◆王志海

空氣的組成教學(xué)案例分析

◆王志海

空氣的組成一節(jié)中氧氣含量的測(cè)定是一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，也是歷年初中化學(xué)中考命題的重要知識(shí)點(diǎn)。在課堂教學(xué)中，通過(guò)與水的組成知識(shí)的相互關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)情境，加強(qiáng)引導(dǎo)，以“知識(shí)+實(shí)驗(yàn)”結(jié)合的教學(xué)模式，從多個(gè)側(cè)面由淺入深地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和探索精神。通過(guò)豐富的情境教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生的積極思維；通過(guò)空氣組成發(fā)現(xiàn)史的追溯，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、大膽創(chuàng)新的信念。

空氣組成；實(shí)驗(yàn)；初中化學(xué)

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.14.129

空氣是學(xué)生在課堂和實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常接觸到的物質(zhì)，更是司空見(jiàn)慣的物質(zhì)，但對(duì)空氣的組成則有各自的認(rèn)識(shí)與理解。通過(guò)魯教版九年級(jí)“空氣的組成”一節(jié)的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生從化學(xué)的角度去正確理解空氣的組成，并通過(guò)定量的化學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)定空氣中氧氣的含量［1］。通過(guò)這一節(jié)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解混合物中某些成分的定量的科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程啟發(fā)學(xué)生思維，達(dá)到既定的教學(xué)目標(biāo)。

現(xiàn)行的對(duì)“空氣的成分”的教學(xué)設(shè)計(jì)一般都存在就事論事、就教材教教材的現(xiàn)象，忽視了與學(xué)過(guò)的已知知識(shí)的聯(lián)系、與相關(guān)學(xué)科知識(shí)的關(guān)聯(lián)以及實(shí)驗(yàn)方法的簡(jiǎn)易化設(shè)計(jì)。本次教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)化學(xué)教材經(jīng)過(guò)梳理，分析發(fā)現(xiàn)“水的組成”實(shí)驗(yàn)方法與其有內(nèi)在聯(lián)系，從中提煉出有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題；根據(jù)學(xué)情的調(diào)查，加入“蠟燭燃燒和蠟燭熄滅”實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境；提供“活性鐵粉”“連苯三酚”等吸氧劑的相關(guān)知識(shí)資料，鍛煉學(xué)生的信息提取和利用能力。這樣就形成探究問(wèn)題有規(guī)可循、定量實(shí)驗(yàn)要求嚴(yán)格、綠色化學(xué)色彩濃厚的教學(xué)特色。

1　教材分析

本章內(nèi)容是學(xué)生在繼“水分子的變化”之后又一次與“身邊的物質(zhì)”的密切接觸?！翱諝獾慕M成”一節(jié)的主要內(nèi)容可沿著三條主線展開(kāi)。

第一條主線是化學(xué)組成與概念的知識(shí)主線，是對(duì)混合物認(rèn)識(shí)的深入?？諝馐菍W(xué)生熟悉的物質(zhì)，在生活中可以從不同的方面了解空氣的各種物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的知識(shí)，所以學(xué)生掌握有關(guān)“空氣的組成”比較容易。在此基礎(chǔ)上，使學(xué)生對(duì)混合物概念的認(rèn)識(shí)更進(jìn)一步深入，加深對(duì)化合物、純凈物、單質(zhì)、氧化物和混合物等概念的區(qū)分和認(rèn)識(shí)。

第二條主線是化學(xué)研究方法的主線，通過(guò)氧氣含量的測(cè)定學(xué)習(xí)應(yīng)用定量實(shí)驗(yàn)的方法。研究過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)方法多種多樣，而學(xué)會(huì)應(yīng)用定量實(shí)驗(yàn)法對(duì)學(xué)生以后學(xué)習(xí)其他化學(xué)物質(zhì)的組成有十分重要的作用。

第三條主線是空氣研究的發(fā)展歷史的情景主線，是以化學(xué)史上的重大發(fā)現(xiàn)創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境。道氧氣的發(fā)現(xiàn)過(guò)程在化學(xué)史上具有非常重要的地位，它推翻了錯(cuò)誤的燃素學(xué)說(shuō)，給化學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)翻天覆地的變化。因此，“空氣的組成”的重要意義在于能夠提供一種化學(xué)情境，使學(xué)生了解化學(xué)科學(xué)探索的歷程，同時(shí)能增加一些基本的實(shí)驗(yàn)操作方法、化學(xué)思維方式、探究方法的熏陶并逐步積累經(jīng)驗(yàn)［2］。

2　學(xué)情分析與教學(xué)目標(biāo)

