从过程与方法维度重构实验教学

王荣桥

摘 要 针对测定空气中氧气含量的实验教学，剖析存在的问题，提出教学建议，拓展教学资源，强调让学生亲历实验过程，突出过程与方法目标落实，提高学生的学科素养。

关键词 化学实验 过程与方法 实验方法 实验装置

“测定空气中氧气的含量”实验是初中化学教材中的经典实验之一，人教版等多种版本普遍采用如图1所示装置进行实验[1]。

教材安排此实验的目的是让学生亲历科学探究的过程，追寻科学家探究的踪迹，像科学家那样进行实验探究，从而增强动手能力、分析能力和探究能力。而课堂调研发现，以讲授为主、以知识传授为主的实验教学方式仍然占课堂教学的主导地位，多数教师认为实验准备麻烦、实验过程繁琐、实验数据不准而不愿做实验，这与新课程理念背道而驰。课堂教学中暴露出过程与方法目标落实不到位、重结论轻过程、穿新鞋走旧路等问题，一味追求课堂“高效”，忽视能力培养，淡化学习过程。

笔者专门对该实验教学情况进行了调研，结果表明，多数教师的教学方式是以下三种情况中的一种：一是教师播放视频，学生“眼视实验”。教师贪图省事，播放实验视频，引导学生观看，指导学生背实验步骤、实验现象、实验结论、误差分析等内容，以便应对考试。二是教师演示实验，学生观察实验。由于实验仪器规格大小所限，坐在后几排的学生根本看不到实验现象，于是教师硬把结论强加于学生，让学生死记硬背，以便应对考试。三是教师拓展实验，学生了解实验。受“做实验不如做实验题”的应试思想影响，部分教师过度拓展实验形式，偏离教学重点。没有把教学重点放在技能训练、方法建构、能力培养上，而是放在拓展实验形式上，展示多种多样的实验题形式，让学生“见多识广”、“似曾相识”，利用题海战术，以便应对考试。上述做法背离了新课程标准精神，淡化了过程与方法目标的落实，学生缺乏参与、缺乏感悟、缺乏探究，不利于他们技能的形成和能力的培养。

一、问题引路，明晰方法

问题是学生最好的学习动力，是学生学习的重要资源。学生通过小学科学的学习虽然知道了空气中氧气的含量，但却不知道这个数据的具体由来，即不知道如何测定出空气中氧气的含量。教学时，多数教师直接告诉学生实验方法，学生不经思索、按部就班。笔者认为教师应当先把这个学生极为熟悉但从未深入思考的问题交给他们，让他们明确要解决的问题，通过铺设问题台阶，用问题引路，突破难点、明晰实验方法。

1.选择什么样的方法测定氧气的体积

测定空气中氧气的含量实验中，测定氧气的含量（体积）的方法是问题的关键所在。为引导学生建构测定氧气含量的方法，教师通过日常生活实例，充分利用学生已有的知识经验，创设情境、进行设问，引导学生完成知识的迁移，建构解决问题的方法。“同学们，我们学过过滤这一基本操作，请大家回顾一下：如何将食盐和泥沙分开？如何测定粗盐中泥沙的质量？如何测得一杯食盐水中水的质量？”学生通过思考、交流讨论后，不难得出答案。此时教师再次追问：“如何测定混合物中一种成分的质量？”学生在经历了前面问题的基础上，稍加思索，便得出测定混合物中某一组分含量的两种可行方法：一是直接方法：除去其他成分，只剩下要保留的成分，测定其含量；二是间接方法：将待测定物质除去，然后通过量的变化，来测定该组分的含量。空气是氧气、氮气、二氧化碳等多种气体成分组成的混合物，测定空气中氧气的含量，若采用直接方法比较繁琐，因此应选择的最佳方法是间接方法，即除去氧气。利用氧气消耗掉后，容器内压强变小，水（或其他易观察的试剂）进入容器，通过测定进入的水（或其他试剂）的体积的方法，确定空气中氧气的体积。

2.如何较为快速地除去氧气

氧气是一种化学性质比较活泼的气体，在加热或点燃的条件下能够跟多种物质发生化学反应，因此学生普遍认为可以采用燃烧（或加热）的方法，选择某些物质与氧气进行反应，从而把空气中的氧气反应掉。

3.怎样证明“被消耗的氧气的体积就是进入集气瓶中水的体积”

