多層次開放實(shí)驗(yàn)體系的教學(xué)實(shí)踐
——以“氧氣的制取與性質(zhì)”為例

夏 蘭

（深圳市福永中學(xué)，廣東 深圳）

一、教材分析

該實(shí)驗(yàn)是《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（修訂稿）》明確規(guī)定的學(xué)生必做的八個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一，其價(jià)值在于：制取物質(zhì)是化學(xué)學(xué)科魅力的核心體現(xiàn)。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生確立氣體制備的一般思路，感知原理選擇的原則，原理、裝置的制約關(guān)系。筆者選擇了上教版、魯教版、人教版三個(gè)版本的教材進(jìn)行梳理和分析，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)在章節(jié)安排、方案選擇、藥品、步驟等方面不盡相同，體現(xiàn)一綱多本的特征。

表1 不同版本教材對(duì)“氧氣的制取和性質(zhì)”的處理

二、學(xué)情分析

調(diào)查表明，學(xué)生正式學(xué)習(xí)化學(xué)前已形成大量的化學(xué)前概念，這些前概念中有些與科學(xué)概念一致，有些表現(xiàn)出與科學(xué)概念較大的差異。如初二學(xué)生已經(jīng)知道空氣中含有氧氣、燃燒和氧氣有關(guān)，但也有部分學(xué)生認(rèn)為氧氣可以燃燒、金屬不會(huì)燃燒。

能力儲(chǔ)備：學(xué)生會(huì)進(jìn)行藥品取用、加熱、儀器的連接、裝置氣密性的檢查、氣體的收集以及氧氣性質(zhì)實(shí)驗(yàn)等簡(jiǎn)單操作；會(huì)進(jìn)行生物、物理等學(xué)科的簡(jiǎn)單科學(xué)探究；初步具有概括能力。

心理特征：初中生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)有強(qiáng)烈好奇心，但由于同伴合作和多感官協(xié)調(diào)，實(shí)驗(yàn)課堂易出現(xiàn)雜亂無(wú)序的狀態(tài)。且在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生過(guò)多關(guān)注實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象，對(duì)現(xiàn)象背后的知識(shí)和規(guī)律較少歸納思考。

鑒于以上的分析，確定本課的教學(xué)目標(biāo)如下。

三、教學(xué)目標(biāo)

基礎(chǔ)目標(biāo)：觀看實(shí)驗(yàn)演示，學(xué)習(xí)固體加熱裝置的使用，樹立科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃枷搿?/p>

提高目標(biāo)：通過(guò)給定儀器，安裝氯酸鉀制氧實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、觀察現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的歸納、遷移、構(gòu)建，獲得實(shí)驗(yàn)操作能力、觀察能力、語(yǔ)言表達(dá)能力和綜合分析能力。體驗(yàn)物質(zhì)變化的學(xué)科思想。

發(fā)展目標(biāo)：通過(guò)進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行探究活動(dòng)，讓學(xué)生逐步學(xué)會(huì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究物質(zhì)及其變化規(guī)律的科學(xué)方法。獲得自主、合作、探究的學(xué)習(xí)態(tài)度。

四、設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)分層次的開放實(shí)驗(yàn)體系。為適應(yīng)現(xiàn)代教育發(fā)展的需要，開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)必將是化學(xué)教育的發(fā)展趨勢(shì)。但開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須以熟練掌握學(xué)科基本實(shí)驗(yàn)技能為前提，每一門實(shí)驗(yàn)課程都必須在熟悉相關(guān)的儀器設(shè)備和掌握一定的基本實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)行開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因此，根據(jù)初中化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，筆者在實(shí)踐中將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行層次劃分，先強(qiáng)化基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，再逐步引入開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，即在不同的層次進(jìn)行不同方式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，總結(jié)出分層次開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

表2 分層次開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

五、教學(xué)資源開發(fā)

（一）器材開發(fā)

儀器說(shuō)明：制取實(shí)驗(yàn)，改直試管為彎曲試管，氯酸鉀加熱制取氧氣；性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，取消收集過(guò)程，直接使用尖嘴導(dǎo)管將氧氣通到反應(yīng)物質(zhì)上。

