“氧氣的實驗室制取與性質”分組實驗活動設計

丁美玲

【摘要】實驗是化學課堂中最能吸引學生的教學環節，也是提高學生核心素養的最佳方式，尤其在當前基礎教育“雙減”形勢下如何減負提質，教師在教學中應高度重視和加強實驗教學，充分發揮實驗的教學功能，周密詳盡設計分組實驗活動就很有必要。

【關鍵詞】氧氣? 實驗室制取? 分組? 活動設計

【中圖分類號】G633.8 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2023）03-0157-03

化學教學中的實驗活動分兩類：演示實驗和學生實驗。演示實驗是教師做給學生看，主要起示范引領作用，學生參與度不高，興趣不夠濃厚。學生實驗則是學生親自動手參與實驗中的每一個環節，學生會非常興奮。但實驗活動課教學具有一定的難度和復雜性，要達到預期目標取決于多種因素。學校實驗室內儀器和藥品配備是否完善、實驗員配置是否到位、不同學生對于書本相關知識的掌握程度、動手能力、對實驗活動的認知的差異性等都是影響實驗課正常開展的因素。因此教師對實驗活動課進行周密、合理的安排設計就十分重要。

下面以初中化學“氧氣的實驗室制取與性質”實驗活動為例談談具體分組設計與實施方案，以拋磚引玉。

一、教學內容和現狀分析

人教版九年級上冊化學課本中“氧氣的實驗室制取與性質”是第二單元的內容。此前學生已學習過三種實驗室制取氧氣的方法，能根據反應物的狀態和反應條件選擇合理的實驗裝置。本次實驗活動將是學生第一次走進實驗室親自動手，通過小組合作方式完成的化學實驗。其中涉及到很多實驗技能和相關知識儲備，如，連接裝置、檢查裝置的氣密性、裝入藥品、用酒精燈給固體藥品加熱、收集氣體、檢驗氣體以及研究氣體性質的相關實驗。據了解，目前各地中學化學教學相比過去雖加強了對動手能力的測試，但礙于測試評價的復雜性，大多地區仍是注重卷面分數勝于實際操作訓練，這就導致即便卷面高分的學生其動手能力也令人堪憂。因此，要在一節課內完成一系列實驗操作，對大多數同學而言還是很有難度的。畢竟是第一次實驗活動，其中涉及到的各種儀器和藥品學生都是第一次接觸，各種操作也十分生疏，這就要求教師在實驗課前做好多項準備工作。首先，要求學生完全掌握好基本實驗操作理論知識，做到心中有數；其次，在每次演示實驗中教師向學生展示各種實驗儀器，并介紹其名稱、作用及正確的使用方法；再次，布置課后作業，練習相關基本操作，如，學會安全劃火柴、學會點燃和熄滅酒精燈、學會將橡皮軟管與導氣管相連、學會將帶有導氣管的橡皮塞塞進試管口、學會在集氣瓶中裝滿水蓋上瓶蓋后倒立在水槽中而不留有氣泡、學會連接各種儀器等。總之，讓絕大多數學生具備基本實驗操作技能和相關理論知識是這次實驗課優質高效的必備條件。

二、分組實驗活動的實施

1.課前準備

（1）分組、編號、張貼：考慮到學生學習能力和動手能力的差異，在實驗活動中教師可將學生合理分組便于順利完成實驗。將學生在教室的現有座位順序打亂重新分成若干小組，每2人一小組（共用一組實驗儀器），每2小組構成一大組（根據本學校實驗室內實驗臺的方位設計，每兩小組面對面做實驗），每一大組中選派一位認真負責的同學當組長，負責實驗善后事宜。分組原則：男女搭配、動手能力強弱者搭配、性格活躍喜歡喧鬧者分散搭配。把經過認真篩選搭配后的小組依次編號，附上組內成員姓名、注明組內責任人，實驗室在校園內的具體方位、實驗室內實驗臺的分布等一并打印出來，張貼在教室內事先告知。另外，再用標簽寫上學生姓名（即座位號），貼在實驗臺對應位置。有了這些前期布置工作，學生走進室內對號入座，快速進入實驗狀態，實驗完畢后檢查清理臺面時也能迅速找出問題及相關負責人。這就避免了學生進入實驗室找座位的盲目、混亂、嘈雜及實驗結束后學生不做衛生和清理工作后一走了之的行為，即對號入座、分工合作、責任到人、各司其職。（2）知識儲備（預習、演示）：由于是第一次親自動手實驗，學生好奇興奮的同時也會對能否完成實驗感到不安和擔憂。為消除學生心里的困惑，教師除了在平時課堂教學的演示實驗中認真詳盡地講解示范外，還可將往屆學生上本次實驗活動課的情景拍攝整理成微課視頻讓學生觀看預習，對難度較大的操作重點講解并演示，特別是對實驗過程中可能出現的問題還要反復強調。有了實驗課前的預習，學生在心理和知識上儲備到位，實驗活動帶入感就很強烈，實驗開展就很順利。

