基于化學(xué)史教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究和創(chuàng)新意識—以“氧氣的性質(zhì)”為例

王建菲，王繼庫

(吉林師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130012)

化學(xué)史的內(nèi)容闡明了化學(xué)學(xué)科的發(fā)展以及演變的規(guī)律，其中蘊(yùn)含著科學(xué)的探究方法以及思維方式[1]，不僅僅有助于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的基本原理和方法，從而幫助學(xué)生形成化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)，并且能幫助學(xué)生形成未來發(fā)展需要的正確的價值觀念、必備的品格和關(guān)鍵的能力?！把鯕獾男再|(zhì)”一課，通過化學(xué)史來重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生感受到化學(xué)知識是一個不斷發(fā)展、不斷進(jìn)步的一個過程[2]。

基于以上理念，本文根據(jù)人教版化學(xué)九年級上冊“氧氣”中的教學(xué)內(nèi)容，充分發(fā)掘“氧氣”發(fā)現(xiàn)和演變的化學(xué)史，通過歷史發(fā)展脈絡(luò)以及其中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)來搭建教學(xué)框架，幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)基本概念，同時在重演化學(xué)史軌跡中，構(gòu)建“氧氣的化學(xué)性質(zhì)”的概念，回顧科學(xué)家實(shí)驗(yàn)的同時，追問學(xué)生科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究方法是什么？通過對學(xué)習(xí)方法的重組與遷移，在實(shí)驗(yàn)探究中理解“氧氣的化學(xué)性質(zhì)”，領(lǐng)悟化學(xué)的內(nèi)涵，從而來培養(yǎng)學(xué)生

科學(xué)探究和創(chuàng)新意識。

1 情境創(chuàng)設(shè)、引發(fā)疑惑

播放《惡棍天使》其中鄧超在馬卡魯峰追債的視頻，馬卡魯峰是很著名的山峰，是世界第五高峰，海拔8463 m，距離珠穆朗瑪峰只有24 km。然而現(xiàn)在你準(zhǔn)備去攀登，請問你都要準(zhǔn)備哪些必須的物品呢？是不是得有防寒保暖的衣物、保持身體能量的食物、還有氧氣瓶，原因在高原地帶氧氣是很稀薄的，所以在高原有人會有喘不過氣的感覺，更何況是在海拔八千多米的地方，正常的情況下一個健康的成年人在不吃飯的情況下，可以維持生命6～7天，但是如果人處于沒有氧氣的情況下，只能維持6～7 min。由此可見氧氣對于我們來說有多么的重要。那么氧氣是如何被發(fā)現(xiàn)的？又是有著怎樣的性質(zhì)？

2 再現(xiàn)史實(shí)、知識構(gòu)建

氧氣發(fā)現(xiàn)的歷史脈絡(luò)見圖1。

圖1 氧氣發(fā)現(xiàn)的歷史脈絡(luò)

2.1 歷史實(shí)驗(yàn)1：普利斯特里的探索

1774年英國化學(xué)家普利斯特里用一個凸透鏡聚光對汞的化合物加熱，并利用排水法收集到了產(chǎn)生的氣體，蠟燭在它里面能劇烈燃燒發(fā)出耀眼的光芒，將老鼠放在“脫燃素氣”中可以生活自如；他又親自吸之，感覺到身心一直十分輕快適暢[3]。

其實(shí)他所發(fā)現(xiàn)的就是重要的化學(xué)元素氧。遺憾的是，由于他是個虔誠的“燃素說”信徒，因此，他不僅沒有對自己重要的發(fā)現(xiàn)給出正確的解釋，還錯誤地推斷這種氣體是“脫燃素空氣”。

問題1：普利斯特里用什么方法研究氧氣？

歸納答案：觀察法、實(shí)驗(yàn)探究法。

2.2 歷史實(shí)驗(yàn)2：拉瓦錫再探索

1774年，普里斯特里向拉瓦錫介紹自己的實(shí)驗(yàn)：加熱汞的化合物時，能夠得到脫燃素氣體，而這種氣體可以使得燭光更加明亮，并且還能輔助呼吸。拉瓦錫也設(shè)計了一個實(shí)驗(yàn)，在一個玻璃罩內(nèi)證明了燃燒并非是物質(zhì)釋放出燃素，而是由于與空氣中的氧氣化合的結(jié)果。由于多種事實(shí)無法自圓其說，拉瓦錫開始不相信“燃素說”，他認(rèn)為這種氣體是一種元素，通過金屬煅燒實(shí)驗(yàn)，闡明了燃燒作用的氧化學(xué)說，徹底地推翻了統(tǒng)治化學(xué)界長達(dá)百年之久“燃素說”[3]。

問題1：拉瓦錫用什么方法研究氧氣？

歸納答案：觀察法、實(shí)驗(yàn)探究法。

問題2：根據(jù)史料總結(jié)一下氧氣有哪些性質(zhì)？

歸納答案：無色、無味的氣體、支持呼吸。

問題3：展示充滿氧氣的集氣瓶，并且將其和空的集氣瓶置于天平兩端，結(jié)合教材、史料、直接觀察展示實(shí)驗(yàn)總結(jié)氧氣的性質(zhì)。

歸納答案：氣體、無色、無味、密度比空氣稍大、不易溶于水。

講解氧氣的三態(tài)變化。

2.3 啟發(fā)實(shí)驗(yàn)

