“氧氣的獲得”教學(xué)方法研究

　　摘要：分析研究了教材中“氧氣的獲得”相關(guān)內(nèi)容，尋找到教材編排體系中知識(shí)點(diǎn)間的相關(guān)性，設(shè)計(jì)出一種新的分散引導(dǎo)式教學(xué)方法，將“氧氣的獲得”的諸多教學(xué)難點(diǎn)，在相關(guān)知識(shí)教學(xué)中進(jìn)行有序分散，達(dá)到了降低教學(xué)難度的目的，提升了教學(xué)效率和教學(xué)效果，使學(xué)生受到科學(xué)方法的訓(xùn)練，初步形成科學(xué)探究的意識(shí)和能力。
　　關(guān)鍵詞：教學(xué)難點(diǎn)；氧氣的獲得；教學(xué)方法；編寫意圖
　　文章編號(hào)：1005–6629(2012)7–0025–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　1 引言
　　滬教版化學(xué)教科書九年級(jí)上冊(cè)第二章第二節(jié)的教學(xué)內(nèi)容為“性質(zhì)活潑的氧氣”[1]。該內(nèi)容的教學(xué)安排為2課時(shí)，第1課時(shí)是“認(rèn)識(shí)氧氣的性質(zhì)和氧氣的用途”，第2課時(shí)為“氧氣的獲得”[2]。第2課時(shí)中氧氣的工業(yè)制法屬于了解范疇，而實(shí)驗(yàn)室制法則是重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容[2，3]。
　　初三學(xué)生初學(xué)化學(xué)，知識(shí)儲(chǔ)備不夠，探究意識(shí)和實(shí)踐能力又很薄弱；而“氧氣的獲得”是初中化學(xué)的重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，呈現(xiàn)的信息多、知識(shí)密集且難點(diǎn)集中。教師在1課時(shí)內(nèi)完成該教學(xué)內(nèi)容會(huì)比較倉促，課容量大、教學(xué)效果差。為此，必須尋找科學(xué)的教學(xué)方法。
　　2 理解教材編寫意圖，有序分散教學(xué)難點(diǎn)
　　2.1 教學(xué)難點(diǎn)
　　首先，教師要清楚教學(xué)內(nèi)容的難點(diǎn)所在，才能尋找到有針對(duì)性的解決辦法。梳理教材并結(jié)合學(xué)生的起點(diǎn)能力進(jìn)行分析，“氧氣的獲得”的教學(xué)內(nèi)容存在以下教學(xué)難點(diǎn)：
　　（1）外界溫度在物質(zhì)低沸點(diǎn)上下時(shí)該物質(zhì)的存在狀態(tài)及轉(zhuǎn)化。
　?。?）兩套氣體發(fā)生裝置（加熱固體制氣體、固液反應(yīng)不需加熱制氣體）的設(shè)計(jì)、選擇與掌握。
　?。?）加熱高錳酸鉀制氧氣時(shí)在試管口放一團(tuán)疏松棉花的作用；不放棉花的后果預(yù)見。
　　（4）排水法收集氣體的選擇依據(jù)、操作要點(diǎn)及收集滿的判斷依據(jù)。
　?。?）用排水法收集完高錳酸鉀受熱分解的氧氣后，必須先把導(dǎo)管從水中取出，再熄滅酒精燈的原因；操作順序反了會(huì)造成的后果預(yù)見與分析。
　　2.2 教學(xué)難點(diǎn)與已授知識(shí)的相關(guān)性
　　針對(duì)以上難點(diǎn)，仔細(xì)分析并研究教材后發(fā)現(xiàn)：其中的前4個(gè)難點(diǎn)所涵蓋的知識(shí)在前面的教材中都有所涉及。
　?。?）分離液態(tài)空氣制氧氣的原理與前一課時(shí)“認(rèn)識(shí)氧氣的性質(zhì)”中氧氣的三態(tài)變化知識(shí)存在聯(lián)系。
　　（2）兩套氣體發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)、選擇、注意點(diǎn)以及棉花的作用與教材第一章第三節(jié)的“活動(dòng)與探究”——“加熱銅綠”和“銅綠中加稀鹽酸”存在相關(guān)性。
　?。?）排水法收集氣體的選擇依據(jù)、操作要點(diǎn)及用分液漏斗來控制液體的流量與流速與教材第二章第一節(jié)“捕捉空氣”的“活動(dòng)與探究”的知識(shí)相通。
　　2.3 教學(xué)難點(diǎn)的有序分散
　　仔細(xì)揣摩教材編排體系中知識(shí)點(diǎn)間的相關(guān)性，作者理解教材的編寫意圖是：逐步積累知識(shí)、有序分散難點(diǎn)。教師要把教材的編寫意圖融入到具體教學(xué)中，使知識(shí)難度降低，易于學(xué)生接受。