2.課中入室前準備。根據多年的教學經驗，學生在實驗過程中一定會出現各種問題。由于是第一次進入實驗室，學生會非常興奮，大聲喧嘩。若教師在實驗室里交代注意事項，此時的學生根本不愿聽也聽不進去。因此，教師可在教室里簡要講清本次實驗活動內容、注意事項：攜帶教材進入實驗室后請對號入座。先觀察臺上儀器和藥品的擺放情況，清點核對本實驗的儀器和用品是否配備齊全。做完實驗后要清洗儀器放回原位。實驗時同組兩人應互相配合注意安全，特別注意不能用手去拿剛加熱過的試管以免燙傷，清理桌面和水池經檢查合格后再離開。然后教師帶領學生一起進入實驗室。

3.課中實驗活動全程跟蹤巡視引導

（1）氧氣的實驗室制取

①儀器的連接。學生雖在課前預習過，知道該如何連接儀器，但實操時仍會出現將試管豎放在桌面上再將橡皮塞使勁壓進試管的情況，這樣很容易將試管底壓破甚至出現安全事故。一旦發現類似情況，教師應提醒學生立即停下手中動作。部分學生稍經提醒便能回憶起正確做法，也有學生一臉茫然。這時教師可邊講解邊示范后再讓他們演練或者觀摩其他同學的正確操作。

②檢查裝置的氣密性。易錯點：先用手握住試管，再將導氣管伸入水中。或者只是用大拇指和食指捏住試管，還有根本就沒有將橡皮塞塞緊的……不管哪種錯誤操作都會導致導管口無氣泡冒出。發現裝置漏氣時，教師要提醒學生重新檢查每個細節是否到位，即“三思后行”。這也是試卷做題中的重要考點之一。經過這樣先想后做的“慢”，才會有后來在試卷中答題的“快”，且學生經過實操演練，這個知識點以后就很難忘記。

③裝入藥品。因后期要做氧氣性質的實驗，故教師可要求學生直接取干燥的（中號）試管加入較多（約三大勺）高錳酸鉀一次性制取三瓶氧氣。教師自己也可用同型號試管取樣放在講臺上示范藥品用量及試管內壁干燥情況。

④固定裝置。易錯點：夾持位置不準確（如夾在試管的中部或中下部）、試管口向上傾斜、試管的底部距酒精燈過高等。教師在預習課上要做充分講解和示范，包括鐵架臺上鐵夾調整（前后、高低）和固定。經過引導大部分學生能很快固定好。另外，因藥品加熱后產生氧氣較快，為避免后期手忙腳亂可提醒學生先在水槽中將2個集氣瓶裝滿水后蓋上瓶蓋（把瓶蓋放在瓶口一側邊緣再平推至完全蓋住，不要留有氣泡）倒扣在水槽中待收集。另將1個空集氣瓶（帶蓋）和直角型導氣管放在水槽旁備用（向上排空氣法收集）。此為下一步加熱收集氣體做好準備。

⑤加熱。可能出現的問題：部分學生不敢使用火柴（尤其是女生），不懂如何安全使用火柴，還有學生不預熱就直接加熱。教師指導：用手握住火柴桿的末端，用火柴頭接觸火柴盒的側面用力快速摩擦起火后再點燃酒精燈。加熱前先在試管下方來回移動幾下再固定加熱。注意加熱前試管要保持干燥。酒精燈帽取下后應正放在桌面上，以免滾落后到處尋找。

⑥收集氣體。易錯點：學生一看到氣泡冒出就立即收集，這樣將導致氣體收集不純。正確做法是等氣泡連續均勻冒出時再將導氣管伸入到瓶口收集。在收集過程中有些學生沒有用手按住瓶底，當收集的氣體越來越多時因浮力影響導致整個集氣瓶翻轉而前功盡棄。教師在此一定強調學生要全程用手按住瓶底以防出現意外。待瓶口外有大氣泡冒出（表明瓶內氣體已收集滿）時，需在水面下蓋好瓶蓋，注意確認瓶口四周都被蓋住后再一手托住瓶蓋另一手摁住瓶底，翻轉集氣瓶正放在桌面上。用同樣的方法再收集1瓶（可預留少量水，做鐵絲燃燒用）。同組2人協助更換導氣管再用向上排空氣法收集1瓶，注意此時導氣管應伸入到集氣瓶的中下部即可。

⑦驗滿和檢驗。以向上排空氣法收集的氣體為例。將帶火星的小木條放在集氣瓶口（稍移開玻璃片），觀察木條是否復燃，若木條復燃，則瓶內充滿氧氣。然后將小木條再次伸入瓶內，若木條復燃，證明瓶內氣體是氧氣。這些操作學生一般都很容易做到且記憶深刻，小小的試驗成功大大地提升了學生學習的興趣。

教師通過對上述實驗的引導、展示和注意事項的講解讓學生掌握連接儀器、檢查裝置氣密性的方法。學生學會取用藥品、自下而上從左往右組裝儀器，學會加熱操作并能用兩種方法收集氣體等各項實驗技能。在實驗過程中培養了學生的安全意識和責任意識，初步發展學生科學探究態度和社會責任的核心素養。

