對“測定空氣中氧氣的含量實驗”的教學反思

王剛盛

摘要： 針對當前“測定空氣里氧氣的含量”的實驗研究中出現(xiàn)的淡化化學味、夸大實驗尾氣危害及忽視化學實驗的工具屬性等傾向， 結合教學實際，從實驗原理探究、實驗改進和化學史的教育價值三個方面對課堂教學進行重新定位。

關鍵詞： 氧氣含量測定； 實驗改進； 化學史教學； 教學反思

文章編號： 1005-6629（2018）4-0056-03 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

九年級《化學》上冊選擇空氣為主題開始單元教學活動，開啟學生化學之旅，引導學生進入化學世界探索物質(zhì)奧秘，是符合“從學生熟悉的事物入手，進行科學教育”原則的。

因此本課題受到同仁充分的重視，其中對“空氣中氧氣含量測定的實驗”的研究和改進，屢現(xiàn)于各類教學競賽和研究刊物中。但很多教師依然在課堂中會出現(xiàn)各種問題和差錯。本文結合教學實際談談看法和體會。

1 實驗原理

很多教師把本實驗原理的探究作為教學難點，甚至用半節(jié)課的時間來分析實驗原理，而學生理解依然困難重重。究其原因是教師不能充分挖掘教材。教材用了近一頁篇幅介紹了拉瓦錫的研究方案，對其方案的剖析就是教學難點最好的突破口。在引導學生理解大氣壓強的基礎上分析拉瓦錫實驗研究的過程，是很容易理解實驗原理、突破教學難點的。對拉瓦錫實驗原理的分析，可以借鑒如拔火罐、鋼筆打墨水或注射器吸水等淺顯易懂的生活經(jīng)驗作引導，能很自然地過渡到教材實驗設計中的測定原理、實驗裝置及藥品選擇等方面。教學中筆者首先在一支裝滿水的小試管上蓋上一張小紙片，然后倒立試管來讓學生感知大氣壓強的真實存在；同時組裝了如圖1裝置，通過拉動注射器吸水來演示拉瓦錫實驗原理。

圖1 演示拉瓦錫測氧實驗原理裝置

2 實驗改進

據(jù)不完全統(tǒng)計，自2013年以來僅全國中文核

心期刊《化學教學》刊載的以“空氣中氧氣含量測定的改進或創(chuàng)新”為題目的論文就達5篇。這些改進中有改變引燃的方式，以電磁爐或高功率激光筆或蠟燭加熱銅絲并導熱來引燃紅磷的；有改變藥品的如部分或全部使用白磷，或使用銅粉代替紅磷的；也有在實驗密封性上下足功夫的；還有通過套上氣球來擴大容量，以防熱脹導致裝置迸裂的。2015年中國教育裝備行業(yè)協(xié)會組織的第三屆全國中小學實驗教學說課活動，初中化學一等獎作品共七篇，其中李金靈老師和施秀美老師的作品均為“空氣中氧氣含量的測定”[1]。

各種改進都有自己的精妙之處，如減小了實驗誤差、提高了實驗的精確度和成功率等，但不少也存在可商榷之處。

2.1 淡化了化學味

大多實驗改進并不比教材實驗操作簡單，有些甚至淡化了化學味。盡管在化學教學中我們常用很多生活用品來替代化學實驗儀器進行實驗創(chuàng)新，也要求學生利用生活用品設計家庭小實驗，但是生活用品是不能夠充分體現(xiàn)化學實驗儀器的價值的。在化學成為一門獨立的學科以來，化學實驗主要是在晶瑩剔透的玻璃器皿中進行的[2]，玻璃器皿能更直觀地展示化學之美。對處于化學啟蒙的九年級學生，以直觀的裝置去窺視化學世界會更符合學生認知的規(guī)律。如果課堂出現(xiàn)太多的替代品，會給學生隨意感，使得化學學科的韻味淡化，不利于啟蒙階段學生嚴謹?shù)幕瘜W科學態(tài)度的培養(yǎng)。

2.2 夸大了實驗危害

夸大了該實驗紅磷燃燒產(chǎn)生的白煙對人體的危害程度。盡管燃燒產(chǎn)生的五氧化二磷屬于高?；ゎ惍a(chǎn)品，但是考慮到藥品的用量、紅磷點燃后在空氣中暴露的時間、產(chǎn)物以白煙狀分散及白煙向屋頂擴散、教室的空間大小等因素，彌漫于室內(nèi)的微量白煙是不會對人體造成不適的。

近幾年來由于人們環(huán)保意識的加強，對化學實驗產(chǎn)生的污染給予充分的重視，但也有不少是過猶不及了。比如本單元硫在氧氣中燃燒的實驗，所產(chǎn)生的二氧化硫會對人體產(chǎn)生不適嗎？多年教學實踐表明是否定的，其產(chǎn)生的刺激程度甚至低于一陣爆竹聲響之后的影響。所以教材設計時也僅僅是在集氣瓶中加少量的水，注重傳達愛護環(huán)境的意識。

筆者以為當前很多課堂展示和實驗改進都過分夸大了化學實驗的危險程度。這讓學生對于化學實驗產(chǎn)生了莫名的恐懼[3]。況且對這些現(xiàn)象的直觀感受是學生為數(shù)不多的與化學親密接觸的機會，我們不應該剝奪學生這種體驗化學的權利。