　?。?）在前一課時(shí)“認(rèn)識(shí)氧氣的性質(zhì)”中介紹氧氣的三態(tài)變化時(shí)，播放視頻：液態(tài)氮、液態(tài)氧在常溫下劇烈沸騰，嗞嗞有聲；鮮花在液氧中變得很脆；金魚在液氮中頃刻凍僵、硬如冰塊，放入水中即慢慢蘇醒[2]。讓學(xué)生感受神奇的低溫世界，了解到1.01×105 pa時(shí)，兩個(gè)非常低的溫度：-183 ℃和-196 ℃分別是氧氣和氮?dú)獾姆悬c(diǎn)；且由于沸點(diǎn)很低，常溫下氧氣和氮?dú)舛家詺鈶B(tài)呈現(xiàn)。
　　有了以上的感知和認(rèn)知，結(jié)合已掌握的空氣中主要含氮?dú)夂脱鯕獾闹R(shí)，在本課時(shí)“氧氣的獲得”教學(xué)時(shí)，教師提問怎樣大量制得氧氣時(shí)，學(xué)生容易想到分離空氣中的氮?dú)夂脱鯕猓M(jìn)而教師板書出氮?dú)夂脱鯕獾姆悬c(diǎn)，學(xué)生設(shè)計(jì)出方案：把空氣的溫度降到-183 ℃或更低，但不要達(dá)到-196 ℃，這樣氮?dú)膺€是氣體，而空氣中的氧氣液化形成液氧。（這雖與實(shí)際操作有所不同，但學(xué)生的思維得到訓(xùn)練，會(huì)根據(jù)所掌握的知識(shí)去分析問題、解決問題。此點(diǎn)難能可貴，應(yīng)給予肯定。）
　　隨后教師簡(jiǎn)介工業(yè)上的實(shí)際做法，并播放視頻：液態(tài)空b0d6eccd28d23b3773395e2352b080aa氣的蒸騰實(shí)驗(yàn)[2]，通過觀看和思索其中提出的問題，學(xué)生進(jìn)一步理解分離液態(tài)空氣制氧氣的原理。
　　簡(jiǎn)潔有效地完成此內(nèi)容的教學(xué)，把寶貴的上課時(shí)間留給氧氣的實(shí)驗(yàn)室制法這一重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容。
　?。?）教師在教材第一章第三節(jié)進(jìn)行“加熱銅綠”和“銅綠中加稀鹽酸”的活動(dòng)探究時(shí)，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生觀察：①固體和液體試劑的取用方法及取用量、試管中加固液的順序、加熱固體的注意點(diǎn)等基本操作；②加熱過程中銅綠粉末從試管底部“跳著跳著往前走”的現(xiàn)象；③少量銅綠粉末中加入稀鹽酸后冒氣泡的劇烈程度。加熱銅綠時(shí)，提醒學(xué)生注意到用試管夾夾持試管限制了人的自由活動(dòng)，從而引出鐵架臺(tái)的啟用（如圖1所示），并對(duì)帶鐵夾的鐵架臺(tái)的作用、結(jié)構(gòu)及夾持方法作詳細(xì)介紹。
　　隨后及時(shí)安排學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：加熱銅綠(按圖1進(jìn)行)、銅綠中加稀鹽酸。學(xué)生通過親自實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步把握基本操作及注意事項(xiàng)；通過近距離的觀察，真切地感受到加熱銅綠產(chǎn)生的氣流對(duì)固體粉末的吹動(dòng)，看到試管口出現(xiàn)的冷凝水及銅綠粉末中加入稀鹽酸后冒氣泡的劇烈程度，從而加深印象，增加感性認(rèn)識(shí)。
　　在本課時(shí)進(jìn)行高錳酸鉀受熱分解制氧氣教學(xué)時(shí)，根據(jù)教師出示的高錳酸鉀藥品和被喚醒的加熱銅綠的回憶，學(xué)生很快就能設(shè)計(jì)出發(fā)生裝置的初胚。
　　進(jìn)而教師啟發(fā)學(xué)生制得的氧氣不可任其擴(kuò)散，必須行走在指定的通道中，結(jié)合學(xué)生在前面“捕捉”空氣的活動(dòng)時(shí)掌握的知識(shí)，引出在試管口加塞-具塞導(dǎo)管。
　?。?）由于對(duì)第一章第三節(jié)加熱過程中銅綠從試管底部“跳著跳著往前走”的現(xiàn)象有深刻的認(rèn)識(shí)，學(xué)生很容易就理解必須在試管口放一團(tuán)疏松棉花。并能準(zhǔn)確預(yù)見：若沒有棉花的“過濾”作用，粉末將濺入導(dǎo)管。在試管中裝入高錳酸鉀并放好棉花后固定到鐵架臺(tái)上（如圖2所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后可取出棉花讓學(xué)生觀察棉花兩邊的情況以加深認(rèn)識(shí)。)
　?。?）教師在教材第二章第一節(jié)進(jìn)行“捕捉”空氣（如圖3所示）的探究教學(xué)時(shí)，一定要讓學(xué)生親自動(dòng)手。