本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)生比較熟悉，經(jīng)過(guò)以往“科學(xué)”課程的學(xué)習(xí)，對(duì)空氣的成分也已有了初步認(rèn)識(shí)。但要讓他們用科學(xué)的、規(guī)范的語(yǔ)言來(lái)表述卻有一定難度，對(duì)空氣的化學(xué)知識(shí)知道的比較少。盡管大多數(shù)學(xué)生渴望嘗試用新儀器、組裝新的實(shí)驗(yàn)裝置，但由于知識(shí)儲(chǔ)備太少，難以創(chuàng)新出新的實(shí)驗(yàn)儀器裝置。因此，通過(guò)“空氣的組成”一節(jié)的學(xué)習(xí)，應(yīng)達(dá)到以下的三維目標(biāo)。

知識(shí)與技能 通過(guò)學(xué)習(xí)達(dá)到三種知識(shí)和技能目標(biāo)：1）知道測(cè)定氧氣含量的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；2）了解空氣中氮?dú)狻⒀鯕獾捏w積分?jǐn)?shù)和稀有氣體的含量與用途；3）知道人類(lèi)發(fā)現(xiàn)和探索空氣組成的歷史和拉瓦錫實(shí)驗(yàn)的歷史意義。

過(guò)程與方法 教學(xué)過(guò)程中：1）通過(guò)選擇簡(jiǎn)易實(shí)效的實(shí)驗(yàn)裝置，初步樹(shù)立用安全的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)研究物質(zhì)的意識(shí)；2）設(shè)計(jì)并應(yīng)用規(guī)整的表格記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

情感態(tài)度與價(jià)值觀 通過(guò)學(xué)習(xí)，達(dá)到三方面的情感態(tài)度與價(jià)值觀方面的目標(biāo)：1）體驗(yàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作帶來(lái)的樂(lè)趣，養(yǎng)成合作探究、敢于創(chuàng)新、尊重事實(shí)的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度；2）認(rèn)識(shí)空氣與人類(lèi)生活和社會(huì)發(fā)展的主要關(guān)系，發(fā)展“化學(xué)使世界更美好”的情感價(jià)值觀念。

3　教學(xué)重難點(diǎn)

在教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，教學(xué)重點(diǎn)為：使學(xué)生了解定量研究空氣各種成分的實(shí)驗(yàn)方法，從而知道空氣的主要成分為氧氣、氮?dú)?、二氧化碳和惰性氣體等。教學(xué)難點(diǎn)為：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)方案，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，養(yǎng)成重事實(shí)、重過(guò)程、重合作的良好的科學(xué)習(xí)慣和素養(yǎng)。

4　教學(xué)過(guò)程

教學(xué)過(guò)程通過(guò)以下教學(xué)活動(dòng)展開(kāi)。

教學(xué)活動(dòng)1：創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，教師演示實(shí)驗(yàn)（蠟燭熄火）

1）教學(xué)環(huán)節(jié)：從古詩(shī)《巴山夜雨》中“何當(dāng)共剪西窗燭”引入“熄滅蠟燭的”實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)之前提示學(xué)生重點(diǎn)觀察：三支蠟燭持續(xù)燃燒的時(shí)間究竟怎樣？三支蠟燭是否會(huì)同時(shí)熄滅？提出研究課題：空氣中氧氣含量的測(cè)定。

2）設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生原有對(duì)氣體成分認(rèn)知中的缺陷以為三支蠟燭會(huì)同時(shí)熄滅，產(chǎn)生認(rèn)知沖突，這樣不僅能夠激發(fā)學(xué)生的探究欲望，而且有利于增進(jìn)學(xué)生提出問(wèn)題的探究意識(shí)，明確研究任務(wù)，體驗(yàn)完整的探究過(guò)程，順利進(jìn)入探究環(huán)節(jié)。

教學(xué)活動(dòng)2：構(gòu)想實(shí)驗(yàn)情形，聯(lián)通“水的分解”的實(shí)驗(yàn)情形，產(chǎn)生新的實(shí)驗(yàn)構(gòu)想（表1）

表1　“水的分解”與“空氣的組成”實(shí)驗(yàn)情形對(duì)比

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了水的電解實(shí)驗(yàn)，通過(guò)水的電解過(guò)程引導(dǎo)學(xué)生形成一條比較清晰完整科學(xué)的研究“空氣中氧氣含量”實(shí)驗(yàn)的基本思路。采用的具體方法是充分利用學(xué)生之前學(xué)習(xí)過(guò)的“水的分解”實(shí)驗(yàn)的寶貴經(jīng)驗(yàn)，將其作為為“空氣中氧氣含量”實(shí)驗(yàn)提供思路的“先行組織者”。

教學(xué)活動(dòng)3：畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖 自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄表格，學(xué)生分組討論，依據(jù)原理提出所需的實(shí)驗(yàn)材料。

