基于問題用實驗探究空氣的成分

摘要：“善學者盡其理，善行者究其難。”在初中科學實驗教學過程中，以培養學生科學素養為核心，基于問題開展實驗探究空氣的成分，強調求真求實的科學精神，培養學生提創新和創新能力。

關鍵詞：初中科學;空氣成分;實驗探究

1.前言

科學以探究真理、發現新知為使命。2020年9月11日，中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平主席在京主持召開科學家座談會并發表重要講話，習主席指出，“十年樹木，百年樹人。要把教育擺在更加重要位置，全面提高教育質量，注重培養學生創新意識和創新能力。”初中六年級學生的思維方式處在形象思維向抽象思維過渡的階段中，因此在實驗教學中，教師應注意積極引導學生，應用已掌握的知識，通過類比等方法發展學生抽象思維能力。這種建立在證據和邏輯推理基礎上的科學思維方式，有助于培養學生理性思維。

2.課標、教材、學情分析

上海初中科學課程以培養學生科學素養為核心，使學生獲得科學基本知識、形成科學基本能力和具有科學基本價值取向。[1]課標對于空氣成分有關的核心概念提出了具體要求：學生要通過一系列實驗來探索空氣中的主要成分，認識氧氣和二氧化碳的主要性質;通過查閱有關資料、調查和討論來學習大家普遍關心、與社會緊密相關的空氣對人類的重要作用。本節課中，通過提出問題、引出學生觀點、介紹科學家觀點和方法、引導學生研討和探究、總結與評價等步驟來營造學生探究情境，符合課標的這些精神和要求。

空氣是個綜合性的專題，本節課內容出自（牛津上海版）六年級科學第二學期中《空氣的主要成分》。從學生熟悉的事物入手，符合學生的認知規律。同時，通過了解空氣的成分和氧氣和二氧化碳的檢驗方法，可以比較順利地引導學生用所學的技能進入后續章節的學習，解決探究綠色植物如何獲取能量、人類呼吸時氣體進出的變化、植物呼吸作用釋放的氣體等實際問題。

空氣是最普遍存在的重要物質之一，小學科學課上，學生通過大量有趣的實驗感知了空氣的存在，知道空氣是一種無色、無味、透明的氣體，占據一定的空間，有彈性、流動性。但學生對空氣的主要成分，具體檢驗方法、含量及用途缺乏系統了解。學生已經知道常用實驗室儀器的主要用途和使用的注意事項，但對儀器組合使用的功能缺乏認識，對實驗結果缺乏理論分析。因此，本課通過獨立學習與合作學習相結合，開展科學課《空氣的成分》之實驗式教學，通過設計、改進實驗以探究空氣中幾種主要成分，提升學生創新意識和創新能力。

3.學生素養培養內容

3.1科學實驗式意識方面

100%的學生能意識到探究活動是科學的主要特征，了解科學實驗“作出假設→實驗研究→得出結論”的基本實施過程;80%的學生能認識到“獨合結合”科學式學習對于提升科學素養的價值;80%的學生能在實驗過程中體會到實驗設計的改進在科學實驗中的重要性，認識到思考和解決問題在科學工作中的意義。

3.2科學實驗式能力方面

100%的學生能夠完成小組實驗任務;80%的學生能做到邊實驗、邊觀察、邊記錄;80%的同學能在教師提示幫助下，運用類比法設計并改進實驗;80%的學生能獨立掌握檢驗無色無味氣體的一般步驟的能力;30%的學生能在課后自主或合作查閱資料，鍛煉探究空氣中其它成分的相應能力。

4.實施形式

4.1情景式

本課借助常見的生活情境：冰可樂罐“出汗”，引出無色無味的氣體水蒸氣的檢驗方法---試紙變色。

4.2 合作猜想式

舉一反三，引導學生猜測檢驗無色無味氣體的常用方法，進一步介紹除試紙變色外，還可利用試劑變色、試劑變渾等多種方法證明某些無色無味氣體的存在。在證明空氣中二氧化碳實驗后，引導學生提出猜想：空氣中存在氧氣，且含量不多，為合作實驗奠定基礎。

