湖北省赤壁市第一初級(jí)中學(xué)(437300) 任和林

湖北省赤壁市教學(xué)研究室(437300) 周建國(guó)

湖北省咸寧市教育科學(xué)研究院(437000) 姚志紅

化學(xué)研究的最終價(jià)值在于運(yùn)用探究性實(shí)驗(yàn)是有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要途徑，更是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的重要載體。筆者以“物質(zhì)在氧氣中燃燒”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)教材實(shí)驗(yàn)拓展延伸，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果，使實(shí)驗(yàn)操作更簡(jiǎn)便、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯、實(shí)驗(yàn)過程更環(huán)保、實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確。

1 背景分析

1.1 教材分析

“物質(zhì)在氧氣中燃燒”的實(shí)驗(yàn)是人教版第2單元課題2“氧氣”中的內(nèi)容。氧氣是學(xué)生認(rèn)識(shí)具體物質(zhì)及其變化規(guī)律的開始和典型代表，是從化學(xué)學(xué)科特征出發(fā)，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法研究物質(zhì)的開始。本課題通過實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生初步認(rèn)識(shí)研究物質(zhì)性質(zhì)的一般方法，為后續(xù)其他物質(zhì)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維能力的最佳素材。

1.2 學(xué)情分析

學(xué)生對(duì)氧氣已經(jīng)有所了解，知道氧氣的一些性質(zhì)，具備一定的認(rèn)知基礎(chǔ)，但認(rèn)識(shí)較為感性，不會(huì)從化學(xué)的視角去思考問題，更不會(huì)用探究的方法去學(xué)習(xí)。因此，教師在學(xué)生初步掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作和技能的基礎(chǔ)上，精心設(shè)計(jì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，利用學(xué)生思維活躍，探究欲強(qiáng)，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)充滿興趣的特點(diǎn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的持久興趣。

2 教學(xué)過程

2.1 提出問題

師：鐵絲在氧氣中燃燒是檢驗(yàn)氧氣性質(zhì)的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，剛才同學(xué)們實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不穩(wěn)定，燃燒時(shí)間短。為了使鐵絲在氧氣中燃燒的現(xiàn)象更明顯、更持久，我們?nèi)绾胃倪M(jìn)實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生對(duì)鐵絲燃燒實(shí)驗(yàn)有著濃厚的興趣，以興趣為基礎(chǔ)，以問題為驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,從而產(chǎn)生內(nèi)驅(qū)力，使其思維活動(dòng)達(dá)到最佳狀態(tài)，激發(fā)學(xué)生的探究動(dòng)機(jī)和探究潛能，并內(nèi)化為學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.2 探究活動(dòng)

2.2.1 探究一：鐵絲燃燒的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

師：實(shí)驗(yàn)中用的是細(xì)鐵絲，能否改用粗鐵絲。

學(xué)生討論：鐵絲燃燒的劇烈程度是否與鐵絲的粗細(xì)有關(guān)。

學(xué)生活動(dòng)：對(duì)比直徑為0.15 mm、0.30 mm、0.40 mm、0.60 mm 4種規(guī)格的鐵絲在氧氣中燃燒的現(xiàn)象(見圖1)。通過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，0.15 mm的鐵絲偏細(xì)，容易燒斷，現(xiàn)象也不夠明顯；0.60 mm的鐵絲偏粗，不易燃燒；0.30 mm和0.40 mm的鐵絲燃燒劇烈，現(xiàn)象明顯。

圖1 不同規(guī)格的鐵絲在氧氣中燃燒

結(jié)論：鐵絲燃燒的劇烈程度與鐵絲的粗細(xì)有關(guān)，直徑為0.30～0.40 mm的鐵絲較為合適。

師：選取合適規(guī)格的鐵絲后，在其下端系一根火柴，用于引燃鐵絲，但火柴燃燒生成的黑色固體卻對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有一定干擾，如何避免這種干擾？

生：可以改變引燃鐵絲的方式。

師：改用什么方式比較合適呢？

學(xué)生討論：可以用酒精代替火柴來引燃鐵絲，因?yàn)榫凭兹迹胰紵纳晌锊粫?huì)干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

