“测定空气中氧气含量”教学案例

“测定空气中氧气含量”教学 “测定空气中氧气含量”教学案例 文章编号:1005-6629(2010)08-0059-03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B 化学实验作为一种特定的学习经历是学生获得学习经验的重要手段。在实验教学中,如何充分调动学生的情感、态度、愿望等心理因素,使学生通过亲身经历获得有意义的学习经验呢?围绕这一问,在“测定空气中的氧气含量”的教学实践中,教师采取了实验探究的策略。 1 借助简单的实验现象理解实验原理 在以往的教学中,对于拉瓦锡测定空气中氧气含量的实验,教师常常借助于实验演示和直接讲解的方式。教师发现,实验原理中抽象的气压变化一直是学生理解的难点,而且在这样的学习过程中,学生对于这一实验的意义和实验探究的科学方法难有深刻的体验。 看来,不让学生经历科学探究的历程,是难以培养学生的探究精神与创新能力的。于是,教师用“一段蜡烛”开始了教学: 教师手持立有一截蜡烛的培养皿:“如果点燃蜡烛,再用烧杯罩住蜡烛,会看到什么现象?” 学生们异口同声地说到:“蜡烛会熄灭” “为什么呢?” 1 回答依然很轻松:“因为烧杯中的氧气消耗完了。” 教师向培养皿中注入一些水,问到“如果现在点燃蜡烛,然后罩上烧杯,现象会如何呢?” 片刻的沉默,出现了几种猜想:“蜡烛还是会熄灭”、“水面会上升”、“难道蜡烛就不熄灭了吗……?” “那就请同学做一下这个实验,仔细观察后讨论一下原因吧。” …… 教师请几位同学汇报讨论后的想法: “水面上升是因为烧杯内的气体体积减少了。” “水上升的体积可以看出气体减少的体积。” 教师将这个想法及时写在黑板上: 烧杯中减少的空气体积=消耗的氧气体积=水上升的体积 接下来,教师又向同学们出示了蜡烛燃烧的文字表达式,请大家思考“这些等量关系符合这个实验吗?” 教室再次沉默,之后便有了一些声音,几位同学发现了问题: “这个反应生成了二氧化碳气体,所以空气减少的体积并不等于消耗掉的氧气体积。” “蜡烛在燃烧过程中释放热量,会使周围的空气受热膨胀,这也会带来实验的误差。” 这些观点赢来了更多同学赞许的目光,教师也就顺势抛出 2 了这节课的课题:“同学们的观察和分析都很好,如果我们能设法通过实验来验证黑板上的等式,那我们不就可以粗略地知道空气中氧气的含量了吗?” 教师板书课题:测定空气中氧气的含量。“大家再想想看,怎样来改进这个实验呢?” 借助于一段蜡烛,同学们在猜想、感知、验证、质疑的经历中,一种发现的喜悦悄然升起,而这种对“测定空气中氧气含量方法”的发现也激励起他们对实验方法和实验装置进一步改进的欲望。 “老师,可以用澄清石灰水代替烧杯中的水,这样就能将产生的二氧化碳气体吸收掉。” 看到学过的知识派上了用场,同学们也都跃跃欲试。不过,对避免空气因受热膨胀而逃逸的实验装置与方法改进则使学生的思维陷入了“瓶颈”。看来,有限的实验经验制约了同学们的“创意”。 教师搬出了一套钟罩的实验装置(见图1所示)。利用该装置进行演示实验,一方面是因为这套装置便于学生由蜡烛实验装置进行迁移,另一方面也为理解拉瓦锡的实验装置做好铺垫。教师发现,经过了前期的讨论和思考,同学们对这套装置的实验原理和实验方法的理解变得容易起来。他们赞同用红磷或白磷代替蜡烛,也理解为何要等到装置冷却再来观察液面高低的原因。而所有这些问题都是在教师进行演示实验 3 的过程中不断产生的。在教师的引导下,学生成了实验的者,教师则是在学生们的“指导”下完成了一个漂亮的演示实验。 