從過程與方法維度重構(gòu)實驗教學(xué)

王榮橋

摘 要 針對測定空氣中氧氣含量的實驗教學(xué)，剖析存在的問題，提出教學(xué)建議，拓展教學(xué)資源，強調(diào)讓學(xué)生親歷實驗過程，突出過程與方法目標(biāo)落實，提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 化學(xué)實驗 過程與方法 實驗方法 實驗裝置

“測定空氣中氧氣的含量”實驗是初中化學(xué)教材中的經(jīng)典實驗之一，人教版等多種版本普遍采用如圖1所示裝置進行實驗[1]。

教材安排此實驗的目的是讓學(xué)生親歷科學(xué)探究的過程，追尋科學(xué)家探究的蹤跡，像科學(xué)家那樣進行實驗探究，從而增強動手能力、分析能力和探究能力。而課堂調(diào)研發(fā)現(xiàn)，以講授為主、以知識傳授為主的實驗教學(xué)方式仍然占課堂教學(xué)的主導(dǎo)地位，多數(shù)教師認為實驗準(zhǔn)備麻煩、實驗過程繁瑣、實驗數(shù)據(jù)不準(zhǔn)而不愿做實驗，這與新課程理念背道而馳。課堂教學(xué)中暴露出過程與方法目標(biāo)落實不到位、重結(jié)論輕過程、穿新鞋走舊路等問題，一味追求課堂“高效”，忽視能力培養(yǎng)，淡化學(xué)習(xí)過程。

筆者專門對該實驗教學(xué)情況進行了調(diào)研，結(jié)果表明，多數(shù)教師的教學(xué)方式是以下三種情況中的一種：一是教師播放視頻，學(xué)生“眼視實驗”。教師貪圖省事，播放實驗視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀看，指導(dǎo)學(xué)生背實驗步驟、實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)論、誤差分析等內(nèi)容，以便應(yīng)對考試。二是教師演示實驗，學(xué)生觀察實驗。由于實驗儀器規(guī)格大小所限，坐在后幾排的學(xué)生根本看不到實驗現(xiàn)象，于是教師硬把結(jié)論強加于學(xué)生，讓學(xué)生死記硬背，以便應(yīng)對考試。三是教師拓展實驗，學(xué)生了解實驗。受“做實驗不如做實驗題”的應(yīng)試思想影響，部分教師過度拓展實驗形式，偏離教學(xué)重點。沒有把教學(xué)重點放在技能訓(xùn)練、方法建構(gòu)、能力培養(yǎng)上，而是放在拓展實驗形式上，展示多種多樣的實驗題形式，讓學(xué)生“見多識廣”、“似曾相識”，利用題海戰(zhàn)術(shù)，以便應(yīng)對考試。上述做法背離了新課程標(biāo)準(zhǔn)精神，淡化了過程與方法目標(biāo)的落實，學(xué)生缺乏參與、缺乏感悟、缺乏探究，不利于他們技能的形成和能力的培養(yǎng)。

一、問題引路，明晰方法

問題是學(xué)生最好的學(xué)習(xí)動力，是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要資源。學(xué)生通過小學(xué)科學(xué)的學(xué)習(xí)雖然知道了空氣中氧氣的含量，但卻不知道這個數(shù)據(jù)的具體由來，即不知道如何測定出空氣中氧氣的含量。教學(xué)時，多數(shù)教師直接告訴學(xué)生實驗方法，學(xué)生不經(jīng)思索、按部就班。筆者認為教師應(yīng)當(dāng)先把這個學(xué)生極為熟悉但從未深入思考的問題交給他們，讓他們明確要解決的問題，通過鋪設(shè)問題臺階，用問題引路，突破難點、明晰實驗方法。

