◆王志海

空氣的組成教學案例分析

◆王志海

空氣的組成一節(jié)中氧氣含量的測定是一個重要實驗，也是歷年初中化學中考命題的重要知識點。在課堂教學中，通過與水的組成知識的相互關聯(lián)，設計情境，加強引導，以“知識+實驗”結合的教學模式，從多個側面由淺入深地進行實驗探究，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和探索精神。通過豐富的情境教學，促進學生的積極思維；通過空氣組成發(fā)現(xiàn)史的追溯，培養(yǎng)學生勇于探索、大膽創(chuàng)新的信念。

空氣組成；實驗；初中化學

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

空氣是學生在課堂和實驗中經常接觸到的物質，更是司空見慣的物質，但對空氣的組成則有各自的認識與理解。通過魯教版九年級“空氣的組成”一節(jié)的學習，可使學生從化學的角度去正確理解空氣的組成，并通過定量的化學實驗測定空氣中氧氣的含量［1］。通過這一節(jié)的學習，使學生了解混合物中某些成分的定量的科學的實驗方法，同時通過實驗探究過程啟發(fā)學生思維，達到既定的教學目標。

現(xiàn)行的對“空氣的成分”的教學設計一般都存在就事論事、就教材教教材的現(xiàn)象，忽視了與學過的已知知識的聯(lián)系、與相關學科知識的關聯(lián)以及實驗方法的簡易化設計。本次教學設計對化學教材經過梳理，分析發(fā)現(xiàn)“水的組成”實驗方法與其有內在聯(lián)系，從中提煉出有利于學生實驗設計的幾個問題；根據(jù)學情的調查，加入“蠟燭燃燒和蠟燭熄滅”實驗，創(chuàng)設教學情境；提供“活性鐵粉”“連苯三酚”等吸氧劑的相關知識資料，鍛煉學生的信息提取和利用能力。這樣就形成探究問題有規(guī)可循、定量實驗要求嚴格、綠色化學色彩濃厚的教學特色。

1　教材分析

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

第一條主線是化學組成與概念的知識主線，是對混合物認識的深入?？諝馐菍W生熟悉的物質，在生活中可以從不同的方面了解空氣的各種物理性質和化學性質的知識，所以學生掌握有關“空氣的組成”比較容易。在此基礎上，使學生對混合物概念的認識更進一步深入，加深對化合物、純凈物、單質、氧化物和混合物等概念的區(qū)分和認識。

第二條主線是化學研究方法的主線，通過氧氣含量的測定學習應用定量實驗的方法。研究過程中的實驗方法多種多樣，而學會應用定量實驗法對學生以后學習其他化學物質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，是以化學史上的重大發(fā)現(xiàn)創(chuàng)設學習情境。道氧氣的發(fā)現(xiàn)過程在化學史上具有非常重要的地位，它推翻了錯誤的燃素學說，給化學領域帶來翻天覆地的變化。因此，“空氣的組成”的重要意義在于能夠提供一種化學情境，使學生了解化學科學探索的歷程，同時能增加一些基本的實驗操作方法、化學思維方式、探究方法的熏陶并逐步積累經驗［2］。

2　學情分析與教學目標

本節(jié)課的學習內容學生比較熟悉，經過以往“科學”課程的學習，對空氣的成分也已有了初步認識。但要讓他們用科學的、規(guī)范的語言來表述卻有一定難度，對空氣的化學知識知道的比較少。盡管大多數(shù)學生渴望嘗試用新儀器、組裝新的實驗裝置，但由于知識儲備太少，難以創(chuàng)新出新的實驗儀器裝置。因此，通過“空氣的組成”一節(jié)的學習，應達到以下的三維目標。

知識與技能 通過學習達到三種知識和技能目標：1）知道測定氧氣含量的實驗原理和實驗現(xiàn)象；2）了解空氣中氮氣、氧氣的體積分數(shù)和稀有氣體的含量與用途；3）知道人類發(fā)現(xiàn)和探索空氣組成的歷史和拉瓦錫實驗的歷史意義。

過程與方法 教學過程中：1）通過選擇簡易實效的實驗裝置，初步樹立用安全的實驗方法來研究物質的意識；2）設計并應用規(guī)整的表格記錄實驗數(shù)據(jù)，并對實驗數(shù)據(jù)進行分析研究，得出實驗結論。

情感態(tài)度與價值觀 通過學習，達到三方面的情感態(tài)度與價值觀方面的目標：1）體驗化學實驗操作帶來的樂趣，養(yǎng)成合作探究、敢于創(chuàng)新、尊重事實的嚴謹?shù)目茖W態(tài)度；2）認識空氣與人類生活和社會發(fā)展的主要關系，發(fā)展“化學使世界更美好”的情感價值觀念。