方案一：密閉透明的玻璃容器（試管、集氣瓶、量筒）置于水面，由于壓強(qiáng)差可以使加入密閉容器的水的液面高于外面的水面；容積不需要太大，太大浪費(fèi)實(shí)驗(yàn)藥品。

方案二：換一個(gè)軟質(zhì)的礦泉水瓶，若把瓶?jī)?nèi)的氧氣消耗掉，瓶子會(huì)變癟多少？

方案三：將密閉的容器用一根導(dǎo)管與一個(gè)裝有一定液面高度的水的容器連接，由于壓強(qiáng)差，容器中的水可以通過(guò)導(dǎo)管迅速進(jìn)入密閉容器中。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生發(fā)揮想象力，開(kāi)展設(shè)計(jì)討論，提出想到的材料或者儀器，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實(shí)驗(yàn)構(gòu)思能力。

教學(xué)活動(dòng)4：尋找耗氧實(shí)驗(yàn)材料 介紹吸氧劑的有關(guān)資料，比較三種吸氧劑的特點(diǎn)，如表2所示，確定最佳的吸氧實(shí)驗(yàn)藥品是連苯三酚。第一種方法由于產(chǎn)生SO2污染物，最好不用；第二種反應(yīng)需要較長(zhǎng)時(shí)間，也不適合課堂實(shí)驗(yàn)；第三種方法是用連苯三酚（焦性沒(méi)食子酸），其時(shí)間短、效果好，所以最后確定用連苯三酚做吸氧劑。其吸氧的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表2　吸氧劑比較

表3　連苯三酚的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由于焦性沒(méi)食子酸是一種優(yōu)良的吸氧劑，所以它可用于食品加工及食品保鮮［5］。如將焦性沒(méi)食子酸、K2CO3、活性炭按1：2.5：2.5的比例混勻后可用于食品的保質(zhì)。食品中或合成樹(shù)脂中的抗氧劑，通常也含有焦性沒(méi)食子酸。

教學(xué)活動(dòng)5：教師演示用紅磷進(jìn)行空氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn) 教學(xué)方法與設(shè)計(jì)意圖：紅磷在空氣中燃燒現(xiàn)象明顯，本實(shí)驗(yàn)采用微課（視頻）的方法向?qū)W生介紹實(shí)驗(yàn)測(cè)定的原理、實(shí)驗(yàn)步驟方法與安全操作要領(lǐng)。請(qǐng)學(xué)生仔細(xì)聆聽(tīng)教師解說(shuō)，然后按統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確保實(shí)驗(yàn)的優(yōu)質(zhì)高效。

教學(xué)活動(dòng)6：空氣成分的發(fā)現(xiàn)歷史追溯 教學(xué)方法與設(shè)計(jì)意圖：采用自制多媒體視頻的方法，將20多位化學(xué)家（從古希臘到近代的拉姆塞等）的研究歷程和一座座歷史豐碑展示給學(xué)生。彌補(bǔ)教材這方面內(nèi)容的不足，生動(dòng)地說(shuō)明化學(xué)科學(xué)發(fā)展一般規(guī)律。

5　課后反思

本課程設(shè)計(jì)運(yùn)用知識(shí)之間的相互聯(lián)系，尋找相同點(diǎn)啟迪學(xué)生思維；以生動(dòng)有趣的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行情境教學(xué)；教學(xué)方法的靈活運(yùn)用活躍學(xué)生的思維；化學(xué)實(shí)驗(yàn)的巧妙設(shè)計(jì)激發(fā)學(xué)生的探索欲望；定量實(shí)驗(yàn)方法的應(yīng)用使學(xué)生的認(rèn)識(shí)更加細(xì)化，分析問(wèn)題的思路更加縝密。通過(guò)吸氧劑的知識(shí)滲透綠色化學(xué)思想，凸顯出化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)和價(jià)值。另外，通過(guò)空氣成分發(fā)現(xiàn)史的歷程，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的興趣和積極創(chuàng)新的動(dòng)力。■

［1］劉瑜.空氣中氧氣含量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)改進(jìn)［J］.化學(xué)教育，2015，36（11）：64-65.

［2］宋心琦.空氣組成之謎［J］.中學(xué)生數(shù)理化，2012（8）：87.

［3］焦義兵，韋薇.連二亞硫酸鈉系脫氧劑特性及其在食品包裝中的應(yīng)用［J］.廣東食品，1997（2）：16-17.

［4］周如磊.“鐵的吸氧腐蝕”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2014（13）：12.

［5］段繪葉.基于沒(méi)食子酸的吸氧包裝薄膜制備及性能研究［D］.北京：北京印刷學(xué)院，2013.

G633.8

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1671-489X（2016）14-0129-03

作者：王志海，魯東大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院（264025）；壽光市王望中學(xué)（262706）。