貫徹新頒課程標(biāo)準(zhǔn) 實施初中“基礎(chǔ)實驗”——一節(jié)“基礎(chǔ)實驗”公開觀摩課的紀(jì)實與思考

沈偉紅

（江蘇省蘇州市振華中學(xué)校 江蘇 蘇州 215006）

教育部頒布的 《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) （2011年版）》，首次在“課程內(nèi)容”一級主題“科學(xué)探究”部分，將“完成基礎(chǔ)的學(xué)生實驗”明確列為二級主題。為此，蘇州市教育科學(xué)研究院于2012年10月9日在蘇州市高新區(qū)滸墅關(guān)中學(xué)舉辦了一次貫徹執(zhí)行課程標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)定的“基礎(chǔ)實驗”公開觀摩課教研活動。這節(jié)課是以上海教育出版社新修訂出版的九年義務(wù)教育化學(xué)（上冊）第2 章的“基礎(chǔ)實驗2 二氧化碳的制取與性質(zhì)”為題［1］，執(zhí)教者就是這次教研活動承辦校的一位青年教師。

一、教學(xué)目標(biāo)與流程

本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)為：（1）掌握實驗室制取二氧化碳所需的儀器及組裝、試劑和反應(yīng)原理；（2）學(xué)會收集二氧化碳氣體及其檢驗和性質(zhì)的驗證操作；（3） 通過對比、觀察等手段， 學(xué)習(xí)科學(xué)探究的基本方法， 在實驗探究過程中，體驗合作、發(fā)現(xiàn)的樂趣，樹立嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。

本節(jié)“基礎(chǔ)實驗”課的大致流程如下圖所示：

學(xué)生活動線

二、課堂實錄和點評

1．課題引出

上課前學(xué)生手里的學(xué)案已經(jīng)填好了其中的“課前預(yù)習(xí)”要求的表格：從裝置、反應(yīng)原理、反應(yīng)條件、檢驗方法和收集方法等幾個方面，比較實驗室制取氧氣和二氧化碳的異同點。

上課初始階段，教師簡單點評了學(xué)生預(yù)習(xí)的情況后小結(jié)：將帶火星的木條伸入“瓶中”或伸在“瓶口”與檢驗或驗滿氧氣的區(qū)別；將生成二氧化碳氣體的導(dǎo)氣管伸入澄清的石灰水或燃著木條伸在“瓶口”與檢驗或驗滿二氧化碳的區(qū)別。緊接著教師就學(xué)案上的“問題與思考”提問2 個問題：

一是如何將制氧氣和二氧化碳氣體的發(fā)生裝置進行分類？ 有的學(xué)生根據(jù)用不同形狀的漏斗分，有的學(xué)生從反應(yīng)物的狀態(tài)分， 有的學(xué)生按是否用酒精燈加熱分……

［點評］學(xué)生多樣化的回答，表明這是一種開放性的問題，有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性的思維；另外這個問題有利于促進學(xué)生建立分類的學(xué)科思想。

二是選取氣體收集方法的依據(jù)是什么？

有一位學(xué)生回答得很干脆：根據(jù)氣體的密度和水溶性。教師于是引出了本課探究的重點內(nèi)容：盡管二氧化碳能溶于水，那么二氧化碳氣體到底能不能用排水法收集？ “今天我們就通過實驗來說明這個問題”，開課教師如是說。

［點評］這個問題不僅引出了下面的學(xué)生實驗，起到不同教學(xué)環(huán)節(jié)之間的自然過渡，而且提出了對“二氧化碳能溶于水，一般不用排水法收集”說法［2］的質(zhì)疑，為實驗的探究性埋下了伏筆。

2．分段實驗

每個實驗操作臺的2 名學(xué)生為1 個小組，每個小組有一套氣體發(fā)生裝置，并都備好了2 個集氣瓶（分別貼上1 號、2 號標(biāo)簽） 和二氧化碳性質(zhì)檢驗用的若干儀器、試劑等用品。教師將課堂學(xué)生實驗分為三個階段、七個步驟。每一個階段都是由教師先講解操作要領(lǐng)及注意事項，然后學(xué)生再動手操作、記錄實驗現(xiàn)象。

［點評］因為此時學(xué)生剛學(xué)完滬教版教材上冊的第二章，還屬于學(xué)習(xí)化學(xué)的初始階段，基本實驗操作技能尚不熟練，所以教師先交代操作步驟和要領(lǐng)對于減少學(xué)生操作盲目性很有必要。

