發(fā)掘“氧氣的性質(zhì)”有關(guān)實(shí)驗(yàn)的教育功能

石 劍

（福州市晉安區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校，福建 福州 350011）

一、運(yùn)用對比實(shí)驗(yàn)，挖掘“氧氣的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)”的安全教育功能

氧氣是生產(chǎn)生活中常用的氣體，但高濃度氧氣可能帶來的危險(xiǎn)常常被忽視。因此，在“氧氣的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)”中，教師可以通過對比帶火星的木條復(fù)燃、點(diǎn)燃的木條燃燒得更旺，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到純氧可能帶來的危險(xiǎn)，挖掘出實(shí)驗(yàn)的安全教育功能。

對比實(shí)驗(yàn)如下：①將帶火星的木條稍伸入盛滿氧氣的集氣瓶中，觀察到木條復(fù)燃時(shí)，迅速取出燃著的木條；②將這根燃著的木條再次伸入該集氣瓶中，觀察到木條燃燒得更旺。

學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，教師追問：檢驗(yàn)氧氣用帶火星的木條好，還是用燃著的木條好？從實(shí)驗(yàn)得到啟示，生產(chǎn)生活中若氧氣泄漏出來，可能引發(fā)什么危險(xiǎn)？從安全的角度看，在有高濃度氧氣的環(huán)境中要注意什么？

通過對比實(shí)驗(yàn)與教師追問，學(xué)生在學(xué)會(huì)檢驗(yàn)氧氣的同時(shí)，體驗(yàn)了實(shí)驗(yàn)方案的評價(jià)與優(yōu)選，學(xué)習(xí)了關(guān)于氧氣的安全知識(shí)，初步樹立起正確使用物質(zhì)的安全意識(shí)。

二、開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，挖掘“探究氧氣密度比空氣大的實(shí)驗(yàn)”的認(rèn)識(shí)發(fā)展功能

目前，初中化學(xué)教材僅通過對比標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣與空氣的密度數(shù)據(jù)，說明氧氣的密度比空氣略大。由于學(xué)生對氧氣密度比空氣大缺乏感性認(rèn)識(shí)，很難理解“為什么盛滿氧氣的集氣瓶要瓶口向上放置”“為什么氧氣可以用向上排空氣法收集”等問題。因此，教師有必要設(shè)計(jì)“探究氧氣密度比空氣大的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)由感性向理性發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生理解氣體的貯存、收集方法與氣體密度的關(guān)系。

學(xué)生觀察并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：倒立的集氣瓶中木條不復(fù)燃，正立的集氣瓶中木條復(fù)燃。實(shí)驗(yàn)引發(fā)學(xué)生思考，經(jīng)過分析與推理，學(xué)生認(rèn)識(shí)到：倒立的集氣瓶中木條不復(fù)燃，說明氧氣逸散了；正立的集氣瓶中木條復(fù)燃，說明氧氣仍在集氣瓶中。兩者對比，證明氧氣容易向下逸散，即氧氣比較“重”，易下沉。由此，學(xué)生得出氧氣的密度比空氣大的結(jié)論，理解了“為什么盛滿氧氣的集氣瓶要瓶口向上放置”。此實(shí)驗(yàn)也有助于學(xué)生理解“為什么氧氣可用向上排空氣法收集”。

這個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)促進(jìn)了學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展。學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了氧氣的密度知識(shí)，認(rèn)識(shí)了密度比空氣大的氣體在空氣中會(huì)“下沉”，體驗(yàn)了運(yùn)用對比實(shí)驗(yàn)比較氣體密度的簡單實(shí)驗(yàn)方法，還理解了瓶口向上貯存氧氣、向上排空氣法收集氧氣的實(shí)驗(yàn)原理。學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)證據(jù)進(jìn)行分析推理的思維能力得到培養(yǎng)。學(xué)生可以把類似的實(shí)驗(yàn)方法遷移運(yùn)用于研究其他氣體，創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力也得以培養(yǎng)。

三、追問實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，挖掘“木炭燃燒實(shí)驗(yàn)”的觀念建構(gòu)功能

“木炭燃燒實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)功能通常被認(rèn)為是通過該實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生觀察、記錄實(shí)驗(yàn)的能力，促進(jìn)學(xué)生掌握木炭在氧氣中和空氣中燃燒的化學(xué)反應(yīng)。僅僅認(rèn)識(shí)該實(shí)驗(yàn)的這些功能，未免太狹隘了。教師還可以通過追問實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)化學(xué)基本觀念。

1.追問“異常”現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生變化觀

實(shí)驗(yàn)前，教師讓學(xué)生猜想：將木炭放入盛滿氧氣的集氣瓶中，會(huì)觀察到什么現(xiàn)象？學(xué)生猜想：可能會(huì)觀察到劇烈燃燒的現(xiàn)象。于是，教師夾取木炭伸入氧氣中，并沒有出現(xiàn)預(yù)期的現(xiàn)象。教師追問：木炭怎么沒有燃燒？學(xué)生這才領(lǐng)悟到：沒有給木炭提供點(diǎn)燃條件，反應(yīng)不會(huì)發(fā)生。