氧氣的基本性質(zhì)：(1)支持燃燒；(2)支持呼吸。

通過這兩條基本的性質(zhì)想一想，一瓶無色的氣體如何證明它是氧氣？

首先第二條性質(zhì)就不能直觀的實(shí)現(xiàn)了，不能因?yàn)閷?shí)驗(yàn)就去破壞一個小動物的正常生理機(jī)能；那么就得基于第一條性質(zhì)來展開思想風(fēng)暴了，設(shè)計實(shí)驗(yàn)既要考慮實(shí)驗(yàn)的直觀性，也要考慮實(shí)驗(yàn)可操作性。

實(shí)驗(yàn)室里面有已制好盛有氧氣集氣瓶和火柴，就用這兩樣?xùn)|西來驗(yàn)證火柴在空氣中和在氧氣中燃燒到底有什么不同。學(xué)生實(shí)驗(yàn)：探究氧氣性質(zhì)，見表1。

表1 探究氧氣性質(zhì)實(shí)驗(yàn)步驟跟現(xiàn)象

問題5：為什么空氣中快燃盡火柴逐漸熄滅，而放到氧氣中會重新燃燒？

引導(dǎo)學(xué)生討論，并且得出結(jié)論：氧氣的濃度不同。

總結(jié)歸納：氧氣支持燃燒，一定條件下，氧氣含量越多，燃燒越劇烈。

檢驗(yàn)氧氣的方法：帶火星的木條復(fù)燃。

演示實(shí)驗(yàn)2：探究單質(zhì)硫的燃燒現(xiàn)象，見表2。

表2 探究單質(zhì)硫的燃燒實(shí)驗(yàn)步驟跟現(xiàn)象

生成氣體為二氧化硫(SO2)。

演示實(shí)驗(yàn)3：探究鐵在氧氣中的燃燒現(xiàn)象。

準(zhǔn)備材料：細(xì)鐵絲、砂紙、火柴、盛有氧氣的集氣瓶、細(xì)沙。

①將細(xì)鐵絲進(jìn)行打磨，火柴綁于其一端，待火柴快燃盡時，將其伸入集氣瓶中，觀察現(xiàn)象。

②將細(xì)鐵絲進(jìn)行打磨，火柴綁于其一端，待火柴快燃盡時，觀察細(xì)鐵絲現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

細(xì)鐵絲在空氣中不燃燒，在氧氣中劇烈燃燒，火星四濺，并生成黑色的固體。

問題6：實(shí)驗(yàn)前為什么在集氣瓶的瓶底鋪上一層細(xì)沙，為什么待到火柴燃盡才將鐵絲伸入集氣瓶中？

討論結(jié)果：細(xì)沙是預(yù)防集氣瓶過熱炸裂。

將火柴燃盡，為了防止火柴燃燒消耗氧氣。

生成的黑色固體是四氧化三鐵(化學(xué)式Fe3O4)

通過上述的問題的追問以及在回顧探究活動中去引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)的進(jìn)行觀察，用當(dāng)時科學(xué)家的觀點(diǎn)來挑戰(zhàn)學(xué)生的思維，促進(jìn)學(xué)生之間的交流和質(zhì)疑，學(xué)生利用已有的知識進(jìn)行推理，結(jié)合理論依據(jù)來形成自己的見解，通過實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)疑的驗(yàn)證，從而使學(xué)生明白科學(xué)的發(fā)展并不完全是偶然的發(fā)現(xiàn)，是在一定知識的基礎(chǔ)下進(jìn)行不斷的探究和更正然后才產(chǎn)生的，偶然之中存在著必然的結(jié)果。從而培養(yǎng)學(xué)生用辯證思維去分析問題和解決問題的能力[4]。通過學(xué)生親自實(shí)驗(yàn)以及教師的演示實(shí)驗(yàn)來培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)學(xué)科的興趣、實(shí)驗(yàn)的觀察能力以及實(shí)驗(yàn)過程中提出問題的能力，通過這些問題來讓學(xué)生自行進(jìn)行知識的構(gòu)建，促進(jìn)化學(xué)知識的學(xué)習(xí)，從而形成為化學(xué)事業(yè)奮斗終身的理想。

3 知行合一、學(xué)以致用

練習(xí)：

1、能使帶火星的小木條復(fù)燃的氣體是()

A．氧氣 B.氮?dú)?C.二氧化碳 D.空氣

2、有A、B、C三種物質(zhì)，A是一種無色無味、密度比空氣略大的氣體，B在A中燃燒的現(xiàn)象：火焰是明亮的藍(lán)紫色，同時生成一種無色且有刺激性氣味的氣體；C在A中燃燒的現(xiàn)象：火星四濺，同時生成一種黑色的固體。請試著判斷A、B、C各是什么物質(zhì)？

A是_符號_，B是_符號_，C是_符號_

通過練習(xí)來鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)到的知識，促進(jìn)學(xué)生對于知識的理解，將知識內(nèi)化到自行構(gòu)建的知識體系中去。

本節(jié)課是通過歷史實(shí)例來展現(xiàn)人類探索的艱辛，構(gòu)建化學(xué)知識的前因后果，通過問題，引出氧氣的作用以及發(fā)展歷程，通過史實(shí)引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生通過史實(shí)來提出質(zhì)疑，由“史”為引，由“史”引思，通過實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行分析問題、解決問題的訓(xùn)練，學(xué)生利用科學(xué)家的探索思路進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和創(chuàng)新意識。