基于問題用實驗探究空氣的成分

摘要：“善學(xué)者盡其理，善行者究其難。”在初中科學(xué)實驗教學(xué)過程中，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為核心，基于問題開展實驗探究空氣的成分，強(qiáng)調(diào)求真求實的科學(xué)精神，培養(yǎng)學(xué)生提創(chuàng)新和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：初中科學(xué);空氣成分;實驗探究

1.前言

科學(xué)以探究真理、發(fā)現(xiàn)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(xí)近平主席在京主持召開科學(xué)家座談會并發(fā)表重要講話，習(xí)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(zhì)量，注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力?！背踔辛昙墝W(xué)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(xué)中，教師應(yīng)注意積極引導(dǎo)學(xué)生，應(yīng)用已掌握的知識，通過類比等方法發(fā)展學(xué)生抽象思維能力。這種建立在證據(jù)和邏輯推理基礎(chǔ)上的科學(xué)思維方式，有助于培養(yǎng)學(xué)生理性思維。

2.課標(biāo)、教材、學(xué)情分析

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

空氣是個綜合性的專題，本節(jié)課內(nèi)容出自（牛津上海版）六年級科學(xué)第二學(xué)期中《空氣的主要成分》。從學(xué)生熟悉的事物入手，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)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(dǎo)學(xué)生用所學(xué)的技能進(jìn)入后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)，解決探究綠色植物如何獲取能量、人類呼吸時氣體進(jìn)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(zhì)之一，小學(xué)科學(xué)課上，學(xué)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(jù)一定的空間，有彈性、流動性。但學(xué)生對空氣的主要成分，具體檢驗方法、含量及用途缺乏系統(tǒng)了解。學(xué)生已經(jīng)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(rèn)識，對實驗結(jié)果缺乏理論分析。因此，本課通過獨(dú)立學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)相結(jié)合，開展科學(xué)課《空氣的成分》之實驗式教學(xué)，通過設(shè)計、改進(jìn)實驗以探究空氣中幾種主要成分，提升學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

3.學(xué)生素養(yǎng)培養(yǎng)內(nèi)容

3.1科學(xué)實驗式意識方面

100%的學(xué)生能意識到探究活動是科學(xué)的主要特征，了解科學(xué)實驗“作出假設(shè)→實驗研究→得出結(jié)論”的基本實施過程;80%的學(xué)生能認(rèn)識到“獨(dú)合結(jié)合”科學(xué)式學(xué)習(xí)對于提升科學(xué)素養(yǎng)的價值;80%的學(xué)生能在實驗過程中體會到實驗設(shè)計的改進(jìn)在科學(xué)實驗中的重要性，認(rèn)識到思考和解決問題在科學(xué)工作中的意義。

3.2科學(xué)實驗式能力方面

100%的學(xué)生能夠完成小組實驗任務(wù);80%的學(xué)生能做到邊實驗、邊觀察、邊記錄;80%的同學(xué)能在教師提示幫助下，運(yùn)用類比法設(shè)計并改進(jìn)實驗;80%的學(xué)生能獨(dú)立掌握檢驗無色無味氣體的一般步驟的能力;30%的學(xué)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(yīng)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(dǎo)學(xué)生猜測檢驗無色無味氣體的常用方法，進(jìn)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(dǎo)學(xué)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(chǔ)。

4.3獨(dú)合結(jié)合探究實驗式

學(xué)生先獨(dú)立觀察教師介紹實驗步驟及常見儀器的規(guī)范操作，再以小組形式進(jìn)行兩種無色無味氣體的檢驗實驗，認(rèn)識從“看不見”到“看得見”、即通過明顯的實驗現(xiàn)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(dú)立學(xué)習(xí)新儀器的使用，進(jìn)一步合作設(shè)計并改進(jìn)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(xué)生對觀察法、類比法、實驗法、對比法等常用科學(xué)方法的實際運(yùn)用能力。