第一階段：儀器檢驗、組裝和試劑準(zhǔn)備過程

（1）教師講解氣體發(fā)生裝置的準(zhǔn)備工作：檢查連接有分液漏斗的錐形瓶的發(fā)生裝置的氣密性：向錐形瓶口旋緊雙孔橡皮膠塞， 將連接玻璃導(dǎo)管的乳膠管夾緊，向長頸漏斗注入水，若水柱穩(wěn)定不下降，即說明該發(fā)生裝置氣密性良好。

學(xué)生完成以下實驗步驟：①連接儀器；②檢查裝置的氣密性。

（2）教師再講解氣體收集的準(zhǔn)備工作：要求學(xué)生添加塊狀石灰石（每小組10 粒）和用量筒量取稀鹽酸基本操作的注意事項。教師特別關(guān)照：“請同學(xué)們用量筒量取25mL 鹽酸備用； 用排水法收集二氧化碳氣體的每一小組都要將集氣瓶盛滿水倒置水槽內(nèi)備用”。

［點評］實驗試劑的用量教材上雖然沒有規(guī)定，但是本節(jié)課的教師將定性實驗設(shè)計成粗略定量試劑即“半定量化”的要求，這樣的教學(xué)創(chuàng)意對培養(yǎng)學(xué)生使用試劑定量化的習(xí)慣有良好的導(dǎo)向作用。另外教師還把“量筒內(nèi)盛放鹽酸待用……，要先將盛滿水的集氣瓶倒置水槽內(nèi)備用……”交代得如此詳細，不僅為以下實驗過程的順利進行而且為深入探究提出問題作好了充分的物質(zhì)準(zhǔn)備和思維準(zhǔn)備。

各小組陸續(xù)完成操作步驟③添加反應(yīng)物的準(zhǔn)備工作，等待教師發(fā)令。

這時教師宣布將全班學(xué)生按常規(guī)實驗室的自然豎排八列座位分成四個大組： 每相鄰兩列為一個大組，每間隔的兩個大組用排水集氣法，另間隔的兩個大組用向上排空氣法。

每一小組學(xué)生先取出秒表，待教師一聲令下，同學(xué)們將量筒里鹽酸倒入長頸漏斗里的一剎那即按下秒表，記錄排水法或向上排空氣法集“滿”第一瓶（1 號瓶）氣體的時間，緊接著再集滿第二瓶（2 號瓶）二氧化碳氣體，再連續(xù)進行二氧化碳的性質(zhì)驗證實驗。

［點評］實驗時間的記錄教材上也沒有規(guī)定，這也是本節(jié)課的將定性實驗設(shè)計成“定量”實驗的又一個要點，這給予學(xué)生“實驗操作或反應(yīng)過程要注意時間因素”的心理暗示。

（3）教師最后講解二氧化碳性質(zhì)驗證實驗的準(zhǔn)備工作：教師關(guān)照用排水法收集二氧化碳氣體的學(xué)生待集滿兩瓶二氧化碳氣體后，要把彎玻璃導(dǎo)管換成直玻璃導(dǎo)管做二氧化碳的性質(zhì)驗證實驗。教師要求學(xué)生先在一支試管中添加2～3mL 澄清石灰水； 再向另一支試管中倒入2～3mL 蒸餾水再滴加3 滴石蕊溶液并振蕩，通過二氧化碳后還要再加熱該試管內(nèi)的溶液，并記錄實驗現(xiàn)象。

［點評］小組任務(wù)分配以及合作不是隨意“放羊式”地進行，而是在教師指導(dǎo)下的有序進行，這對于提高課堂效率是必要的。這與實驗開始的第一階段教師讓學(xué)生“組裝儀器、備好試劑，等待教師發(fā)令”的“多任務(wù)同時展開，統(tǒng)籌分配時間”以提高操作效率是一致的。

第二階段：氣體發(fā)生、收集和性質(zhì)驗證過程

教師要求各小組先將導(dǎo)管伸進集氣瓶內(nèi)，接著一聲令下，各小組連續(xù)完成④收集氣體；⑤二氧化碳氣體通入澄清的石灰水； ⑥二氧化碳氣體通入紫色石蕊試液，片刻后再加熱該溶液至沸騰。盡管實驗步驟多，但學(xué)生們井然有序，邊做實驗邊記錄數(shù)據(jù)和現(xiàn)象。