3　教學重難點

在教學目標的基礎上，教學重點為：使學生了解定量研究空氣各種成分的實驗方法，從而知道空氣的主要成分為氧氣、氮氣、二氧化碳和惰性氣體等。教學難點為：設計簡易的實驗方案，激發(fā)學生的學習動機，養(yǎng)成重事實、重過程、重合作的良好的科學習慣和素養(yǎng)。

4　教學過程

教學過程通過以下教學活動展開。

教學活動1：創(chuàng)設學習情境，教師演示實驗（蠟燭熄火）

1）教學環(huán)節(jié)：從古詩《巴山夜雨》中“何當共剪西窗燭”引入“熄滅蠟燭的”實驗。實驗之前提示學生重點觀察：三支蠟燭持續(xù)燃燒的時間究竟怎樣？三支蠟燭是否會同時熄滅？提出研究課題：空氣中氧氣含量的測定。

2）設計意圖：學生原有對氣體成分認知中的缺陷以為三支蠟燭會同時熄滅，產生認知沖突，這樣不僅能夠激發(fā)學生的探究欲望，而且有利于增進學生提出問題的探究意識，明確研究任務，體驗完整的探究過程，順利進入探究環(huán)節(jié)。

教學活動2：構想實驗情形，聯(lián)通“水的分解”的實驗情形，產生新的實驗構想（表1）

表1　“水的分解”與“空氣的組成”實驗情形對比

設計意圖：學生已經學習了水的電解實驗，通過水的電解過程引導學生形成一條比較清晰完整科學的研究“空氣中氧氣含量”實驗的基本思路。采用的具體方法是充分利用學生之前學習過的“水的分解”實驗的寶貴經驗，將其作為為“空氣中氧氣含量”實驗提供思路的“先行組織者”。

教學活動3：畫出實驗裝置簡圖 自行設計實驗數(shù)據(jù)的記錄表格，學生分組討論，依據(jù)原理提出所需的實驗材料。

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，太大浪費實驗藥品。

方案二：換一個軟質的礦泉水瓶，若把瓶內的氧氣消耗掉，瓶子會變癟多少？

方案三：將密閉的容器用一根導管與一個裝有一定液面高度的水的容器連接，由于壓強差，容器中的水可以通過導管迅速進入密閉容器中。

設計意圖：讓學生發(fā)揮想象力，開展設計討論，提出想到的材料或者儀器，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力和實驗構思能力。

教學活動4：尋找耗氧實驗材料 介紹吸氧劑的有關資料，比較三種吸氧劑的特點，如表2所示，確定最佳的吸氧實驗藥品是連苯三酚。第一種方法由于產生SO2污染物，最好不用；第二種反應需要較長時間，也不適合課堂實驗；第三種方法是用連苯三酚（焦性沒食子酸），其時間短、效果好，所以最后確定用連苯三酚做吸氧劑。其吸氧的實驗數(shù)據(jù)如表3所示。

表2　吸氧劑比較

表3　連苯三酚的實驗數(shù)據(jù)

由于焦性沒食子酸是一種優(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。食品中或合成樹脂中的抗氧劑，通常也含有焦性沒食子酸。

教學活動5：教師演示用紅磷進行空氣反應實驗 教學方法與設計意圖：紅磷在空氣中燃燒現(xiàn)象明顯，本實驗采用微課（視頻）的方法向學生介紹實驗測定的原理、實驗步驟方法與安全操作要領。請學生仔細聆聽教師解說，然后按統(tǒng)一的實驗步驟進行實驗，確保實驗的優(yōu)質高效。

教學活動6：空氣成分的發(fā)現(xiàn)歷史追溯 教學方法與設計意圖：采用自制多媒體視頻的方法，將20多位化學家（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生。彌補教材這方面內容的不足，生動地說明化學科學發(fā)展一般規(guī)律。

5　課后反思

本課程設計運用知識之間的相互聯(lián)系，尋找相同點啟迪學生思維；以生動有趣的實驗進行情境教學；教學方法的靈活運用活躍學生的思維；化學實驗的巧妙設計激發(fā)學生的探索欲望；定量實驗方法的應用使學生的認識更加細化，分析問題的思路更加縝密。通過吸氧劑的知識滲透綠色化學思想，凸顯出化學學科的特點和價值。另外，通過空氣成分發(fā)現(xiàn)史的歷程，激發(fā)學生進行科學探究的興趣和積極創(chuàng)新的動力?！?/p>

［1］劉瑜.空氣中氧氣含量的測定實驗改進［J］.化學教育，2015，36（11）：64-65.

［2］宋心琦.空氣組成之謎［J］.中學生數(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用［J］.廣東食品，1997（2）：16-17.

［4］周如磊.“鐵的吸氧腐蝕”實驗改進［J］.中學化學教學參考，2014（13）：12.

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

G633.8

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1671-489X（2016）14-0129-03

作者：王志海，魯東大學化學與材料科學學院（264025）；壽光市王望中學（262706）。