1.選擇什么樣的方法測定氧氣的體積

測定空氣中氧氣的含量實驗中，測定氧氣的含量（體積）的方法是問題的關(guān)鍵所在。為引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)測定氧氣含量的方法，教師通過日常生活實例，充分利用學(xué)生已有的知識經(jīng)驗，創(chuàng)設(shè)情境、進行設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生完成知識的遷移，建構(gòu)解決問題的方法?！巴瑢W(xué)們，我們學(xué)過過濾這一基本操作，請大家回顧一下：如何將食鹽和泥沙分開？如何測定粗鹽中泥沙的質(zhì)量？如何測得一杯食鹽水中水的質(zhì)量？”學(xué)生通過思考、交流討論后，不難得出答案。此時教師再次追問：“如何測定混合物中一種成分的質(zhì)量？”學(xué)生在經(jīng)歷了前面問題的基礎(chǔ)上，稍加思索，便得出測定混合物中某一組分含量的兩種可行方法：一是直接方法：除去其他成分，只剩下要保留的成分，測定其含量；二是間接方法：將待測定物質(zhì)除去，然后通過量的變化，來測定該組分的含量?？諝馐茄鯕?、氮氣、二氧化碳等多種氣體成分組成的混合物，測定空氣中氧氣的含量，若采用直接方法比較繁瑣，因此應(yīng)選擇的最佳方法是間接方法，即除去氧氣。利用氧氣消耗掉后，容器內(nèi)壓強變小，水（或其他易觀察的試劑）進入容器，通過測定進入的水（或其他試劑）的體積的方法，確定空氣中氧氣的體積。

2.如何較為快速地除去氧氣

氧氣是一種化學(xué)性質(zhì)比較活潑的氣體，在加熱或點燃的條件下能夠跟多種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此學(xué)生普遍認為可以采用燃燒（或加熱）的方法，選擇某些物質(zhì)與氧氣進行反應(yīng)，從而把空氣中的氧氣反應(yīng)掉。

3.怎樣證明“被消耗的氧氣的體積就是進入集氣瓶中水的體積”

“測量空氣中氧氣體積”的實驗原理是：同溫同壓下密閉容器里的氣體減少的體積（即氧氣的體積）等于進入的水的體積。

多數(shù)學(xué)生對此半信半疑，甚至迷惑不解，為了揭開學(xué)生的疑問，可按照如圖2所示的裝置進行實驗加以驗證：輕輕拉動注射器活塞吸走集氣瓶內(nèi)一定體積的氣體，就會看到有相等體積的水流入集氣瓶[2]。由此解開學(xué)生心中的迷惑。

二、對比分析，確定原理

對于實驗原理的給出，許多教師往往是照本宣科，完全按照課本講授，這樣不利于學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，學(xué)生常常只知道是什么，不知道為什么。其實，課本知識的產(chǎn)生都有一定的知識背景，教師在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)時，要注意“因勢利導(dǎo)”，為學(xué)生鋪好路搭好橋，讓學(xué)生親歷知識的產(chǎn)生過程，體會學(xué)習(xí)知識的方法，這樣的學(xué)習(xí)學(xué)生才能記得牢、學(xué)得會、用得活。在明確了用點燃（或加熱）的方法除去氧氣這一思路后，對于實驗原理的選擇，筆者給出了如下信息，引導(dǎo)學(xué)生分析、選擇該實驗的實驗原理，得出選用的藥品需要滿足的條件，從而確定反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件。

通過交流討論、對比分析得知：木炭、硫在空氣中燃燒，消耗氧氣的同時又有氣體產(chǎn)生，導(dǎo)致實驗結(jié)果偏??；鎂條在空氣中燃燒不僅消耗氧氣，還消耗了氮氣，導(dǎo)致實驗結(jié)果偏大；鐵絲在空氣中不燃燒，磷在空氣中燃燒消耗了氧氣，產(chǎn)物是固體，不會影響實驗結(jié)果。由此得出選用的藥品需要滿足的條件是：選擇的藥品既要能消耗氧氣，又要不會跟空氣中的其他成分反應(yīng)，而且生成物為固體。因此，可選用紅磷（或白麟）作為除去氧氣的實驗藥品。