上述三步實驗結(jié)束后，教師要學(xué)生代表報出收集滿第一瓶（即1 號瓶）二氧化碳所需時間，教師填寫黑板上事先擬好的表格。

排水法和向上排空氣法收集“1 號瓶”氣體所需時間對照

［點評］對各小組采集到的兩種集氣方法中所耗時間若去掉一個最高值和一個最小值：則排水法平均耗時為42．8″，排空氣法平均耗時為1′12″，這又是以定量探究的方法處理實驗數(shù)據(jù)的一個典型案例。可能教師考慮到學(xué)生的基礎(chǔ)，實際課堂上沒有對數(shù)據(jù)采取進行平均值處理的方法。

第三階段：熄滅“階梯蠟燭”火焰探究過程

教師接下來說“今天大家集體過生日，由二氧化碳來幫助熄滅燃著的蠟燭”。教師提示：第一大組排水法的同學(xué)都用收集到的1 號瓶氣體分別傾入“燃著的2 支階梯蠟燭”燒杯內(nèi)，留下2 號瓶待用；第二大組排水法的同學(xué)都用收集到的2 號瓶的二氧化碳做“蠟燭熄滅”實驗，留下1 號瓶待用。

各小組陸續(xù)進行步驟⑦滅蠟燭實驗：將指定的一瓶二氧化碳氣體慢慢倒入放有2 支燃著的階梯蠟燭的燒杯里。凡是第一大組排水法（共四個小組）用1 號瓶里的氣體進行“熄滅蠟燭”的都沒有成功；第二大組排水法（共四個小組）的用2 號瓶里的氣體進行“熄滅蠟燭”的有2 個小組成功（成功率50%）。

［點評］可惜教師沒提問個別排水法小組用2 號瓶氣體仍沒熄滅“階梯蠟燭”的原因。筆者就近觀察到一位學(xué)生手斜持集氣瓶，將瓶口很緩慢地向下傾斜，蓋瓶口的玻璃片稍移開一些僅漏出縫隙；燒杯內(nèi)兩支階梯狀直立蠟燭火焰的熱量又相對集中，很可能加熱了緩緩傾出的二氧化碳氣體，其不但沒有沉降，反而上升與冷空氣形成對流，所以蠟燭火焰在此過程中始終沒有熄滅。

3．交流討論

（1）教師讓學(xué)生匯報各個實驗步驟的現(xiàn)象：③有大量氣泡石灰石表面逸出；④排水集氣法的集氣瓶口逸出氣泡， 排空氣法的在集氣法瓶口的燃著的木條火焰熄滅；⑤澄清石灰水變渾濁；⑥滴有紫色石蕊試液的蒸餾水溶液中片刻后即變紅，再加熱該試管內(nèi)紅色液體達到沸騰后時間又變回了紫色。

［點評］筆者還發(fā)現(xiàn)有一些學(xué)生手持試管的中下部進行滴管實驗，往往將現(xiàn)象遮擋住了。但是教師在巡回過程和實驗結(jié)束后的討論過程中均沒有及時糾正。

師生討論：兩種方法造成時差大小及其原因：操作者用排水法只須看到在水槽中液面下倒置的集氣瓶內(nèi)水面下降，從瓶口有氣泡冒出即可；而排空氣法需多次用燃著的木條湊近瓶口“驗滿”，且多次試探之間的時間間隔是未知的。

［點評］顯然，排水法所需時間比排空氣法要短，操作更為簡便。

（2）學(xué)生匯報“燭火熄滅”實驗的結(jié)果：所有排水法1號瓶內(nèi)收集到的氣體都不能使“燭火熄滅”，而2 號瓶氣體可使“燭火熄滅”的有2 個小組。

教師問：排水法收集的1 號瓶和2 號瓶氣體使燃著蠟燭熄滅的成功率有無差別？ 造成這一差別的原因可能是什么？

教師讓學(xué)生觀察發(fā)生裝置容器的容積和集氣瓶的容積，結(jié)果都是250mL。

師生討論得出結(jié)論：排水法1 號瓶內(nèi)的氣體是剛有氣泡就收集的含有大量的空氣，所以無法將燃著的“階梯蠟燭”火焰熄滅。因此排水法收集氣體必須等導(dǎo)管口連續(xù)逸出均勻、大量氣泡，片刻后才能將導(dǎo)管伸入倒置在水槽液面下的集氣瓶口內(nèi)。

