以史探理，让学生触摸文明的进程

包义才 许文

[摘   要]“空气成分的探究”教学应依据学生的生活体验和在科学课中已经储备的知识，通过实验探究，分析得出空气的成分。在这个过程中，要利用好拉瓦锡“空气成分的探究”化学史，帮助学生厘清探究的原理，培养学生探究学习的能力，以史探理， 让学生触摸人类文明的进程。

[关键词]化学史;拉瓦锡实验;空气的成分

[中图分类号]    G633.8        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2020）26-0076-03

我们现在学习的很多知识都是经过前人、科学家艰辛探究、归纳、推导出来的。人类获取知识的过程是一个长期积累、循序渐进的过程。一个知识的获得可能要经历很多代人数年，甚至数百年，或更长的时间的努力。人类现今的科学成就都是站在前人的肩膀上建立起来的。因此，教师在教学中要培养学生为科学献身的精神以及科学探索精神，引导学生体验一些经典的实验探究过程，以此来寻找学习的源头。为此，教师要讲好化学史里的故事，让学生学好化学史里的经典实验。正如化学家傅鹰所说：“化学给人以知识，化学史给人以智慧。”下面笔者就基于人教版九年级化学第二单元课题1《空气》的第一课时“空气成分的探究”的教学案例剖析，谈谈如何借助化学史，实施科学教育的具体内容，并根据教材特点、学生实际经验和知识储备构建本课时的教学架构。

一、教案剖析

以下是一节区级公开课“空气成分的探究”的教学设计及课堂实录。

[教师]展示谜语：一物到处有，用棒赶不走;眼睛看不见，手摸也没有;咀嚼无滋味，没它活不久。请猜一物。

[学生]小组合作猜出谜底，讨论发言。

[教师]你能想出哪些方法来证明空气的存在？

[学生]依据生活经验和知识储备，交流能够证明空气确实存在的实验或实例;互相补充，不断完善。

[教师]提问“那么人们是如何认识空气的”来激发学生的好奇心，然后讲述人类发现空气组成的艰难的探索历程。

[学生]听老师讲历史故事并阅读课本第26页的内容，思考：拉瓦锡是选用什么试剂，采用什么研究方法最终探究出空气的组成的？

[教师]依据拉瓦锡实验原理，我们自己通过实验来测定空气中氧气的含量。

[教师]引导学生阅读实验2-1，检查所需的仪器是否齐全;指导学生依据教材中的图2-3连接装置并进行实验，同时注意观察实验现象并做好实验记录。

[学生]小组合作连接装置，进行实验，观察现象并及时记录。

[教师]巡视各小组实验情况，并给予实验指导。

[教师]提问各小组在实验过程中看到了什么现象，同时引导学生从两个方面来分析：实验成功，描述现象;实验失败，寻找原因。

[学生]交流汇报：描述实验观察到的现象;成功的体验;失败的原因。

（小组讨论汇报，生生评价，整理小结）

[教师]实验结束后剩余的气体具有哪些性质？实验中遵照什么原则选择了红磷？能否选择木炭、蜡烛、铁丝等做实验药品呢？

[学生]课后进行深入探究。

[教师]根据拉瓦锡的结论，氧气约占空气体积的[15]，而我们部分同学在刚才的实验中，得到气体减少的体积小于[15]的结论，为什么？红磷熄灭后瓶内的氧气是否已经被完全耗尽？

[学生]分组讨论，交流结果。

[学生]水面上升不满[15]的原因有：①装置漏气或红磷不足;②当氧气含量低时，红磷不能继续燃烧。

[教师]归纳小结，让学生识记。

……

本节课给笔者的印象是教师的教学有三种倾向：第一，把化学史仅当作调动学生学习积极性和活跃课堂气氛的一个科学故事，而忽视了拉瓦锡实验在教学中的功能。第二，过度重视记忆，具体体现为以背操作步骤、背实验现象、背实验结论、背考点为主要任务，强化结论，弱化过程。第三，过度拓展“用红磷燃烧的方法测定空气里氧气含量”实验的误差分析，没有把教学的重点放在原理分析上，越俎代庖，主次不清，错把“工具”当成了“主干”。