三、設(shè)計裝置，分組實驗

多數(shù)教師在實驗時往往機械地教教材，照搬照用教材上的裝置進行演示實驗。筆者認為在確定了實驗用品、反應(yīng)原理、實驗方法后，教師可以給學(xué)生充分思考的時間和空間，讓學(xué)生自主思考、自主發(fā)揮，利用所學(xué)實驗儀器，自行組裝實驗裝置并分組進行實驗，讓學(xué)生親歷實驗過程，體驗學(xué)習(xí)的快樂。通過實驗成果展示，師生共同評價實驗裝置、實驗過程、實驗數(shù)據(jù)，進而優(yōu)化實驗各要素，確定最佳實驗裝置、最佳實驗思路、實驗步驟，而不必局限于教材中給出的現(xiàn)成的裝置。部分小組實驗裝置如圖3所示。

四、反思誤差，加深理解

反思與評價是科學(xué)探究的重要環(huán)節(jié)之一，是學(xué)生對自己探究結(jié)果的可靠性有意識地進行分析和評價的過程。通過對探究活動進行反思，不僅能夠發(fā)現(xiàn)自己和他人的長處與不足，提出改進的具體建議，還能夠體驗到探究活動的樂趣和學(xué)習(xí)成功的喜悅。

實驗結(jié)束后，我們發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生測得的實驗值與理論值不一致。這是為什么？究竟是什么原因造成實驗結(jié)果偏高或偏低？教師不要把結(jié)論一味地告知學(xué)生，讓學(xué)生背結(jié)論，而要從實驗儀器、實驗裝置、實驗藥品、反應(yīng)時間、反應(yīng)后的溫度等影響實驗結(jié)果的因素引導(dǎo)學(xué)生進行分析，幫助學(xué)生獲得結(jié)論：實驗藥品用量不足、實驗裝置漏氣、實驗時間較短、實驗裝置沒有冷卻到室溫等因素都會導(dǎo)致實驗結(jié)果偏小。通過有序的指導(dǎo)，避免學(xué)生雜亂無章猜答案、碰答案，學(xué)生不僅知道了是什么，還弄清了為什么。

五、創(chuàng)新拓展，開發(fā)資源

為了開闊學(xué)生的知識面，拓寬學(xué)生的知識視野，我們在尊重教材和學(xué)情的基礎(chǔ)上，可以適度開發(fā)教材資源、豐富教學(xué)資源，實現(xiàn)教學(xué)資源共享，對比教材中的實驗，從實驗用品、實驗裝置、實驗效果等角度入手，對教材實驗進行拓展，加以改進和創(chuàng)新，如圖4所示。

測定空氣中氧氣含量的方法有多種、裝置有多樣，通常用集氣瓶型、鐘罩型、活塞型、注射器型等形成密閉體系。無論裝置如何變化，涉及的原理卻是相同的，即在密閉容器中的某些物質(zhì)（如紅磷、銅粉等）與氧氣反應(yīng)生成固體物質(zhì)，使容器內(nèi)氣壓降低，實驗現(xiàn)象為液面變化、液體倒吸、活塞移動等，從而測得空氣中氧氣的體積含量，進而計算出氧氣的體積分數(shù)。

參考文獻

[1] 王晶，鄭長龍.義務(wù)教育教科書（化學(xué)，九年級上冊）[M].北京：人民教育出版社，2013.

[2] 李德前.例談初中化學(xué)實驗創(chuàng)新的思維方法[J].化學(xué)教學(xué)，2013（3）.

[3] 叢祥滋.義務(wù)教育教科書教師教學(xué)用書（八年級全一冊）[M].濟南：山東教育出版社，2015.

[4] 張潔，宋守娟.測定空氣中氧氣的含量實驗的改進和反思[J].化學(xué)教學(xué)，2015（4）.

【責(zé)任編輯 郭振玲】