　　①通過操作儀器的連接、裝置的組配，再一次為氧氣的制取中儀器的連接和發(fā)生裝置和收集裝置之間的連接打好實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　?、谟^察調(diào)節(jié)分液漏斗的活塞時(shí)，相應(yīng)的滴液情況和氣泡逸出情況，為催化分解雙氧水的發(fā)生裝置中分液漏斗的使用埋下伏筆。
　?、壅莆杖绾卧诩瘹馄恐醒b滿水、如何把裝滿水的集氣瓶倒置在水槽中、如何從水槽中取出“捕捉”到的空氣。觀察清楚分液漏斗中滴下的水進(jìn)入廣口瓶后把空氣從廣口瓶上方導(dǎo)管排出、順著導(dǎo)管排出的空氣進(jìn)入裝滿水的倒置集氣瓶后又把水從集氣瓶下方排出；從中體會(huì)到由于空氣和水的密度的顯著差異，不易溶于水的空氣可通過把水排出的方法收集，并會(huì)通過集氣瓶中的水面下降位置和氣泡冒出的位置判斷空氣收集到什么程度。
　　針對(duì)第③點(diǎn)的把握，在本課時(shí)討論氧氣的收集方法時(shí)，只要啟發(fā)學(xué)生對(duì)氧氣不易溶于水的物理性質(zhì)的回憶，就可確定氧氣的排水收集法。
　?。?）在圖2裝置后連接上排水法收集裝置（見圖3所示），預(yù)熱試管后加熱高錳酸鉀，待氣泡從導(dǎo)管口連續(xù)而均勻冒出時(shí)用排水法收集，等待的過程中可讓學(xué)生上來觀察試管內(nèi)高錳酸鉀和棉花的變化情況。
　　當(dāng)集氣瓶?jī)?nèi)的水面下降至瓶口且有氣泡從集氣瓶口往外冒時(shí)，證明氧氣已收集滿，在水面下蓋好玻璃片后取出集氣瓶正放在桌面上。此時(shí)詢問學(xué)生：“若停止實(shí)驗(yàn)，是先熄滅酒精燈，還是先把導(dǎo)管從水中取出？”學(xué)生受生活經(jīng)驗(yàn)影響，不假思索地都說先熄滅酒精燈。此時(shí)，教師不要急于糾正，就照此操作，但注意不可讓水進(jìn)入倒試管中。結(jié)果同學(xué)們清晰地看見水槽中的水沿著導(dǎo)管快速倒吸，在就要進(jìn)入試管前，教師趕緊用酒精燈加熱試管，導(dǎo)管中的水掉頭往外走了，有驚無險(xiǎn)。然后進(jìn)行先把導(dǎo)管從水中取出，再熄滅酒精燈的操作，結(jié)果不再出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)安全結(jié)束。其實(shí)，這時(shí)學(xué)生已意識(shí)到若按他們所說的順序操作，勢(shì)必會(huì)造成冷水被倒吸到熱的試管底部，引起試管破裂的不好后果。進(jìn)而適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生分析水槽中的冷水被倒吸的原因：先熄滅酒精燈，導(dǎo)致了試管內(nèi)溫度降低，壓強(qiáng)減小。
　?。?）本課時(shí)實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的第一套裝置告一段落，接下去進(jìn)行第二套制取裝置的探究學(xué)習(xí)。
　　首先在小燒杯中倒入6 %的雙氧水，在教室傳看雙氧水在常溫下緩慢冒出的小氣泡附著在容器壁上的現(xiàn)象。接著在其中加入少量二氧化錳粉末，冒氣泡明顯加快并迅速?zèng)_出液面，接觸燒杯壁感受到明顯發(fā)熱，引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到應(yīng)在雙氧水中加入二氧化錳以提高反應(yīng)速度。由于有銅綠中加稀鹽酸的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，教師適當(dāng)引導(dǎo)后，學(xué)生很快就設(shè)計(jì)出了類似的最簡(jiǎn)易裝置（如圖4所示）。
　　此時(shí)提醒學(xué)生回憶銅綠粉末和稀鹽酸反應(yīng)冒氣泡的劇烈程度（教材第一章第三節(jié)內(nèi)容）并結(jié)合剛才的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，體會(huì)到由于二氧化錳粉末和雙氧水溶液的接觸面積太大，若用這樣的裝置會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)太快來不及收集、放熱太劇烈也極不安全，應(yīng)想辦法控制反應(yīng)的速率，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想“捕捉”空氣的實(shí)驗(yàn)中分液漏斗的使用。學(xué)生受到啟發(fā)，想到用分液漏斗來控制液體的流量與流速，從而控制反應(yīng)的速率；考慮到容器的平穩(wěn)放置和利于散熱，可把試管改為錐形瓶；并結(jié)合對(duì)氧氣排水法收集的掌握，最終改裝成圖5所示裝置。實(shí)際操作并收集一瓶氧氣。
