以史探理，讓學生觸摸文明的進程

包義才 許文

[摘 ? 要]“空氣成分的探究”教學應依據學生的生活體驗和在科學課中已經儲備的知識，通過實驗探究，分析得出空氣的成分。在這個過程中，要利用好拉瓦錫“空氣成分的探究”化學史，幫助學生厘清探究的原理，培養(yǎng)學生探究學習的能力，以史探理， 讓學生觸摸人類文明的進程。

[關鍵詞]化學史;拉瓦錫實驗;空氣的成分

[中圖分類號] ? ?G633.8 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2020）26-0076-03

我們現在學習的很多知識都是經過前人、科學家艱辛探究、歸納、推導出來的。人類獲取知識的過程是一個長期積累、循序漸進的過程。一個知識的獲得可能要經歷很多代人數年，甚至數百年，或更長的時間的努力。人類現今的科學成就都是站在前人的肩膀上建立起來的。因此，教師在教學中要培養(yǎng)學生為科學獻身的精神以及科學探索精神，引導學生體驗一些經典的實驗探究過程，以此來尋找學習的源頭。為此，教師要講好化學史里的故事，讓學生學好化學史里的經典實驗。正如化學家傅鷹所說：“化學給人以知識，化學史給人以智慧。”下面筆者就基于人教版九年級化學第二單元課題1《空氣》的第一課時“空氣成分的探究”的教學案例剖析，談談如何借助化學史，實施科學教育的具體內容，并根據教材特點、學生實際經驗和知識儲備構建本課時的教學架構。

一、教案剖析

以下是一節(jié)區(qū)級公開課“空氣成分的探究”的教學設計及課堂實錄。

[教師]展示謎語：一物到處有，用棒趕不走;眼睛看不見，手摸也沒有;咀嚼無滋味，沒它活不久。請猜一物。

[學生]小組合作猜出謎底，討論發(fā)言。

[教師]你能想出哪些方法來證明空氣的存在？

[學生]依據生活經驗和知識儲備，交流能夠證明空氣確實存在的實驗或實例;互相補充，不斷完善。

[教師]提問“那么人們是如何認識空氣的”來激發(fā)學生的好奇心，然后講述人類發(fā)現空氣組成的艱難的探索歷程。

[學生]聽老師講歷史故事并閱讀課本第26頁的內容，思考：拉瓦錫是選用什么試劑，采用什么研究方法最終探究出空氣的組成的？

[教師]依據拉瓦錫實驗原理，我們自己通過實驗來測定空氣中氧氣的含量。

[教師]引導學生閱讀實驗2-1，檢查所需的儀器是否齊全;指導學生依據教材中的圖2-3連接裝置并進行實驗，同時注意觀察實驗現象并做好實驗記錄。

[學生]小組合作連接裝置，進行實驗，觀察現象并及時記錄。

[教師]巡視各小組實驗情況，并給予實驗指導。

[教師]提問各小組在實驗過程中看到了什么現象，同時引導學生從兩個方面來分析：實驗成功，描述現象;實驗失敗，尋找原因。

[學生]交流匯報：描述實驗觀察到的現象;成功的體驗;失敗的原因。

（小組討論匯報，生生評價，整理小結）

[教師]實驗結束后剩余的氣體具有哪些性質？實驗中遵照什么原則選擇了紅磷？能否選擇木炭、蠟燭、鐵絲等做實驗藥品呢？

[學生]課后進行深入探究。

[教師]根據拉瓦錫的結論，氧氣約占空氣體積的[15]，而我們部分同學在剛才的實驗中，得到氣體減少的體積小于[15]的結論，為什么？紅磷熄滅后瓶內的氧氣是否已經被完全耗盡？

[學生]分組討論，交流結果。

[學生]水面上升不滿[15]的原因有：①裝置漏氣或紅磷不足;②當氧氣含量低時，紅磷不能繼續(xù)燃燒。

[教師]歸納小結，讓學生識記。

……

本節(jié)課給筆者的印象是教師的教學有三種傾向：第一，把化學史僅當作調動學生學習積極性和活躍課堂氣氛的一個科學故事，而忽視了拉瓦錫實驗在教學中的功能。第二，過度重視記憶，具體體現為以背操作步驟、背實驗現象、背實驗結論、背考點為主要任務，強化結論，弱化過程。第三，過度拓展“用紅磷燃燒的方法測定空氣里氧氣含量”實驗的誤差分析，沒有把教學的重點放在原理分析上，越俎代庖，主次不清，錯把“工具”當成了“主干”。