學(xué)生活動(dòng)：將0.40 mm鐵絲的一端繞成螺旋狀，用螺旋狀的前端蘸取酒精，點(diǎn)燃后放入氧氣中，觀察到鐵絲成功被引燃。

結(jié)論：可以用酒精引燃鐵絲，操作簡(jiǎn)便，成功率高，實(shí)驗(yàn)效果好。

師：蘸取酒精能成功引燃鐵絲，但鐵絲未燒盡就熄滅了，這是為什么？

生：因?yàn)槿紵牧思瘹馄恐械难鯕?，鐵絲因氧氣不足而熄滅。

師：如何提供足夠的氧氣，使鐵絲持續(xù)燃燒呢？

學(xué)生討論：將鐵絲在氧氣瓶中燃燒改為在氧氣流中燃燒，邊燃燒邊供氧。

師：如何實(shí)現(xiàn)持續(xù)不斷的供氧？

生：在氧氣瓶的側(cè)面打一個(gè)圓形小孔(見圖2)，通過小孔不斷向集氣瓶?jī)?nèi)通入氧氣，提供連續(xù)的氧氣流。

圖2 打孔集氣瓶

師：要使鐵絲持續(xù)燃燒，就要保證氧氣流有一定的速率，如何控制并監(jiān)測(cè)氧氣流的速率呢？

學(xué)生討論：可以用過氧化氫溶液制取氧氣，并通過分液漏斗來控制生成氧氣的速率。受醫(yī)院給病人輸氧的啟發(fā)，將氧氣通入裝有適量水的集氣瓶中，通過瓶中產(chǎn)生氣泡的快慢來監(jiān)測(cè)氧氣的速率。

學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(見圖3)A處利用分液漏斗來控制過氧化氫溶液生成氧氣的速率；B處集氣瓶中加入適量水，通過瓶中產(chǎn)生氣泡的快慢來監(jiān)測(cè)氧氣的速率；C處打孔的集氣瓶既是收集氧氣的容器，也是物質(zhì)燃燒的容器，因氧氣不斷通入，鐵絲持續(xù)劇烈燃燒，火星四射，直至燒盡，現(xiàn)象非常明顯。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置

結(jié)論：鐵絲在氧氣流中能持續(xù)劇烈燃燒，直至燒盡，現(xiàn)象明顯、持久。

設(shè)計(jì)意圖：關(guān)注學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，引導(dǎo)學(xué)生探究，讓學(xué)生在已有化學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上，通過討論設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)改進(jìn)方案，在這個(gè)過程中，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維能力。

2.2.2 探究二：木炭燃燒的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

師：鐵絲在氧氣中燃燒的改進(jìn)裝置是否適用于木炭在氧氣中持續(xù)燃燒呢？怎么檢驗(yàn)?zāi)咎咳紵纳晌铮?/p>

生：適用，可以將生成的氣體導(dǎo)入澄清石灰水。

學(xué)生活動(dòng)：取一小塊木炭放在燃燒匙上，在酒精燈上點(diǎn)燃，觀察到木炭在空氣中燃燒發(fā)出紅光，伸入打孔集氣瓶，塞緊橡膠塞，由于不斷通入氧氣，木炭持續(xù)燃燒，發(fā)出強(qiáng)烈的白光，現(xiàn)象十分明顯。為了檢驗(yàn)生成物，將生成的氣體導(dǎo)入到裝有澄清石灰水中的試管中，發(fā)現(xiàn)澄清石灰水變渾濁，說明木炭燃燒生成了二氧化碳?xì)怏w。

結(jié)論：木炭在氧氣中燃燒比在空氣中更劇烈，且生成了二氧化碳?xì)怏w。

2.2.3 探究三：硫燃燒的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

師：改進(jìn)裝置適用于木炭燃燒實(shí)驗(yàn)，那是否也適用于硫燃燒實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

