“空气的组成”教学设计案例

王颖

一、教学说明

1.教学内容分析

“空气的组成”是沪教版九年级化学教材第二章第一节，在学习了实验室基本仪器和操作以及一些基本概念后，空气是学生在化学课上接触到的第一种身边的化学物质。本单元选择空气作为初中化学中接触具体物质的开端，不仅因为“科学”对空气的知识已有过介绍，更重要的是因为它与人类的生产生活关系最为密切，通过对它的了解，可以比较顺利地引导学生进入化学世界。选择以空气为题，开始这一单元的教学活动，符合“从学生熟悉的事物入手，进行科学教育”的原则，为下一节氧气的学习打下基础。

2.教学对象分析

九年级的学生已经学习了科学，从小阅读大量课外书籍，已经了解了很多空气的相关知识，对空气的组成成分十分熟悉。如果仅仅是对课本内容的机械复述难以激发学生的学习兴趣，对化学学科的学习缺乏长足的动力。而他们的认知思路与近代科学研究发现的进展路程十分类似，因此我从拉瓦锡空气中氧气体积分数的实验入手，使学生开始了解化学的研究方法和科学探索的过程，同时受到一些最基本的化学思维方式、实验方法、探究方法的熏陶。在充分理解拉瓦锡实验的设計思路和实验原理的基础上，让学生讨论该实验的缺点，从而顺水推舟地引出课本上的演示

实验。

同时，学生对化学充满了好奇和期望，尤其渴望动手实验。在知识储备上，虽然学习了实验室基本仪器和操作以及一些基本概念，但是对于组装仪器的特点还不熟悉，因此相关对实验结果的讨论、分析和预测最好通过学生自己的动手实验获得，加深印象，便于理解，同时也为后续内容的学习打下基础。

根据以往的教学经验，学生基本能够掌握此实验的实验现象和实验原理，但对于误差分析往往是他们的难点，尤其是气密性不好和弹簧夹未夹紧对于测量结果的影响容易混淆。因此，我没有直接给出测量结果产生偏差的原因，而是通过对实验原理的理解和对演示实验的观察推测测量不准的原因，然后自己通过探究实验验证猜想是否正确。这样对于误差原因的理解更加深刻，同时也体验到动手实验的乐趣，激发学习化学的兴趣，初步体验科学探究的基本环节。

3.教学设计思想

新课标明确指出了化学课程改革的重点“以提高学生的科学素养为主旨”。化学是一门以实验为基础的学科。实验教学法是帮助学生形成化学概念，获得化学知识和实验技能的重要手段。首先，对于化学课堂教学而言，学生感性知识的获得很大程度上来源于化学中的演示实验，而当学生的认识从抽象的思维进入到实践时，最重要的又是自己动手做实验。在化学教学中，不论是学生获得知识、培养能力、发展智力，还是培养科学方法和世界观，无不与化学实验密切相关。其次，化学实验中五彩缤纷的实验现象能够引起学生浓厚的认识兴趣，进而促使学生产生进一步探究物质及其变化规律的内驱力，具有较强的动机功能。然后，在化学实验教学中，学生在教师的指引下，通过理解实验原理、操作实验仪器、观察实验现象、分析实验结果、探究实验结论、评价实验方案等一系列的练习和体验，不仅获得了熟练而科学的实验技能，而且能够使观察能力、分析问题和解决问题的能力得到充分的发展。最后，学生在严格要求的实验教学过程中提高了科学素养，养成了严肃认真的科学态度和不怕困难的科学精神。

如何开展有效的实验教学，我准备从以下几个策略着手。首先，选择最优化的化学体系。氧气的发现和体积分数的测定在化学史和科学史上具有极其重要的地位，不仅推翻了错误的燃素学说，还因为该反应对反应体系的选择几近完美，充分体现了化学学科的特点，因此非常适合帮助学生开始了解化学的研究方法和科学探索的过程，同时受到一些最基本的化学思维方式、实验方法、探究方法的熏陶。其次，发挥演示教学的“示和范”作用，培养学生正确的实验方法，实验操作的精确性和规范化。一方面最大程度地提高演示实验的成功率和可视度（课前反复演练，课堂上用摄像头直播实验过程），另一方面重视实验思想的渗透、实验过程的分析、实验方法的培养。最后，提高学生分组探究实验的有效性，课前要求学生认真做好预习，实验过程中巡回指导，要求学生人人参与，积极和谐的合作；适时点拨，发现问题及时纠正。

二、教学目标

1.知识与技能

（1）了解空气的主要成分，理解测定空气中氧气体积分数的实验原理。

（2）掌握基本仪器的组装和操作，能有目的地设计简单的探究实验。

2.过程与方法

（1）通过“粗略测定空气中氧气的体积分数”演示实验的观察和讲解，初步了解实验的设计思路及反应原理。

（2）引导学生通过对实验操作和实验现象的观察，提出可能影响测量结果的原因，并设计简单的探究实验进行验证，从而培养学生的动手实验能力及观察现象、分析问题和逻辑推理的能力。