二、教學策略

1.端正化學史在本課中的地位和作用

筆者認為上述教學設計未厘清拉瓦錫的“測定空氣里氧氣含量”實驗與教科書中“測定空氣里氧氣含量”實驗是什么關系?；瘜W史作為人類科學探究史的一個重要組成部分，在中學化學教學中具有不可替代的重要作用。教學中應以化學史為媒介和載體，讓學生回歸科學的本真，從發(fā)現者的視角審視科學、敬畏科學，回歸科學探索發(fā)現的真實過程，學真實的化學。在本課時中厘清拉瓦錫“測定空氣里氧氣含量”實驗的原理尤為重要。課前讓學生通過各種資源查找“發(fā)現空氣組成”的有關資料，閱讀經典科學史，體會前人探究空氣組成的艱辛的科學探究過程。研究空氣組成的科學家有許多，為什么只有拉瓦錫最終取得了成功？體驗拉瓦錫是如何在別人實驗失敗的基礎上，利用嚴謹的科學探究實驗測定空氣成分的。他的成功對我們有哪些借鑒和啟示？本節(jié)課的教學中首先要厘清拉瓦錫實驗的原理。通過對拉瓦錫實驗的原理和過程的分析探究，讓學生對拉瓦錫的探究實驗有兩點認識：（1）實驗原理就是利用圖1的裝置，將液態(tài)汞通過加熱與氧氣反應，消耗密閉裝置內的氧氣，使裝置內的氣壓減小，從而與外界大氣壓形成氣壓差來得出氧氣的含量。（2）利用汞槽中汞的液面上升測得消耗掉的氧氣的體積。其次在厘清實驗原理后，繼續(xù)引導學生從拉瓦錫實驗的原理來探究拉瓦錫實驗的裝置（曲頸甑、鐘罩和汞槽及汞槽內的汞形成密閉的體系裝置;煤爐用來加熱以提供溫度條件）。最后再繼續(xù)引導學生思考拉瓦錫實驗的原料為什么不是紅磷或其他物質而選用汞。通過拉瓦錫發(fā)現空氣成分的科學探究史，進而理解他選用汞的優(yōu)點：①汞的沸點低，易于形成汞蒸氣，這樣就能保證汞與氧氣充分接觸，從而使氧氣盡量被消耗完，保證測定結果的精確性。②生成的氧化汞是固體且密度比液態(tài)汞小，浮于汞表面便于與液態(tài)汞分離，便于提取。③氧化汞受熱分解的溫度不是太高，普通煤爐就能完成此實驗。但是汞有毒，對人體有傷害，這一點要讓每一個學生都了解清楚，這也是為什么我們實驗不用汞的原因。通過對拉瓦錫測定空氣成分的科學史的學習，厘清了拉瓦錫探究空氣成分的實驗原理和科學方法，使學生體驗到真實的科學探究，領悟到科學探究的真諦，認識到可以運用定量分析的方法探究混合物中的某種成分的含量。

2.依據化學史開展“測定空氣里氧氣含量”的實驗

本節(jié)課的教學應以拉瓦錫“測定空氣里氧氣含量”的化學史來探明實驗原理，再圍繞以下兩個問題主線來展開：（1）如何將密閉空氣中的氧氣盡量耗盡，且不能有新的氣體生成？（2）如何測定消耗掉的氣體的體積？在厘清拉瓦錫“測定空氣里氧氣含量”的實驗原理和方法后，再來讓學生完成教材中的“測定空氣里氧氣含量”的實驗，也就水到渠成了。實驗原理就是通過化學反應除去密閉裝置內的氧氣而與外界空氣形成氣壓差，再根據原理選擇藥品。實驗藥品選擇紅磷而不選擇其他物質的原因是，紅磷的著火點低，易于燃燒，且燃燒生成的物質五氧化二磷是固體，這樣才會和外界形成氣壓差。通過嚴謹的實驗（如圖2）、對實驗現象的觀察以及對實驗結果的分析，最終得出結論。

在教材實驗的基礎上，再讓學生通過查閱資料對該實驗進行創(chuàng)新和改進，使實驗更趨合理。以下是學生通過查找資料或自己改進和創(chuàng)新的用來探究空氣中氧氣含量的裝置（如圖3至圖7）。

3.重視化學學科思維方式的培養(yǎng)

學生設計實驗并準確測得空氣中氧氣的含量，在實驗過程中體會了從混合氣體中除去某種氣體進而測定其含量的方法?！皽y定空氣里氧氣含量”是初中化學運用定量的方法研究一種氣體混合物的具體事例，它為學習混合物中某一組分的分離或去除提供了模板，同時可借此培養(yǎng)學生進行定量研究時的誤差分析意識，滲透觀念教學?；瘜W教學不僅僅是向學生傳遞化學知識，更重要的是培養(yǎng)學生形成化學學科獨特的思維，掌握科學探究的一般思路和方法，具備一定的化學學科核心素養(yǎng)。

綜上，通過閱讀經典，追尋著科學家研究的足跡;通過化學史，實現跨時空對話、與科學巨匠對話，把自己融入科學探究的歷程中。講化學史，更重要的是以史探理，讓學生觸摸人類文明的進程。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ]

[1] ?黎國蘭，冉鳴.新課標下化學教學中化學史的作用[J].中學化學教學參考，2007（11）：38-39.

[2] ?解慕宗.讓知識流光溢彩 讓思維熠熠生輝：例談深度學習視域下的教學策略[J].中學化學教學參考，2018（23）：7-10.

[3] ?畢華林，萬延嵐.當前國際化學課程改革的發(fā)展動向及啟示[J].比較教育研究，2015（9）：79-84.

（責任編輯 張 ? 簡）