4.4學(xué)習(xí)單引導(dǎo)學(xué)習(xí)式

使用課堂學(xué)習(xí)單培養(yǎng)學(xué)生觀察→記錄→思考的良好實驗習(xí)慣，鞏固二氧化碳和氧氣的檢驗方法和現(xiàn)象，提高學(xué)生的實驗歸納和總結(jié)能力。

5.教學(xué)目標(biāo)

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(yùn)用類比法、實驗法、歸納法等科學(xué)研究方法認(rèn)識空氣中的主要成分。通過設(shè)計探究實驗，選擇適當(dāng)?shù)膶嶒灧桨笝z驗空氣中的氧氣和二氧化碳。

5.3情感、態(tài)度與價值觀

培養(yǎng)實驗過程中觀察、記錄、思考相結(jié)合良好習(xí)慣;樹立科學(xué)的實驗設(shè)計觀念，養(yǎng)成科學(xué)地判斷分析實驗現(xiàn)象的理性思維，增進(jìn)“獨(dú)合結(jié)合”實驗式探究空氣成分的興趣。

6.實踐過程

6.1導(dǎo)入

明確本課主題，激發(fā)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(dǎo)學(xué)生觀察、描述現(xiàn)象、總結(jié)利用看得見的顏色變化可用于檢驗看不見的物質(zhì);學(xué)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(xiàn)象。

6.2活動1（二氧化碳的檢驗）

基于水的檢驗，引導(dǎo)學(xué)生檢驗物質(zhì)的關(guān)鍵要素之一是有明顯的現(xiàn)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(fā)布小組實驗任務(wù);學(xué)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(xiàn)象。

6.3活動2（氧氣的檢驗）

引導(dǎo)學(xué)生體會對照法是科學(xué)實驗的重要方法，并總結(jié)出檢驗物質(zhì)的常用方法。教師帶領(lǐng)學(xué)生了解帶火星木條的制法和用途、指導(dǎo)學(xué)生規(guī)范操作、觀察并表述實驗現(xiàn)象、發(fā)布小組實驗任務(wù);學(xué)生聽取教師講解、用帶火星木條檢驗氧氣、小組交流實驗現(xiàn)象。

6.4活動3（找出空氣中的二氧化碳）

引導(dǎo)學(xué)生在實驗現(xiàn)象不明顯的時候，如何分析問題并改進(jìn)實驗方案。教師點(diǎn)撥學(xué)生像科學(xué)家一樣在實驗前提出假設(shè)、提供早期科學(xué)家的方法-石灰水作為參考、點(diǎn)撥實驗設(shè)計的關(guān)鍵點(diǎn)，介紹儀器的使用;學(xué)生提出假設(shè)（空氣中有二氧化碳）、選擇試劑、設(shè)計實驗、改進(jìn)方案，記錄現(xiàn)象、小組交流實驗現(xiàn)象，分析實驗過程，得出結(jié)論。

6.5活動4（找出空氣中的氧氣）

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

7.結(jié)語

本課在學(xué)生已有檢驗水的知識基礎(chǔ)上，通過設(shè)計多種方案檢驗氧氣和二氧化碳，引導(dǎo)學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，再依次引入二氧化碳和氧氣的探究活動，利用類比法設(shè)計并改進(jìn)實驗、分析實驗結(jié)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(jié)論。重視思維點(diǎn)撥、提升科學(xué)素養(yǎng)、體現(xiàn)學(xué)科育人價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]上海市教育委員會教學(xué)研究室.上海市初中科學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求[M].上?？萍技夹g(shù)出版社.2018（3）.

作者簡介：黃倫（1984年5月生），女，漢族，滬，理學(xué)學(xué)士，經(jīng)濟(jì)學(xué)碩士，中學(xué)二級教師，現(xiàn)任上海市進(jìn)才實驗中學(xué)科學(xué)、化學(xué)教師。