4.3獨合結合探究實驗式

學生先獨立觀察教師介紹實驗步驟及常見儀器的規范操作，再以小組形式進行兩種無色無味氣體的檢驗實驗，認識從“看不見”到“看得見”、即通過明顯的實驗現象證明無色無味氣體的存在是一種常見的探究模式。通過獨立學習新儀器的使用，進一步合作設計并改進實驗，證明空氣中二氧化碳和氧氣不僅存在，且含量很少。鍛煉學生對觀察法、類比法、實驗法、對比法等常用科學方法的實際運用能力。

4.4學習單引導學習式

使用課堂學習單培養學生觀察→記錄→思考的良好實驗習慣，鞏固二氧化碳和氧氣的檢驗方法和現象，提高學生的實驗歸納和總結能力。

5.教學目標

5.1知識與技能

知識與技能：知道空氣中的主要成分，知道檢驗氧氣和二氧化碳的方法。

5.2過程與方法

運用類比法、實驗法、歸納法等科學研究方法認識空氣中的主要成分。通過設計探究實驗，選擇適當的實驗方案檢驗空氣中的氧氣和二氧化碳。

5.3情感、態度與價值觀

培養實驗過程中觀察、記錄、思考相結合良好習慣;樹立科學的實驗設計觀念，養成科學地判斷分析實驗現象的理性思維，增進“獨合結合”實驗式探究空氣成分的興趣。

6.實踐過程

6.1導入

明確本課主題，激發自主意識。教師講述空氣的重要性、提出問題（空氣中有哪些成分）、演示水的檢驗，指導學生觀察、描述現象、總結利用看得見的顏色變化可用于檢驗看不見的物質;學生體會空氣的重要性，說出空氣的主要成分、回顧氯化鈷試紙的使用，觀察并正確描述檢驗水的實驗現象。

6.2活動1（二氧化碳的檢驗）

基于水的檢驗，引導學生檢驗物質的關鍵要素之一是有明顯的現象，如顏色變化、沉淀等。教師激疑，如何證明一瓶無色、無味的氣體是二氧化碳？介紹兩種不同試劑的使用，梳理實驗步驟、發布小組實驗任務;學生聆聽、交流，了解檢驗二氧化碳的試劑和步驟、用碳酸氫鹽指示劑和澄清石灰水檢驗二氧化碳、小組交流實驗現象。

6.3活動2（氧氣的檢驗）

引導學生體會對照法是科學實驗的重要方法，并總結出檢驗物質的常用方法。教師帶領學生了解帶火星木條的制法和用途、指導學生規范操作、觀察并表述實驗現象、發布小組實驗任務;學生聽取教師講解、用帶火星木條檢驗氧氣、小組交流實驗現象。

6.4活動3（找出空氣中的二氧化碳）

引導學生在實驗現象不明顯的時候，如何分析問題并改進實驗方案。教師點撥學生像科學家一樣在實驗前提出假設、提供早期科學家的方法-石灰水作為參考、點撥實驗設計的關鍵點，介紹儀器的使用;學生提出假設（空氣中有二氧化碳）、選擇試劑、設計實驗、改進方案，記錄現象、小組交流實驗現象，分析實驗過程，得出結論。

6.5活動4（找出空氣中的氧氣）

認識類比法在實驗設計中的重要性。教師點撥學生像科學家一樣在實驗前提出假設、指導學生回顧氧氣的檢驗，找出本實驗設計的關鍵點、介紹指示型脫氧劑用于空氣中氧氣檢測的方法;學生提出假設（空氣中有氧氣，但含量不多）、選擇實驗用品、設計并實施實驗、記錄現象、小組交流實驗現象，分析實驗過程，得出結論、了解指示型脫氧劑的使用。

7.結語

本課在學生已有檢驗水的知識基礎上，通過設計多種方案檢驗氧氣和二氧化碳，引導學生觀察實驗現象，再依次引入二氧化碳和氧氣的探究活動，利用類比法設計并改進實驗、分析實驗結果，得出空氣中不僅存在氧氣和二氧化碳，且含量都不多的結論。重視思維點撥、提升科學素養、體現學科育人價值。

參考文獻：

[1]上海市教育委員會教學研究室.上海市初中科學學科教學基本要求[M].上海科技技術出版社.2018（3）.

作者簡介：黃倫（1984年5月生），女，漢族，滬，理學學士，經濟學碩士，中學二級教師，現任上海市進才實驗中學科學、化學教師。