2.3 低估了對白磷采購的困難

白磷（劇毒、易燃），根據(jù)《危險化學品安全管理條例》受公安部門管制。隨著近幾年來該條例的嚴格執(zhí)行，使白磷的采購異常困難。我校自2012年以后，通過各種途徑均無法采購到白磷，以至于探究“燃燒條件”的實驗教學在近幾年只能觀看視頻。

2.4 忽視了化學實驗的“工具”屬性

研究重點放在了如何減小實驗誤差上，把“工具”當成了“主干”。儀器、設備只是工具，在化學實驗中扮演了中介的作用，儀器、設備又是隨著時代的進步而變革的。化學課堂使用常見的實驗儀器進行化學實驗，是允許出現(xiàn)實驗誤差的，甚至實驗誤差可能包含了更多的教育功能。探究過程中的“方法”才是學生認知的重點，如果僅僅關注實驗結果，利用傳感器來測定肯定更為精確。

筆者一直在關注各種改進，從實驗過程和結果對比來看： 教材的方法依然是最令人滿意和稱道的。筆者要補充兩點： 按教材實驗裝置進行實驗，要注意對橡皮管老化程度的檢驗，有時檢查氣密性不會察覺到這一點，但由于橡皮管輕微老化在操作中會造成實驗失敗，因此每年使用前應及時更換橡皮管，進行細致的氣密性檢查。另外可以選用大一些的集氣瓶來實驗，對比250mL和500mL兩種集氣瓶，后者成功率明顯要高。

對實驗結果要有多維度的全面分析，充分挖掘教學內(nèi)容的功能價值，它不僅承載著知識本體的功能，也有著能力培養(yǎng)的功能。很多設計并不是在一次教學活動中就能完成的，實驗能力的形成不可能一蹴而就。本實驗的改進往往在學習了更多物質(zhì)性質(zhì)之后才能有效完成，但是可以將其他方案展示給學生，讓學生討論分析（如圖2）。圖3為學生完成了第八單元“金屬和金屬材料”后，根據(jù)鐵生銹實驗來設計的： 同學們使用螺旋

圖2 空氣中氧氣含量測定實驗的其他方案

圖3 鐵粉生銹實驗用于氧氣含量測定裝置

狀鐵絲、鐵粉等藥品，將鐵粉、活性炭與食鹽水均勻混合后附在試管壁上，可以在半小時左右看到液面上升約1/5。這種實驗設計的能力，是我們對學生最為期盼的結果。

3 關于化學史的教學

新課程倡導教師“引導學生體驗科學探究的過程，啟迪學生的科學思維”[4]。充分利用教學資源，引導學生體會科學家的思維形成過程，讓學生在了解科學家的發(fā)現(xiàn)中洞悉科學方法，為完善自己的思維汲取養(yǎng)分，應成為課堂的重點，也是情感教育最直接的抓手。

以拉瓦錫研究空氣成分為代表的這100多年的化學史是化學科學發(fā)展的一個巔峰時期，涌現(xiàn)了一大批杰出的科學巨匠，如拉瓦錫、雷利、卡文迪許、舍勒、普利斯特里等，是課堂教學中要濃墨重彩去描繪的，汲取其中典型的化學史進入課堂教學。首先，可借鑒拉瓦錫對氧氣含量測定的思想，以原理分析展開教學；其二，雷利于1892年從含氮化合物中制得氮氣，測定密度為1.2505g/L，超出了實驗誤差范圍，這一細微之處引起了他極大的關注，從而發(fā)現(xiàn)了氬，開啟了稀有氣體研究的歷史；其三，拉瓦錫把科學實踐放到第一位，依靠實踐基礎上的理論思維，勇敢地質(zhì)疑錯誤的觀念和理論，使他成為化學科學事業(yè)的一位巨匠[5]。歷史告訴我們： 科學研究要有謹慎細微、見微知著的態(tài)度，科學前進的步伐不是一帆風順的，通往真相的往往是一條充滿荊棘的道路。而正是由于科學家鍥而不舍、忘我無私的勤奮努力，才成就了今天的知識繁榮。

“讓學生直接接觸學習領域中的現(xiàn)象，即真實的事物，幫助學生注意那些饒有興趣的現(xiàn)象，使他們參與其中，持續(xù)思考并為之驚奇”[6]。本課題能夠激發(fā)學生好奇心和學習興趣的，不僅有化學實驗的精彩和巧妙的思想方法，還有那一段輝煌的化學史。而教師要做的，是把這些與教學目標充分融合，高效地滲透入課堂，展示出化學的科學魅力，激發(fā)學生學習興趣，讓學生感受化學之美，為學生的化學之旅布灑陽光。

參考文獻：

[1]中國教育裝備行業(yè)協(xié)會.第三屆全國中小學實驗教學說課活動優(yōu)秀作品集[M].北京： 知識產(chǎn)權出版社， 2016： 176～182.

[2]陸軍.“創(chuàng)新實驗”中存在的問題及其改進對策[J].化學教學， 2015，（2）： 32.

[3]陸春華.論當前初中化學實驗教學中存在的一些問題及對策[J].化學教學， 2014，（5）： 49.

[4]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準[S].北京： 北京師范大學出版社， 2011.

[5]劉宗寅等.化學發(fā)現(xiàn)的藝術[M].北京： 中國海洋大學出版社， 2003： 20～29.

[6]陸軍.“讓教學成為研究”的歷程[M].南京： 東南大學出版社， 2016： 9～10.