“测量空气中氧气体积”的实验原理是：同温同压下密闭容器里的气体减少的体积（即氧气的体积）等于进入的水的体积。

多数学生对此半信半疑，甚至迷惑不解，为了揭开学生的疑问，可按照如图2所示的装置进行实验加以验证：轻轻拉动注射器活塞吸走集气瓶内一定体积的气体，就会看到有相等体积的水流入集气瓶[2]。由此解开学生心中的迷惑。

二、对比分析，确定原理

对于实验原理的给出，许多教师往往是照本宣科，完全按照课本讲授，这样不利于学生思维能力的培养，学生常常只知道是什么，不知道为什么。其实，课本知识的产生都有一定的知识背景，教师在引导学生学习时，要注意“因势利导”，为学生铺好路搭好桥，让学生亲历知识的产生过程，体会学习知识的方法，这样的学习学生才能记得牢、学得会、用得活。在明确了用点燃（或加热）的方法除去氧气这一思路后，对于实验原理的选择，笔者给出了如下信息，引导学生分析、选择该实验的实验原理，得出选用的药品需要满足的条件，从而确定反应物、生成物和反应条件。

通过交流讨论、对比分析得知：木炭、硫在空气中燃烧，消耗氧气的同时又有气体产生，导致实验结果偏小；镁条在空气中燃烧不仅消耗氧气，还消耗了氮气，导致实验结果偏大；铁丝在空气中不燃烧，磷在空气中燃烧消耗了氧气，产物是固体，不会影响实验结果。由此得出选用的药品需要满足的条件是：选择的药品既要能消耗氧气，又要不会跟空气中的其他成分反应，而且生成物为固体。因此，可选用红磷（或白麟）作为除去氧气的实验药品。

三、设计装置，分组实验

多数教师在实验时往往机械地教教材，照搬照用教材上的装置进行演示实验。笔者认为在确定了实验用品、反应原理、实验方法后，教师可以给学生充分思考的时间和空间，让学生自主思考、自主发挥，利用所学实验仪器，自行组装实验装置并分组进行实验，让学生亲历实验过程，体验学习的快乐。通过实验成果展示，师生共同评价实验装置、实验过程、实验数据，进而优化实验各要素，确定最佳实验装置、最佳实验思路、实验步骤，而不必局限于教材中给出的现成的装置。部分小组实验装置如图3所示。

四、反思误差，加深理解

反思与评价是科学探究的重要环节之一，是学生对自己探究结果的可靠性有意识地进行分析和评价的过程。通过对探究活动进行反思，不仅能够发现自己和他人的长处与不足，提出改进的具体建议，还能够体验到探究活动的乐趣和学习成功的喜悦。

实验结束后，我们发现部分学生测得的实验值与理论值不一致。这是为什么？究竟是什么原因造成实验结果偏高或偏低？教师不要把结论一味地告知学生，让学生背结论，而要从实验仪器、实验装置、实验药品、反应时间、反应后的温度等影响实验结果的因素引导学生进行分析，帮助学生获得结论：实验药品用量不足、实验装置漏气、实验时间较短、实验装置没有冷却到室温等因素都会导致实验结果偏小。通过有序的指导，避免学生杂乱无章猜答案、碰答案，学生不仅知道了是什么，还弄清了为什么。

五、创新拓展，开发资源

为了开阔学生的知识面，拓宽学生的知识视野，我们在尊重教材和学情的基础上，可以适度开发教材资源、丰富教学资源，实现教学资源共享，对比教材中的实验，从实验用品、实验装置、实验效果等角度入手，对教材实验进行拓展，加以改进和创新，如图4所示。

测定空气中氧气含量的方法有多种、装置有多样，通常用集气瓶型、钟罩型、活塞型、注射器型等形成密闭体系。无论装置如何变化，涉及的原理却是相同的，即在密闭容器中的某些物质（如红磷、铜粉等）与氧气反应生成固体物质，使容器内气压降低，实验现象为液面变化、液体倒吸、活塞移动等，从而测得空气中氧气的体积含量，进而计算出氧气的体积分数。

参考文献

[1] 王晶，郑长龙.义务教育教科书（化学，九年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2013.

[2] 李德前.例谈初中化学实验创新的思维方法[J].化学教学，2013（3）.

[3] 丛祥滋.义务教育教科书教师教学用书（八年级全一册）[M].济南：山东教育出版社，2015.

[4] 张洁，宋守娟.测定空气中氧气的含量实验的改进和反思[J].化学教学，2015（4）.

【责任编辑 郭振玲】