制取實(shí)驗(yàn)：由于接下來(lái)的二氧化碳學(xué)生實(shí)驗(yàn)會(huì)用到固液不加熱裝置，本實(shí)驗(yàn)宜訓(xùn)練固體加熱裝置的實(shí)驗(yàn)方法。高錳酸鉀制取氧氣具有一定局限性，要求在管口塞棉花，制得的氧氣可能出現(xiàn)紅色，試管清洗很困難，氧氣的利用率低；速度也比較慢，一旦制取氧氣不足，沒有時(shí)間在課堂上重做一次實(shí)驗(yàn)?？梢钥紤]用氯酸鉀和二氧化錳的混合物來(lái)制取氧氣，速度快，節(jié)約學(xué)生制取氣體時(shí)間，也順便練習(xí)了催化劑的使用方法及相關(guān)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)操作：將A處放置氯酸鉀，B處放置二氧化錳，用酒精燈分別加熱，無(wú)現(xiàn)象；傾斜鐵架臺(tái)，將B處藥劑倒在A上，在二者結(jié)合處加熱，待反應(yīng)開始進(jìn)行，再在氯酸鉀集中處加熱。

表3 選擇氯酸鉀加熱法制氧的原因

性質(zhì)實(shí)驗(yàn)：鑒于集氣瓶操作不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致氧氣外逸實(shí)驗(yàn)失敗，直接取消收集過(guò)程。且通過(guò)導(dǎo)管導(dǎo)氣直接應(yīng)用，符合生活現(xiàn)象（氣焊、醫(yī)院吸氧），學(xué)生更易接受。以前的實(shí)驗(yàn)，木炭放入集氣瓶中位置不當(dāng)會(huì)造成產(chǎn)生的二氧化碳排擠氧氣的副作用，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象稍現(xiàn)即逝的惋惜。而新儀器中導(dǎo)氣管處氧氣濃度很高，碳、鐵燃燒現(xiàn)象非常明顯。實(shí)驗(yàn)操作：（1）將炭在酒精燈上加熱，用鑷子伸入裝了瓶石灰水的集氣瓶?jī)?nèi)放入燃燒匙中；（2）在炭上方通氧氣，觀察現(xiàn)象（澄清石灰水變渾濁現(xiàn)象非常明顯）。（3）將集氣瓶中的澄清改為的清水，改用硫、鐵重復(fù)實(shí)驗(yàn)（硫燃燒完全沒有刺激性氣味）。

表4 用集氣瓶和導(dǎo)管進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的比較

（二）文本開發(fā)

1.學(xué)生工作單：教師設(shè)計(jì)的學(xué)生活動(dòng)。創(chuàng)設(shè)情境或提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生完成整節(jié)課的學(xué)習(xí)。特別注意的是，這不同于一般的導(dǎo)學(xué)案，工作單上還提供詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟，將教師教授實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生參照指導(dǎo)、自行操作實(shí)驗(yàn)。

2.安全指導(dǎo)：氧氣制取使用的都是強(qiáng)氧化劑，易引發(fā)爆炸，需要進(jìn)行安全指導(dǎo)。將安全要求變?yōu)槊看螌?shí)驗(yàn)的常規(guī)要求，既幫助學(xué)生樹立安全意識(shí)，又可以降低學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)發(fā)生危險(xiǎn)的恐懼心理。

3.參考答案單：教師設(shè)計(jì)的活動(dòng)對(duì)應(yīng)的各種方案。當(dāng)教師無(wú)法提供太多教育支持時(shí)，學(xué)生能夠自行完成任務(wù)，也可以用來(lái)檢查對(duì)照他們自己的工作，或是幫他們回顧其他學(xué)生的工作。

六、教學(xué)實(shí)施

新課程標(biāo)準(zhǔn)提倡從學(xué)生和社會(huì)發(fā)展的需要出發(fā)，將科學(xué)探究作為課程改革的突破口，激發(fā)學(xué)生的自主性和創(chuàng)新意識(shí)，從而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。因此，這節(jié)課筆者是這樣安排的。

