù)教材中的圖2-3連接裝置并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并做好實(shí)驗(yàn)記錄。

[學(xué)生]小組合作連接裝置，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象并及時(shí)記錄。

[教師]巡視各小組實(shí)驗(yàn)情況，并給予實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。

[教師]提問各小組在實(shí)驗(yàn)過程中看到了什么現(xiàn)象，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生從兩個(gè)方面來分析：實(shí)驗(yàn)成功，描述現(xiàn)象;實(shí)驗(yàn)失敗，尋找原因。

[學(xué)生]交流匯報(bào)：描述實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象;成功的體驗(yàn);失敗的原因。

（小組討論匯報(bào)，生生評(píng)價(jià)，整理小結(jié)）

[教師]實(shí)驗(yàn)結(jié)束后剩余的氣體具有哪些性質(zhì)？實(shí)驗(yàn)中遵照什么原則選擇了紅磷？能否選擇木炭、蠟燭、鐵絲等做實(shí)驗(yàn)藥品呢？

[學(xué)生]課后進(jìn)行深入探究。

[教師]根據(jù)拉瓦錫的結(jié)論，氧氣約占空氣體積的[15]，而我們部分同學(xué)在剛才的實(shí)驗(yàn)中，得到氣體減少的體積小于[15]的結(jié)論，為什么？紅磷熄滅后瓶?jī)?nèi)的氧氣是否已經(jīng)被完全耗盡？

[學(xué)生]分組討論，交流結(jié)果。

[學(xué)生]水面上升不滿[15]的原因有：①裝置漏氣或紅磷不足;②當(dāng)氧氣含量低時(shí)，紅磷不能繼續(xù)燃燒。

[教師]歸納小結(jié)，讓學(xué)生識(shí)記。

……

本節(jié)課給筆者的印象是教師的教學(xué)有三種傾向：第一，把化學(xué)史僅當(dāng)作調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和活躍課堂氣氛的一個(gè)科學(xué)故事，而忽視了拉瓦錫實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的功能。第二，過度重視記憶，具體體現(xiàn)為以背操作步驟、背實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、背實(shí)驗(yàn)結(jié)論、背考點(diǎn)為主要任務(wù)，強(qiáng)化結(jié)論，弱化過程。第三，過度拓展“用紅磷燃燒的方法測(cè)定空氣里氧氣含量”實(shí)驗(yàn)的誤差分析，沒有把教學(xué)的重點(diǎn)放在原理分析上，越俎代庖，主次不清，錯(cuò)把“工具”當(dāng)成了“主干”。

二、教學(xué)策略

1.端正化學(xué)史在本課中的地位和作用

筆者認(rèn)為上述教學(xué)設(shè)計(jì)未厘清拉瓦錫的“測(cè)定空氣里氧氣含量”實(shí)驗(yàn)與教科書中“測(cè)定空氣里氧氣含量”實(shí)驗(yàn)是什么關(guān)系。化學(xué)史作為人類科學(xué)探究史的一個(gè)重要組成部分，在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中具有不可替代的重要作用。教學(xué)中應(yīng)以化學(xué)史為媒介和載體，讓學(xué)生回歸科學(xué)的本真，從發(fā)現(xiàn)者的視角審視科學(xué)、敬畏科學(xué)，回歸科學(xué)探索發(fā)現(xiàn)的真實(shí)過程，學(xué)真實(shí)的化學(xué)。在本課時(shí)中厘清拉瓦錫“測(cè)定空氣里氧氣含量”實(shí)驗(yàn)的原理尤為重要。課前讓學(xué)生通過各種資源查找“發(fā)現(xiàn)空氣組成”的有關(guān)資料，閱讀經(jīng)典科學(xué)史，體會(huì)前人探究空氣組成的艱辛的科學(xué)探究過程。研究空氣組成的科學(xué)家有許多，為什么只有拉瓦錫最終取得了成功？體驗(yàn)拉瓦錫是如何在別人實(shí)驗(yàn)失敗的基礎(chǔ)上，利用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究實(shí)驗(yàn)測(cè)定空氣成分的。他的成功對(duì)我們有哪些借鑒和啟示？本節(jié)課的教學(xué)中首先要厘清拉瓦錫實(shí)驗(yàn)的原理。通過對(duì)拉瓦錫實(shí)驗(yàn)的原理和過程的分析探究，讓學(xué)生對(duì)拉瓦錫的探究實(shí)驗(yàn)有兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)：（1）實(shí)驗(yàn)原理就是利用圖1的裝置，將液態(tài)汞通過加熱與氧氣反應(yīng)，消耗密閉裝置內(nèi)的氧氣，使裝置內(nèi)的氣壓減小，從而與外界大氣壓形成氣壓差來得出氧氣的含量。（2）利用汞槽中汞的液面上升測(cè)得消耗掉的氧氣的體積。其次在厘清實(shí)驗(yàn)原理后，繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生從拉瓦錫實(shí)驗(yàn)的原理來探究拉瓦錫實(shí)驗(yàn)的裝置（曲頸甑、鐘罩和汞槽及汞槽內(nèi)的汞形成密閉的體系裝置;煤爐用來加熱以提供溫度條件）。最后再繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考拉瓦錫實(shí)驗(yàn)的原料為什么不是紅磷或其他物質(zhì)而選用汞。通過拉瓦錫發(fā)現(xiàn)空氣成分的科學(xué)探究史，進(jìn)而理解他選用汞的優(yōu)點(diǎn)：①汞的沸點(diǎn)低，易于形成汞蒸氣，這樣就能保證汞與氧氣充分接觸，從而使氧氣盡量被消耗完，保證測(cè)定結(jié)果的精確性。②生成的氧化汞是固體且密度比液態(tài)汞小，浮于汞表面便于與液態(tài)汞分離，便于提取。③氧化汞受熱分解的溫度不是太高，普通煤爐就能完成此實(shí)驗(yàn)。但是汞有毒，對(duì)人體有傷害，這一點(diǎn)要讓每一個(gè)學(xué)生都了解清楚，這也是為什么我們實(shí)驗(yàn)不用汞的原因。通過對(duì)拉瓦錫測(cè)定空氣成分的科學(xué)史的學(xué)習(xí)，厘清了拉瓦錫探究空氣成分的實(shí)驗(yàn)原理和科學(xué)方法，使學(xué)生體驗(yàn)到真實(shí)的科學(xué)探究，領(lǐng)悟到科學(xué)探究的真諦，認(rèn)識(shí)到可以運(yùn)用定量分析的方法探究混合物中的某種成分的含量。