　　把帶火星的小木條分別伸入兩瓶收集好的氣體中，小木條復(fù)燃！制得的是氧氣！學(xué)生很興奮，很滿足。課也到了尾聲，請(qǐng)學(xué)生回家預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，下節(jié)課進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行氧氣的制法和性質(zhì)的分組實(shí)驗(yàn)，趁熱打鐵，鞏固效果。
　　3 效果
　　理解了教材的編寫意圖，充分利用教材，設(shè)計(jì)了分散引導(dǎo)式教學(xué)方法，在“氧氣的獲得”的教學(xué)前就做好相關(guān)知識(shí)的鋪墊和引導(dǎo)，使得文中歸納的5個(gè)教學(xué)難點(diǎn)中的前4個(gè)得以有序分散，從而降低知識(shí)密度和難度，提升了學(xué)生的起點(diǎn)水平。結(jié)合學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)開展教學(xué)活動(dòng)，就顯得從容不迫，有條不紊，師生有足夠的互動(dòng)時(shí)間，學(xué)生較輕松地掌握知識(shí)，課堂效率高。
　　（1）學(xué)生當(dāng)堂掌握工業(yè)制氧氣的原理，在解決相關(guān)題目時(shí)得心應(yīng)手。
　?。?）學(xué)生自己設(shè)計(jì)出兩套氣體發(fā)生裝置，掌握操作注意點(diǎn)；歸納得出：氣體發(fā)生裝置的選擇是由反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件所決定。
　　同時(shí)，所形成的制備氣體的設(shè)計(jì)思路，又能很好地遷移到以后的學(xué)習(xí)中。例如，下一節(jié)學(xué)習(xí)“二氧化碳的制取”時(shí)，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生設(shè)計(jì)出一系列的發(fā)生裝置——最簡(jiǎn)單的固液反應(yīng)裝置（圖6）、加液方便的裝置（圖7）、可控制反應(yīng)發(fā)生和停止的各種簡(jiǎn)易裝置（結(jié)合壓強(qiáng)差原理）（圖8），并由圖8中裝置快速地掌握啟普發(fā)生器的使用要求和原理（圖9）。又如，第五章第二節(jié)“鐵的冶煉合金”中一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)裝置（圖10），學(xué)生也能很快改裝成功。
　?。?）學(xué)生對(duì)于加熱高錳酸鉀制氧氣時(shí)，在試管口放一團(tuán)疏松棉花的作用不靠機(jī)械記憶，而是真正理解，具體實(shí)驗(yàn)時(shí)根本不會(huì)忘記放棉花。
　　（4）學(xué)生能準(zhǔn)確把握排水法收集氣體的具體操作和最佳時(shí)刻，清晰地知道氧氣收集到什么程度，準(zhǔn)確判斷是否已收集滿；牢固掌握氣體能用排水法收集的原因：待收集的氣體不易溶于水也不和水反應(yīng)。并理解了氣體和水的密度差異是水能把不易溶于水的氣體往上擠走或不易溶于水的氣體能把水往下擠走的原因，而不是能用排水法的原因。
　　并且從原理上理解了密度的差異是選擇氣體或液體導(dǎo)入或?qū)С龅囊罁?jù)，對(duì)于“一瓶多用”（如圖11所示）的題型能很好解決，如排水集氣法、向上或向下排空氣集氣法、用水把難溶性氣體擠出、測(cè)難溶性氣體的體積時(shí)導(dǎo)管的連接順序。
　　（5）先熄滅酒精燈的錯(cuò)誤操作及又加熱時(shí)水往外流的現(xiàn)象給學(xué)生留下深刻的印象，學(xué)生從原理上真正領(lǐng)悟先把導(dǎo)管從水中取出、后熄滅酒精燈的必要性，以后進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)收集完氣體后，就隨手熄滅酒精燈的錯(cuò)誤操作。同時(shí)為以后教材中多次出現(xiàn)的有關(guān)壓強(qiáng)差知識(shí)的運(yùn)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　由于堅(jiān)持將難點(diǎn)分散的教學(xué)，學(xué)生受到了科學(xué)方
　　法和過程的訓(xùn)練，掌握知識(shí)的同時(shí)初步形成了科學(xué)探究的意識(shí)和能力，體驗(yàn)到探究的樂趣，潛移默化地形成良好的科學(xué)素養(yǎng)。
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