生：不完全適用。因?yàn)榱蛉紵傻亩趸蚴且环N有毒的氣體，逸散到空氣中會(huì)污染環(huán)境。

師：如何避免二氧化硫污染環(huán)境？

學(xué)生討論：可以將生成的二氧化硫?qū)氲窖b有濃氫氧化鈉溶液的洗氣瓶中進(jìn)行吸收。

學(xué)生活動(dòng)：取少量硫放在燃燒匙上，在酒精燈上點(diǎn)燃，觀察到硫在空氣中燃燒發(fā)出微弱的淡藍(lán)色火焰，并聞到輕微的刺激性氣味，伸入打孔集氣瓶，塞緊橡膠塞，觀察到硫在氧氣流中持續(xù)燃燒，發(fā)出明亮的藍(lán)紫色火焰，直至硫消耗完全。為避免污染環(huán)境，利用不斷通入的氧氣將二氧化硫?qū)氲窖b有濃氫氧化鈉溶液的洗氣瓶中充分吸收。

結(jié)論：硫在氧氣中燃燒比在空氣中更劇烈，且生成的二氧化硫氣體能被濃氫氧化鈉溶液吸收。

設(shè)計(jì)意圖：通過對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綠色化的設(shè)計(jì)，解決了實(shí)驗(yàn)帶來的環(huán)境污染問題，在潛移默化中對(duì)學(xué)生進(jìn)行綠色化學(xué)理念的教育和滲透，培養(yǎng)學(xué)生良好的環(huán)境保護(hù)意識(shí)。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)反思

3.1 開展實(shí)驗(yàn)探究，提高學(xué)生探究能力

挖掘教材實(shí)驗(yàn)中值得探究的問題，培養(yǎng)學(xué)生探究能力。教師要根據(jù)客觀條件和學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)，著力深挖教材的實(shí)驗(yàn)潛力，將一部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探究性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生參與整個(gè)探究過程，學(xué)習(xí)探究方法，提高探究能力。教材上鐵絲在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)學(xué)生興趣極大，但由于集氣瓶?jī)?nèi)儲(chǔ)氧量有限，鐵絲燃燒時(shí)間較短，難于滿足學(xué)生的觀察需要。如何讓鐵絲在氧氣中持續(xù)劇烈燃燒呢？教師以此來創(chuàng)設(shè)探究性問題情境，營(yíng)造積極的探究氛圍，使學(xué)生心理上產(chǎn)生一種懸而未決但又必須解決的求知狀態(tài)，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的探究欲望,從而使學(xué)生以最佳的精神狀態(tài)投入到探究問題中。

開展實(shí)驗(yàn)探究重在從學(xué)生實(shí)際出發(fā)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體探究作用。努力營(yíng)造寬松愉快的探究環(huán)境，讓中心探究點(diǎn)以五彩繽紛的形式呈現(xiàn)出來。不斷利用問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生，積極主動(dòng)地開展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，將他們巨大的探究潛力轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實(shí)的探究能力。

3.2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新熱情

教師引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生根據(jù)具體問題創(chuàng)新設(shè)計(jì)解決問題的新方案，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程成為提高學(xué)生創(chuàng)新能力的過程。教材上硫在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)是利用集氣瓶中的水吸收生成的二氧化硫，防止污染空氣。但在實(shí)際過程中，因?yàn)槎趸蛟谒械娜芙庑圆淮?，所以用水吸收的效果并不好，且由于燃燒匙伸在瓶?jī)?nèi)，使玻璃片不能將瓶口完全蓋嚴(yán)，導(dǎo)致部分二氧化硫從瓶口逸散到空氣中，造成污染。學(xué)生思考、討論后，設(shè)計(jì)出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，用橡膠塞代替玻璃片來形成密閉體系，并利用氧氣流將二氧化硫?qū)氲綕鈿溲趸c溶液中進(jìn)行充分吸收，有效減少了對(duì)環(huán)境的污染。

領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)創(chuàng)新的精髓，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)創(chuàng)新的方法。在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要把科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)貫徹到每一個(gè)環(huán)節(jié)之中，設(shè)計(jì)行之有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到教材上的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不是唯一的，可以根據(jù)需要和實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)，激勵(lì)學(xué)生克服思維定勢(shì)，敢于提出有新意、與眾不同的實(shí)驗(yàn)方案，親身參與到實(shí)驗(yàn)探究中，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、思維能力和創(chuàng)新能力，為學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。