教師通過追問，使學(xué)生明白了“化學(xué)變化的發(fā)生往往需要一定的條件”，培養(yǎng)了學(xué)生的變化觀，也便于學(xué)生理解“用文字表達(dá)式或化學(xué)方程式表示化學(xué)反應(yīng)時(shí)，漏寫反應(yīng)條件為什么是錯(cuò)誤的？”

2.追問現(xiàn)象差異的宏觀原因，培養(yǎng)學(xué)生變化觀、分類觀

教師問：木炭在空氣或氧氣中燃燒都是與氧氣反應(yīng)，為何燃燒現(xiàn)象不同？

學(xué)生答：因?yàn)檠鯕獾募兌炔煌諝庵醒鯕獾捏w積分?jǐn)?shù)僅為21%。

教師追問：由此可見，化學(xué)反應(yīng)的劇烈程度與什么因素有關(guān)？

學(xué)生答：反應(yīng)物純度的高低對化學(xué)反應(yīng)有影響，相同條件下，反應(yīng)物越純，反應(yīng)越劇烈。

教師再追問：若要通過實(shí)驗(yàn)研究某物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，應(yīng)該用純凈物還是用混合物？請說明理由。

學(xué)生答：最好用純凈物做實(shí)驗(yàn)。因?yàn)槿绻没旌衔镒鰧?shí)驗(yàn)，可能會(huì)產(chǎn)生不同的現(xiàn)象甚至產(chǎn)生干擾現(xiàn)象，使實(shí)驗(yàn)缺乏說服力。有時(shí)兩者都用，通過對比更能說明問題。若混合物中其他成分對實(shí)驗(yàn)不影響，才可以用混合物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

教師追問實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象差異的宏觀原因，促進(jìn)了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的深度分析。學(xué)生的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了由表及里、由感性向理性發(fā)展的過程，對“反應(yīng)物純度對化學(xué)反應(yīng)快慢的影響”“為什么要用純凈物開展對物質(zhì)的研究”等問題的認(rèn)識(shí)更加深刻，培養(yǎng)了學(xué)生變化觀與分類觀。

3.追問現(xiàn)象差異的微觀原因，培養(yǎng)學(xué)生微粒觀

科粵版九年級(jí)化學(xué)教材中氧氣的性質(zhì)學(xué)習(xí)安排在分子、原子等微觀知識(shí)學(xué)習(xí)之后，這為學(xué)生從微觀視角解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象差異創(chuàng)造了有利條件。

教師展示木炭在空氣、氧氣中的微觀模型圖（見圖1），追問：從微觀的角度怎么解釋碳在氧氣中燃燒比在空氣中燃燒更劇烈？學(xué)生讀圖后回答：因?yàn)樵谘鯕庵刑荚咏佑|氧分子的機(jī)會(huì)比在空氣中大，所以碳在氧氣中反應(yīng)更劇烈。

圖1 木炭在空氣、氧氣中的微觀模型圖

教師結(jié)合微觀模型圖的追問，促使學(xué)生建立宏微結(jié)合的認(rèn)識(shí)思路，理解了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象差異的微觀原因，培養(yǎng)了學(xué)生微粒觀。

四、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)步驟，挖掘“鐵絲燃燒實(shí)驗(yàn)”的啟迪思維功能

為了挖掘“鐵絲燃燒實(shí)驗(yàn)”的啟迪思維功能，教師可以對該實(shí)驗(yàn)步驟作如下改進(jìn)。

步驟1：將細(xì)鐵絲繞成螺旋狀，在酒精燈上加熱至紅熱；

步驟2：將紅熱的鐵絲伸入充滿氧氣的集氣瓶中，鐵絲不燃燒；

步驟3：在鐵絲上系半根火柴，點(diǎn)燃鐵絲上的火柴，待火柴快燃盡時(shí)，將鐵絲迅速伸入盛滿氧氣的集氣瓶中（瓶底裝有少量水）。

學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后質(zhì)疑：為什么要在集氣瓶底裝少量的水？經(jīng)過思考，問題迎刃而解：觀察仔細(xì)的學(xué)生認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)中觀察到紅熱的熔化物滴落下來，在瓶底裝水的目的是防止集氣瓶底受熱不均而炸裂。

步驟4：將鐵絲與瓶底的黑色固體分別加入兩支試管，加入等量鹽酸，做對比實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生觀察到：鐵絲與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，而黑色固體在鹽酸中無明顯現(xiàn)象。

經(jīng)過思考，學(xué)生認(rèn)識(shí)到：鐵絲燃燒所得的黑色固體與鐵絲的性質(zhì)是不同的，證明鐵絲燃燒生成了新物質(zhì)。教師這才告訴學(xué)生：經(jīng)檢驗(yàn)，黑色固體是四氧化三鐵。

通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)步驟，“鐵絲燃燒實(shí)驗(yàn)”的啟迪思維功能得以發(fā)揮。教師不是把成功的實(shí)驗(yàn)直接展示給學(xué)生，也不是把遇到的問題答案直接告訴學(xué)生，而是利用實(shí)驗(yàn)啟迪學(xué)生思維，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供證據(jù)，促使學(xué)生通過思考、分析，找出解決問題的方法，領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)中蘊(yùn)含的道理，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣。

［1］教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011版)［S］.北京：北京師范大學(xué)出版社,2012.

［2］何彩霞.賦予學(xué)習(xí)內(nèi)容更豐富的內(nèi)涵與價(jià)值［J］.教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn),2016(2).