表5 教學(xué)過(guò)程

教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 預(yù)設(shè)答案 設(shè)計(jì)意圖觀看視頻，同時(shí)關(guān)注學(xué)生工作單上的實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)和安全。播放高錳酸鉀加熱視頻。體會(huì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性；發(fā)展能力：觀察、提取信息。（二）半開放實(shí)驗(yàn)請(qǐng)兩人一組設(shè)計(jì)并搭建實(shí)驗(yàn)裝置；每?jī)山M合作，評(píng)價(jià)對(duì)方裝置的合理或者不合理的地方。參考高錳酸鉀裝置圖和實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)（學(xué)生工作單上提供），搭建裝置；評(píng)價(jià)。同伴合作，從一般到特殊；發(fā)展能力：比較、知識(shí)遷移、批判思維。對(duì)比高錳酸鉀裝置圖：需要處理為相同的：（1）試管口要略向下傾斜，防止水倒流后炸裂試管。（2）試管夾應(yīng)夾持試管中上部。（3）導(dǎo)管伸入試管內(nèi)要短。不同之處：高錳酸鉀需要棉花。修正裝置，按“查、裝、定、點(diǎn)、通”步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)表格記錄現(xiàn)象。補(bǔ)充小燒杯（裝水，根據(jù)氣泡判斷產(chǎn)氣量）、木條（檢驗(yàn)氧氣）；教師進(jìn)入小組指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。查：檢查氣密性（用手捂或加熱）；裝：在彎管兩端分別放入氯酸鉀和二氧化錳；定：固定裝置；點(diǎn)：氯酸鉀、二氧化錳分別加熱，再混合加熱（此時(shí)尖嘴導(dǎo)管在燒杯中）；通：出現(xiàn)連續(xù)氣泡，檢驗(yàn)氧氣，將氧氣通到加熱的木炭、硫和鐵絲上（后兩個(gè)在集氣瓶中進(jìn)行）。知識(shí)再現(xiàn)（催化作用）、知識(shí)重構(gòu)（金屬燃燒）發(fā)展能力：實(shí)驗(yàn)操作。使用嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)語(yǔ)言表述；發(fā)展能力：歸納。提問(wèn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 展示表格 碳在氧氣中燃燒，發(fā)出紅色火焰（發(fā)出白色火焰、發(fā)白光）。（三）開放實(shí)驗(yàn)6人一組，請(qǐng)自選或自擬課題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；如果實(shí)驗(yàn)沒有成功的同學(xué)，可以猜測(cè)失敗原因選擇課題課題1：二氧化錳的催化作用。課題2：氧氣濃度對(duì)物質(zhì)燃燒劇烈程度的影響。課題3：氧氣濃度對(duì)燃燒溫度的影響。或其他課題。提高學(xué)習(xí)自由度，自主學(xué)習(xí)；理解概念的內(nèi)涵和外延；發(fā)展能力：分析。教師進(jìn)入小組指導(dǎo)學(xué)生在工作單上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；經(jīng)老師同意后開始實(shí)驗(yàn)。課題1：彎管一端氯酸鉀，一端二氧化錳，分別加熱，再混合加熱（彎管一端氯酸鉀和二氧化錳混合物，一端氯酸鉀，混合物反應(yīng)完后再混合氯酸鉀）（彎管一端氯酸鉀和二氧化錳混合物，一端二氧化錳，混合物反應(yīng)完后再混合二氧化錳）。課題2、3略。同伴合作、使用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；發(fā)展能力：設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作。布置作業(yè)：請(qǐng)將你的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象拍攝下來(lái)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，制作一份完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。使用照相機(jī)或手機(jī)拍照。延續(xù)性學(xué)習(xí)；發(fā)展能力：交流、電子設(shè)備使用。討論：金屬在氧氣中燃燒在生活中有什么應(yīng)用？ 金屬切割、焊接等。 體驗(yàn)科學(xué)價(jià)值；發(fā)展能力：知識(shí)遷移。

七、教學(xué)效果的評(píng)價(jià)

1.發(fā)展性

分層次開放實(shí)驗(yàn)?zāi)壳皟H在大專院校實(shí)踐，且只是將眾多的實(shí)驗(yàn)分組，這實(shí)際上還是將科學(xué)、精神人為割裂。在基礎(chǔ)教育中開展開放實(shí)驗(yàn)，在一個(gè)實(shí)驗(yàn)專題中嘗試不同層次的實(shí)踐，才是真正著眼于學(xué)生的“發(fā)展”。

2.可操作

一個(gè)完整的設(shè)計(jì)，包含三個(gè)層次的開放和在知識(shí)、能力、思維、學(xué)生體驗(yàn)、學(xué)科思想五個(gè)維度進(jìn)行考查，可以為教學(xué)活動(dòng)提供科學(xué)的行動(dòng)綱領(lǐng)。

3.實(shí)用性

開發(fā)了新的實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)用性強(qiáng)，減少實(shí)驗(yàn)步驟，減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，有助于學(xué)生將一部分精力放在知識(shí)構(gòu)建和進(jìn)行探究上。

4.高效能

學(xué)生工作單、參考答案單的引入，提高探究活動(dòng)效率，且實(shí)現(xiàn)2人、4人、6人小組和全班合作的轉(zhuǎn)換，增加交流多樣性。