實踐中發現問題探索中改進實驗

劉穎異

摘要：學生通過實驗發現《空氣中氧氣含量的測定》實驗的缺陷，教師帶領學生將實驗中可能會發生誤差的操作或儀器缺陷逐一修正或改進，提出實驗改進的方向，進而提出該實驗的一種新的改進案例。

關鍵詞：初中化學；實驗改進；創新教學；探究合作

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2021）05-0097

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》強調“堅持以能力為重”，把“創新人才培養模式”作為人才培養體制改革的重要內容[1]。在初中化學的實驗教學中，教師應不局限于課本實驗的演示，而應將學生作為課堂的主體，有意識地帶領學生思考實驗的改進方法和策略，從而培養學生“實驗探究與創新意識”的化學學科素養。

從初中化學來看，《空氣中氧氣含量的測定》這一實驗是學生接觸到的第一個比較系統和深入的實驗，對學生學習氧氣的化學性質以及之后的各大實驗起到了奠基的作用，因此說這一實驗是初中化學實驗的入門課題也不足為過；從《空氣》這一節來看，學生首先了解拉瓦錫實驗，大致明白測定空氣中氧氣含量的方法，而后學習教材對拉瓦錫實驗的改進實驗，再通過改進實驗的結論深入學習空氣中的各成分以及純凈物混合物的概念，因此，這一實驗起到了重要的承上啟下的作用。

《空氣中氧氣含量的測定》重點是要學生掌握實驗的原理、過程、現象、結論；難點是要突破實驗失敗原因的排查。化學教師在進行這項演示實驗的時候，會發現學生很難掌握該實驗的重難點，因此筆者認為增強學生的實驗體驗感及改進實驗是非常有必要的。

如何讓學生在學習這一節實驗中對實驗有著深入本質的了解。筆者認為教師應進行教學資源的鋪墊，學生通過整合自己已有的認知，在完成任務中獲取信息，對自己的思維合理性進行主動、自覺的判斷以及對自己的思維過程進行調節，加深對主題和過程的理解。教學中筆者采用了實驗探究法、小組合作法、以及列舉缺點法讓學生在探究和討論當中碰撞出智慧的火花。

實驗教學設計流程簡述如下：

首先教師可以以翻轉課堂的形式讓學生預習一遍教材演示實驗，然后在課堂上提供資源讓學生動手實操，學生小組討論步驟、記錄現象、以及分析結論。在這個過程當中，肯定有一些小組會實驗失敗的，那么教師不必驚慌，我們完全可以善加利用讓他們自己去總結實驗失敗的原因，從而加深他們的理解和記憶，學生體驗到實驗的不便之后會發現我們的教材實驗是有明顯的缺陷的。首先實驗的操作較為繁雜：1.實驗前要檢查裝置的氣密性；2.實驗當中燃燒匙地伸入集氣瓶不得過慢；3.實驗后要等裝置完全冷卻后才能打開止水夾。在如此繁瑣的操作下，實驗的成功率是不高的。并且，不管燃燒匙地伸入如何快速，總會有些五氧化二磷會逃逸到空氣當中，污染空氣，這與我們目前提倡的環保理念是不相符合的。

這時，學生已經饒有興趣想要思考改進實驗。教師不應該簡單地給學生展示優秀的改進實驗案例讓學生去認知改進實驗的優點，而是應該進一步地去引導、指導學生討論如何去改進實驗、創新實驗。教師把學生在進行討論過程中形成的標準用科學規范的語言進行提煉、整合，從而形成師生共同認可的標準。[2]筆者和學生一起設計了如下這張表格，帶領學生將此實驗的缺陷逐一列出，讓學生進行小組討論，再將每一項缺陷逐條改進從而去避免實驗當中可能會出現的失誤。

學生在討論和改進的過程當中會萌發出很多奇思妙想。課堂上，有學生認為可以用電熱絲去引燃白磷，也有學生認為可以用電吹風熱風來引燃白磷，從而達到消耗氧氣的目的。這些想法都是非常有創意的，學生的思維也得到了進階。這些改進實驗的優點在于裝置的體系完全密封，避免了燃燒匙伸入集氣瓶過慢的問題。然而通過觀察我們發現，實驗中使用了橡皮塞，那么也就是說裝置還是具有漏氣的可能性；并且實驗中用到導管，導管中可能會殘留水分影響實驗結果。因此我們可以再做進一步的優化。

最終筆者帶領學生討論出一個關于《空氣中氧氣含量的測定》的較為簡便的實驗設計。它的實驗原理是利用白磷緩慢氧化，消耗試管中的氧氣。裝置中提供熱水，給白磷提供一個較高的溫度，從而加快白磷的氧化速率，使得我們的實驗在三到五分鐘就能完成，具體實驗操作流程如下：

首先在燒杯當中倒入熱水，用鑷子將白磷夾出放于試管當中，卡入玻璃絲球，玻璃絲球的作用是卡住白磷以免掉落。將試管倒立固定于熱水面上，在熱水的作用下白磷迅速氧化生成大量白煙，水面不斷在試管當中攀升，最終停留在試管體積約為1/5的位置。為了讓我們的實驗結果更為準確更加具有說服力，我們可以將試管中的這部分水取出，用量筒測量一下體積，如試管的體積為20毫升，經過測量，倒入量筒中的水的體積約為4毫升，所以上升的水約占試管體積的1/5，從而我們可以得出氧氣約占空氣體積1/5這一結論。

這一實驗的優點在于實驗的操作非常簡單明了；精簡了實驗儀器，簡化了實驗步驟；整個體系完全處于密封狀態，因此實驗的成功率大大得以提高；并且在這個實驗當中，筆者并沒有提前將試管分為5等份，取消預設，用定量分析代替定性分析，使得實驗結果更加精準、探索意味更為濃厚；最后生成的五氧化二磷幾乎完全沒有逃逸到空氣中，達到綠色環保的要求。

縱觀這個實驗的設計流程，實驗中讓學生動手操作實驗，增強了學生的體驗感和參與感，使得學生記憶更為深刻；簡化了實驗方案，降低了實驗誤差；并且不僅僅是讓學生看到改進實驗的優點，而是讓學生體驗到改進實驗的設計思路，增強了學生的創新意識。

參考文獻：

[1] 《教育規劃綱要》工作小組辦公室.教育規劃綱要學習輔導百問.北京：教育科學出版社，2010：33.

[2]唐云波.初中化學“教·學·評一體化”教學模式的構建與實施[J].化學教育，北京：化學教育雜志社，2013. （6）：50-54.

（作者單位：廣東省深圳市寶安區新安中學（集團）初中部 518101）