（2）氧氣性質的實驗探究

①木炭在氧氣中燃燒。易錯點：將木炭快速伸入瓶內又快速拿出（導致反應不充分實驗失敗）；忘記加入澄清的石灰水以驗證燃燒生成物。教師應提醒學生兩人配合，一人夾持木炭（木炭與坩堝鉗呈直線狀，便于伸入瓶內）在酒精燈上灼燒至紅熱后再緩緩伸入瓶內，另一人準備倒入澄清的石灰水蓋上瓶蓋，振蕩，觀察并記錄實驗現象。注意夾持過程中保持夾緊以免木炭掉落。

②鐵絲在氧氣中燃燒（難度較大）

難點1：鐵絲繞成螺旋狀：可將砂紙打磨過的細鐵絲（盡量細如發絲）緊密纏繞在燃燒匙長柄的一端后再退出燃燒匙，即可制成螺旋狀。兩端注意分別留出一小截即可。難點2：將螺旋狀鐵絲的一端纏在火柴桿的末端，注意一定要纏緊，否則鐵絲容易脫落導致實驗失敗。難點3：用坩堝鉗的尖端夾緊鐵絲另一端，使鐵絲與坩堝鉗呈一直線便于順利伸入瓶內。難點4：將火柴在酒精燈上點燃，待火柴桿快燃盡時再將鐵絲伸入瓶內，若觀察到鐵絲燃燒、火星四射才算此實驗成功。

易錯點：學生往往將鐵絲過早伸入瓶內，此時火柴燃燒更旺，現象十分明顯，學生還錯誤地以為是鐵絲燃燒實驗成功了，其實不然。另有學生等火柴桿燃盡后再將鐵絲緩慢伸入瓶內，導致鐵絲溫度過低沒能燃燒起來。

針對上述難點和易錯點，教師在預習課上要逐一講解并親自演示。事實證明，經過預習和觀摩教師演示后的學生絕大部分都能順利完成實驗活動，并體驗到實驗成功帶來的巨大成就感和喜悅感。許多學生也因此愛上化學。

③桌面整理。易錯點：不收拾、不歸位、不倒垃圾甚至水池內留有火柴桿、廢紙等直接離場。教師應提醒組長帶領組員做好清理工作：將廢棄物品倒入指定位置，使用過的儀器要用試管刷清洗干凈后放回原位擺整齊，試劑瓶擺放整齊，標簽朝向自己。桌面要用抹布擦洗干凈無水漬，水池干凈無垃圾，抹布清洗干凈后晾在指定地方，經教師和指定負責人檢驗合格后方可離開。

4.實驗筆記與實驗報告

在課堂有限的時間內，正常出現的實驗現象可不記錄，反常現象要著重記錄并分析原因，提出修改措施。實驗筆記還需記錄實驗過程中的重難點操作步驟、實驗數據、實驗結論等。這樣做有利于對知識的掌握。實驗報告是對學生自己實驗的總結，應該各具特色，但學校統一定制的實驗報告手冊有著統一格式，教師可鼓勵學生根據自己的實驗據實記錄并給予高分。這樣有利于培養學生誠實、創新的科學探究精神。

三、課后反思

盡管在課前進行了充分的準備，但從實際效果來看，還是有很多地方值得改進與提高。

1.課堂紀律問題。每個班里總有少數同學顯得特別興奮，大聲喧嘩，實驗時手忙腳亂，導致整個實驗室亂哄哄的。在這樣的情景下如何深入思考，如何細致觀察？因此建議有多個實驗室的學校，可把一個班分到不同的實驗室，小班上課，效果會好很多。

2.加強巡視。教師要積極加強巡視，及時發現各個小組存在的問題并及時糾正。對比較普遍的問題，可及時集中演示，讓學生的實驗及時回到正確的軌道上來。

3.實驗驗收。教師要注意觀察各個小組是否完成了規定的實驗過程，這個過程包括實驗儀器的清洗與擺放。對于完成的小組，教師要合理評價；未完成的小組，教師要引導其繼續完成實驗。

4.深度學習。對于優質高效完成實驗的小組，教師可以要求學生結合網上資料學習氧氣工業化的制取方法，并與實驗室制氧氣方法進行比較。通過這個深度學習，使得學生明白實驗室與工廠的差別，初步建立工程意識。這樣既擴大了學生的知識面，又能激發學生對化學學科的興趣。

總之，在上述實驗過程中，教師引導學生連接裝置，掌握給物質加熱的操作要領，學生學會觀察物質燃燒時的實驗現象、清洗和整理儀器、處理實驗后的事情。學生的綠色化學意識和環保觀念得以培養，通過小組合作探究學生的團隊協作能力得到提高。

教師用心設計學生第一次的分組實驗活動，能讓學生在安全有序的前提下順利完成實驗，體驗到化學學習的樂趣和實驗完成后的成就感。在實驗過程中學生的操作能力、觀察能力、獨立思考能力、分析推理能力、合作探究能力得到極大提高，學科核心素養得到全面發展，效果突出。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012：4