3.情感态度与价值观

（1）在实验探究的过程中让学生体验探究的乐趣，增强对化学学科的好奇心和探究欲，激发学生学习化学的兴趣，增强学好化学的自信心。

（2）通过人类对空气的认识历程的学习，激发学生对化学家的崇敬之情，感受科学发现的过程，初步形成科学的发展观，培养一定的化学素养。

（3）通过对实际误差的分析，培养学生严肃认真、实事求是的科学态度。

三、重点和难点

教学重点：使学生掌握定量研究空气成分的实验原理和操作要点，知道空气的主要成分。

教学难点：规范实验操作，通过探究实验对测定空气中氧气的体积分数的实验进行误差分析。

四、教学用品

药品：红磷、纸片、水。

仪器：水槽、集气瓶、广口瓶、燃烧匙、止水夹、导管、烧杯、乳胶管。

媒体：多媒体电脑、PPT课件，摄像头。

五、教学过程

1.引入课题

创设情境：讲述个人经历，有一次在路上遇到两名传教人员，在大讲特讲上帝的恩德和伟大后得出结论：上帝就像空气，真实存在却又无法证明。

提出问题：如何用简单的小实验证明空气的存在？

学生活动：根据物理课所学知识提出马德堡半球实验。

实验：将集气瓶装满水，盖上一张纸，翻转集气瓶，瓶中的水并不落下。

问题：为什么瓶中的水违反万有引力定律，没有下落呢？

讲解：由于瓶中被水充满没有空气，纸片下的大气压强将水和纸片托住。

设计意图：引出压强，为实验“测定空气中氧气的含量”做铺垫。

2.举例证明空气的存在

想一想：空气看不见、摸不着，能否凭自己的生活经验，谈谈自己是如何感知空气存在的。

学生活动：思考、讨论，并说出自己的想法。（放风筝、看见操场上红旗飘扬等）

设计意图：激励学生思考，培养学生关注生活中的现象

3.空气成份的探索

设问：空气是纯净物还是混合物？如何证明？

叙述：为了揭开空气神秘的面纱，许多科学家做出了长期不懈的努力，打破了四象说。

学生阅读文本“P34[拓展视野]”并思考以下问题。

问题1：空气的主要成分是什么？谁发现的？出示拉瓦锡照片并介绍其生平贡献。

问题2：拉瓦锡通过实验证实氧气体积约占空气体积的多少？实验原理是什么？

讲解：在拉瓦锡设计的密闭容器中，汞与氧气发生反应，气体体积减小，汞液面上升，其体积就是消耗掉氧气的体积。

设计意图：让学生了解今天我们所学的每一个简单常识都是由多位科学家常年努力的结果，激发学生热爱科学的情感。

4.探究空气中氧气的体积分数

衔接：拉瓦锡的实验有什么需要改进之处？

学生活动：思考并回答汞易挥发且毒性较大，反应缓慢，反应容器太大且复杂。

讲解：我们是否能够借鉴拉瓦锡的实验原理，设计一个或多个更为简单的实验，来粗略测定空气中氧气的体积分数。

提示：关键要考虑哪些方面的问题？反应物能否用木炭或蜡烛？镁带可不可以？（对学生的回答及时作点评，同时加以引导、鼓励。）

学生活动：思考、回答：反应物要只能与空气中的氧气反应，且反应后的生成物必须是固体，使反应容器内压强变小，才会使液体进入容器。

提问：实验需要用到哪些装置，如何连接？

活动：让学生将实验框里的仪器自行组装。

多媒体：实验步骤。

讲解：提示实验重点和观察重点。

演示实验：红磷在空气中燃烧测定氧气体积分数。通过摄像头将实验操作过程和实验现象投影在幕布上，让后排学生也能看清。

提问：你们观察到哪些现象？

学生回答：①红磷燃烧，产生白烟；②放热；③冷却后打开弹簧夹，水沿着导管进入集气瓶中，进入集气瓶内水的体积约占集气瓶总体积的1/5。

设计意图：熟悉实验装置，培养动手能力。为后续实验结论的得出和探究实验的设计埋下伏笔。

5.自主探究实验

衔接提问：如果测量不准确可能是什么原因造成的？

学生回答：红磷不足，气密性不好、未冷却就打开弹簧夹等

[板书]将学生提出的原因写在副板书上，初步筛选出可能的原因，让每组同学认领一个，并设计实验验证。

设计意图：让学生在观察与讨论中发现问题、提出问题、解决问题，培养学生严谨、务实的科学态度。

学生活动：以小组为单位设计实验并操作，记录实验结果并在此基础上讨论原理。每组故意夸大某一错误操作，例如放极少量红磷，胶塞轻轻放置在集气瓶上，红磷一熄灭马上打开弹簧夹，不使用弹簧夹而是用手虚虚捏住乳胶管，缓缓塞入胶塞等，其余均规范操作。实验完成后如有时间可进行对照实验。

在学生动手实验时从旁指导，启发他们从压强变化上追根溯源。

板书（见板书展示部分：误差分析）

设计意图：使学生明确规范操作实验的重要性，同时明白科学探究的基本环节。

除此之外，还有哪些因素会导致测量结果不精确？

学生活动：有学生提出有部分水滞留导管没有进入集气瓶，也有学生提出用标签纸将集气瓶体积五等分太过粗略，应该精确测量倒吸入水的体积。

评价：大家总结得非常好。那么如何改进？

学生活动：思考，交流，讨论，回答：将烧杯换成大的量筒，精确测量倒吸水的体积。

设计意图：培养学生的发散思维。

讲解：同学们的想法非常好，简单易行又效果显著。要更精确的测量，我们也可以运用新的实验技术。你们的学长在大理科探究課题上运用温度传感器和压强传感器，直接测量反应前后容器内压强变化计算氧气的体积分数。

多媒体展示DIS创新实验法的步骤和结果。

6.课堂小结

总结：1.空气中主要成分的发现史；2.空气中氧气的含量测定实验原理、现象及注意事项。

设计意图：了解重点知识及学习要求。

7.布置作业

课本第19-20页《2.1 空气的组成》

六、主要板书

2.1 空气的组成

一、空气的组成

1.测定空气中氧气含量的实验

（1）实验原理 4P+5O2 2P2O5

（2）实验装置

（3）实验步骤：查、点、塞、开

（4）实验现象：白烟，水进入1/5

（5）误差分析