经历了这样的学习过程,教师不用再担心实验的那些细节学生是否能记牢,也不用担心装置的改变会让学生手足无措。在等待装置冷却至室温的过程中,教师又不失时机地开始了空气组成发现史的介绍。 师: 今天,我们从观察蜡烛燃烧的实验现象到发现测定空气中氧气含量的实验方法总共用了20分钟不到的时间。其实,在300多年前的1674年,英国的科学家梅猷就发现了蜡烛燃烧的这个现象,但当时人们还不知道空气中有氧气,所以,梅猷无法像同学们一样正确地分析这种现象。 对于空气的组成,由200多年后法国的化学家拉瓦锡测定而出的。在他之前,瑞典的舍勒和英国的普里斯特利已先后发现并制得了氧气,但他们受当时燃素学说的影响,并没有发现空气中就存在氧气。拉瓦锡分析了前人的实验,摆脱了传统观点的束缚,应用定量研究的方法,终于成功地发现了空气的组成。下面,让我们一起来看看拉瓦锡的这个著名实验。(多媒体演示) 在化学实验方法和探究方法的熏陶中,学生们更深刻地感受到拉瓦锡不受传统观点束缚、大胆质疑而且严谨细致的科学精神。 4 2从对实验装置的改进中体验严谨的科学态度 为了更有效地提升学生的实验设计能力和分析能力,使学生养成严谨的科学态度,教师以装置的优化为主线进一步深入教学。 演示实验结束后,教师继续引导学生分析钟罩装置的不足之处。学生不难发现钟罩的不规则外形使得其体积难以均分为五等份,可用粗细均匀的玻璃通管(如图2)代替钟罩。 为丰富学生的实验体验,进一步体验定量实验的科学严谨,教师同时展示了图3、图4所示的实验装置,并让学生从两套装置的对比中,分析图4装置的优点。 当学生们认为装置的改进已经完美时,教师又引入注射器装置(见图5)。教师播放了这套装置的实验过程,在直观生动的实验展示过程中,学生们理解了装置的原理。之后,教师让他们对以上装置进行分析比较。 在教师的启发引导下,学生们发现之前出现的那些装置,甚至包括拉瓦锡的实验装置,都忽略了装置内外液面高低不同带来的压差问题,这势必会影响实验结果的精确性。而图5中的注射器装置则能避免这个问题。教师对同学们的这种分析和发现给予了及时鼓励,赞扬了他们这种敢于质疑权威的勇气。 为使学生能获得更深刻的体验,最好能让学生亲自动手参与实验,而借助注射器改进后的装置(见图6)则使操作变得更 5 加便捷:将少量白磷(绿豆粒般大小)放入50毫升的玻璃注射器内,抽入20毫升空气后用橡皮帽封住注射器的管口。(因白磷有毒,为了保障学生的安全,这些操作最好由教师提前完成。为防止白磷自燃,可将注射器放入冷水中浸泡)。实验时,学生从冷水槽中取出注射器,观察室温下的空气体积。之后,再将注射器放置于盛有热水的水槽中完全浸泡,白磷自燃。待白磷熄灭后,将注射器从水中取出,自然冷却至室温,再读出气体的体积。实践证明,该操作简便易行、误差小、安全无污染,适合于学生实验。 通过对“空气中氧气含量测定”的教学研究,教师改变了过去只满足于让学生“了解”实验过程、“相信”实验原理的省时省力的教学方式,而是通过创设情境,使学生以研究者身份从实验中不断发现问题、分析问题。虽然在这个过程中,学生们会产生许多不成熟、不完善甚至不科学的猜想和推理,但只有经历了这些主动“猜想”、“发现”和“质疑”的过程,学生才能成功体验从原有的知识经验中主动生长构建出新的知识经验的过程,感受科学探究的真谛。 参考文献: [1]夏正江. 论有效教学的及特征[J]. 基础教育,2008(9). 6 本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 7