2.依據(jù)化學(xué)史開展“測(cè)定空氣里氧氣含量”的實(shí)驗(yàn)

本節(jié)課的教學(xué)應(yīng)以拉瓦錫“測(cè)定空氣里氧氣含量”的化學(xué)史來探明實(shí)驗(yàn)原理，再圍繞以下兩個(gè)問題主線來展開：（1）如何將密閉空氣中的氧氣盡量耗盡，且不能有新的氣體生成？（2）如何測(cè)定消耗掉的氣體的體積？在厘清拉瓦錫“測(cè)定空氣里氧氣含量”的實(shí)驗(yàn)原理和方法后，再來讓學(xué)生完成教材中的“測(cè)定空氣里氧氣含量”的實(shí)驗(yàn)，也就水到渠成了。實(shí)驗(yàn)原理就是通過化學(xué)反應(yīng)除去密閉裝置內(nèi)的氧氣而與外界空氣形成氣壓差，再根據(jù)原理選擇藥品。實(shí)驗(yàn)藥品選擇紅磷而不選擇其他物質(zhì)的原因是，紅磷的著火點(diǎn)低，易于燃燒，且燃燒生成的物質(zhì)五氧化二磷是固體，這樣才會(huì)和外界形成氣壓差。通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)（如圖2）、對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，最終得出結(jié)論。

在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再讓學(xué)生通過查閱資料對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)更趨合理。以下是學(xué)生通過查找資料或自己改進(jìn)和創(chuàng)新的用來探究空氣中氧氣含量的裝置（如圖3至圖7）。

3.重視化學(xué)學(xué)科思維方式的培養(yǎng)

學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并準(zhǔn)確測(cè)得空氣中氧氣的含量，在實(shí)驗(yàn)過程中體會(huì)了從混合氣體中除去某種氣體進(jìn)而測(cè)定其含量的方法。“測(cè)定空氣里氧氣含量”是初中化學(xué)運(yùn)用定量的方法研究一種氣體混合物的具體事例，它為學(xué)習(xí)混合物中某一組分的分離或去除提供了模板，同時(shí)可借此培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行定量研究時(shí)的誤差分析意識(shí)，滲透觀念教學(xué)。化學(xué)教學(xué)不僅僅是向?qū)W生傳遞化學(xué)知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生形成化學(xué)學(xué)科獨(dú)特的思維，掌握科學(xué)探究的一般思路和方法，具備一定的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

綜上，通過閱讀經(jīng)典，追尋著科學(xué)家研究的足跡;通過化學(xué)史，實(shí)現(xiàn)跨時(shí)空對(duì)話、與科學(xué)巨匠對(duì)話，把自己融入科學(xué)探究的歷程中。講化學(xué)史，更重要的是以史探理，讓學(xué)生觸摸人類文明的進(jìn)程。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ? ]

[1] ?黎國(guó)蘭，冉鳴.新課標(biāo)下化學(xué)教學(xué)中化學(xué)史的作用[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2007（11）：38-39.

[2] ?解慕宗.讓知識(shí)流光溢彩 讓思維熠熠生輝：例談深度學(xué)習(xí)視域下的教學(xué)策略[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（23）：7-10.

[3] ?畢華林，萬延嵐.當(dāng)前國(guó)際化學(xué)課程改革的發(fā)展動(dòng)向及啟示[J].比較教育研究，2015（9）：79-84.

（責(zé)任編輯 張 ? 簡(jiǎn)）