［點評］至此，教師的精心設(shè)計的這一步探究實驗就是為了驗證：在水中剛產(chǎn)生氣泡，而被收集得到的并不是純凈的二氧化碳氣體。

4．教師演示

師生對上述問題討論結(jié)束后，教師分別隨機選取第一大組排水法和排空氣法的各一個2 號瓶，將其同時倒扣在盛放滴有酚酞試液的稀氫氧化鈉溶液的水槽內(nèi)，現(xiàn)象是：在相同時間，排水法集氣瓶里的液面幾乎上升到接近瓶底，而向上排空氣法集氣瓶里的液面僅上升集氣瓶高度的大約一半。

師生共同討論得出結(jié)論： 相同體積的兩個集氣瓶內(nèi)，排水法收集到的二氧化碳量大于向上排空氣法。

教師請學(xué)生打開課本第43 頁［2］，閱讀倒數(shù)第二行一句：“二氧化碳能溶于水，一般不用排水集氣法收集”，然后問：“同學(xué)們經(jīng)過剛才的實驗，你們覺得可以用排水法收集二氧化碳嗎？”學(xué)生們齊聲回答“可以”。教師明確要求學(xué)生將課本上“倒數(shù)第二行”的那句原話“劃掉”。

［點評］筆者贊賞這位開課教師的實事求是的勇氣，而這恰恰應(yīng)驗了實驗室黑板上方的那句橫幅“一切推理都必須從觀察與實驗得來”。

三、課后總結(jié)與思考

1．對本節(jié)課的評價

雖然該校地處城市的較為偏遠的區(qū)域，但開課教師能根據(jù)學(xué)情大膽創(chuàng)新， 有效組織和實施了科學(xué)探究，實驗教學(xué)組織的操控性把握較好，通過對比兩種氣體收集方法的可行性探究，激活了學(xué)生的思維，讓聽課者感受到了二氧化碳的“奇妙”。對“基礎(chǔ)學(xué)生實驗”課型的實施起到了很好的示范作用。

教師精心設(shè)計了多層次活動， 如將實驗步驟分解為準(zhǔn)備階段、氣體制備和收集和性質(zhì)驗證等階段；在學(xué)生實驗中，教師又安排設(shè)計了演示實驗，實驗教學(xué)形式多樣化。

不足之處，教師沒有注意及時矯正學(xué)生操作中出現(xiàn)的偏差，對學(xué)生基本實驗操作技能的訓(xùn)練強調(diào)不夠。

2．反思與結(jié)論

（1）“基礎(chǔ)實驗”與“學(xué)生實驗”的差異

筆者對比了以往教學(xué)大綱規(guī)定的 “學(xué)生分組實驗”與課程標(biāo)準(zhǔn)新制定的“基礎(chǔ)實驗”后，以為兩者存在以下幾點差異：

①前者一般是“放羊式”，后者是需要教師精心預(yù)設(shè)和機智巧解“生成”性問題；

②前者注重實驗操作的“照方抓藥”式模仿，后者是在教師精心設(shè)計和規(guī)劃操作任務(wù)的統(tǒng)籌安排與把握開展討論的時機；

③前者對物質(zhì)性質(zhì)實驗偏重定性結(jié)果的驗證，后者可以是教師精心設(shè)計半定量或定量化（如控制濃度或觀察速率等）的真實問題或?qū)嶒?，引領(lǐng)學(xué)生體驗和經(jīng)歷探究發(fā)現(xiàn)之旅。

（2）兩種收集二氧化碳方法的比較結(jié)論

筆者以為： 收集相同體積的二氧化碳氣體，“排水法”比“向上排空氣法”速度快，且前者收集到的二氧化碳氣體濃度較后者大。無論從二氧化碳與水的反應(yīng)限度和溶解程度，或是二氧化碳氣泡與水接觸的程度和與水反應(yīng)（碳酸分解）的速率來看，排水法收集二氧化碳不但可能也是可行的（這是從化學(xué)教師或高中生角度闡述）。

當(dāng)然，在反應(yīng)剛開始時，若采用排水法收集二氧化碳氣體，須注意待冒出大量、均勻的氣泡再收集之，以排開反應(yīng)裝置和導(dǎo)管內(nèi)的空氣；但用向上排空氣法收集二氧化碳氣體時，必須進行“驗滿”操作。

［1］王祖浩主編．義務(wù)教育教科書： 化學(xué) （九年級上冊）［M］．上海：上海教育出版社，2012：57

［2］王祖浩主編．義務(wù)教育教科書： 化學(xué) （九年級上冊）［M］．上海：上海教育出版社，2012：43