二、教学策略

1.端正化学史在本课中的地位和作用

笔者认为上述教学设计未厘清拉瓦锡的“测定空气里氧气含量”实验与教科书中“测定空气里氧气含量”实验是什么关系。化学史作为人类科学探究史的一个重要组成部分，在中学化学教学中具有不可替代的重要作用。教学中应以化学史为媒介和载体，让学生回归科学的本真，从发现者的视角审视科学、敬畏科学，回归科学探索发现的真实过程，学真实的化学。在本课时中厘清拉瓦锡“测定空气里氧气含量”实验的原理尤为重要。课前让学生通过各种资源查找“发现空气组成”的有关资料，阅读经典科学史，体会前人探究空气组成的艰辛的科学探究过程。研究空气组成的科学家有许多，为什么只有拉瓦锡最终取得了成功？体验拉瓦锡是如何在别人实验失败的基础上，利用严谨的科学探究实验测定空气成分的。他的成功对我们有哪些借鉴和启示？本节课的教学中首先要厘清拉瓦锡实验的原理。通过对拉瓦锡实验的原理和过程的分析探究，让学生对拉瓦锡的探究实验有两点认识：（1）实验原理就是利用图1的装置，将液态汞通过加热与氧气反应，消耗密闭装置内的氧气，使装置内的气压减小，从而与外界大气压形成气压差来得出氧气的含量。（2）利用汞槽中汞的液面上升测得消耗掉的氧气的体积。其次在厘清实验原理后，继续引导学生从拉瓦锡实验的原理来探究拉瓦锡实验的装置（曲颈甑、钟罩和汞槽及汞槽内的汞形成密闭的体系装置;煤炉用来加热以提供温度条件）。最后再继续引导学生思考拉瓦锡实验的原料为什么不是红磷或其他物质而选用汞。通过拉瓦锡发现空气成分的科学探究史，进而理解他选用汞的优点：①汞的沸点低，易于形成汞蒸气，这样就能保证汞与氧气充分接触，从而使氧气尽量被消耗完，保证测定结果的精确性。②生成的氧化汞是固体且密度比液态汞小，浮于汞表面便于与液态汞分离，便于提取。③氧化汞受热分解的温度不是太高，普通煤炉就能完成此實验。但是汞有毒，对人体有伤害，这一点要让每一个学生都了解清楚，这也是为什么我们实验不用汞的原因。通过对拉瓦锡测定空气成分的科学史的学习，厘清了拉瓦锡探究空气成分的实验原理和科学方法，使学生体验到真实的科学探究，领悟到科学探究的真谛，认识到可以运用定量分析的方法探究混合物中的某种成分的含量。

2.依据化学史开展“测定空气里氧气含量”的实验

本节课的教学应以拉瓦锡“测定空气里氧气含量”的化学史来探明实验原理，再围绕以下两个问题主线来展开：（1）如何将密闭空气中的氧气尽量耗尽，且不能有新的气体生成？（2）如何测定消耗掉的气体的体积？在厘清拉瓦锡“测定空气里氧气含量”的实验原理和方法后，再来让学生完成教材中的“测定空气里氧气含量”的实验，也就水到渠成了。实验原理就是通过化学反应除去密闭装置内的氧气而与外界空气形成气压差，再根据原理选择药品。实验药品选择红磷而不选择其他物质的原因是，红磷的着火点低，易于燃烧，且燃烧生成的物质五氧化二磷是固体，这样才会和外界形成气压差。通过严谨的实验（如图2）、对实验现象的观察以及对实验结果的分析，最终得出结论。

在教材实验的基础上，再让学生通过查阅资料对该实验进行创新和改进，使实验更趋合理。以下是学生通过查找资料或自己改进和创新的用来探究空气中氧气含量的装置（如图3至图7）。

3.重视化学学科思维方式的培养

学生设计实验并准确测得空气中氧气的含量，在实验过程中体会了从混合气体中除去某种气体进而测定其含量的方法。“测定空气里氧气含量”是初中化学运用定量的方法研究一种气体混合物的具体事例，它为学习混合物中某一组分的分离或去除提供了模板，同时可借此培养学生进行定量研究时的误差分析意识，渗透观念教学。化学教学不仅仅是向学生传递化学知识，更重要的是培养学生形成化学学科独特的思维，掌握科学探究的一般思路和方法，具备一定的化学学科核心素养。

综上，通过阅读经典，追寻着科学家研究的足迹;通过化学史，實现跨时空对话、与科学巨匠对话，把自己融入科学探究的历程中。讲化学史，更重要的是以史探理，让学生触摸人类文明的进程。

[   参   考   文   献   ]

[1]  黎国兰，冉鸣.新课标下化学教学中化学史的作用[J].中学化学教学参考，2007（11）：38-39.

[2]  解慕宗.让知识流光溢彩 让思维熠熠生辉：例谈深度学习视域下的教学策略[J].中学化学教学参考，2018（23）：7-10.

[3]  毕华林，万延岚.当前国际化学课程改革的发展动向及启示[J].比较教育研究，2015（9）：79-84.

（责任编辑 张   简）