化学入门阶段探究前置、教材后移的教学尝试——九年级化学“空气（1）”探究前置教学设计、实录和反思

季进明（江苏省盐城市初级中学　江苏盐城　224001）



化学入门阶段探究前置、教材后移的教学尝试——九年级化学“空气（1）”探究前置教学设计、实录和反思

季进明
（江苏省盐城市初级中学江苏盐城224001）

摘要：探究前置、教材后移的教学方法能使化学课堂保持探究味。化学入门阶段教学时学生对化学学科的科学探究接触得少，学生的实验设计和实验动手能力欠缺。“空气”作为初中化学第一种研究的物质，在教材中出现较早，作者对这一教学内容进行探究前移、教材后移的教学尝试。

关键词：探究前置；教材后移；教学环节；教后反思

人教版九年级初中化学“空气”［1］，先向学生介绍并分析拉瓦锡测定空气中氧气含量的实验，再用实验的方法探究空气中氧气的含量，学生都看到了用燃烧红磷法测定空气中氧气含量的实验装置和实验原理了，那么再进行这一实验探究就变成了一种验证性实验，缺失了探究性。如何才能使这节课中空气中氧气含量的教学有探究性呢？笔者进行了探究前置、教材后移［2］的教学尝试，现将具体做法做一个介绍。

一、课程标准、教材和学情分析

1.课程标准

2011义务教育化学课程标准内容：说出空气的主要成分，认识空气对人类生活的重要作用；活动与探究建议：实验探究空气中氧气的体积分数；可供选择的学习情景素材：科学家对空气成分的探究。［3］

2.教材分析

“空气”是人教版九年级化学教材“身边的化学物质”的第一种介绍对象，教材中介绍本课之前，已在第一单元安排了“对人吸入和呼出气体的探究”，“走进化学实验室”还介绍了化学仪器使用的一些常识。本节教材首先介绍了拉瓦锡测定空气中氧气含量的实验方法和结论，然后用燃烧红磷的实验来测定空气中氧气含量，并介绍了空气中各成分的含量。

初中化学中重视定量研究物质和化学反应，本节教材中测定空气中氧气含量的实验是初中化学定量研究物质的开始，结果不是很精确，但运用探究实验的方法研究空气中氧气的含量，有助于丰富学生在认识过程中所需的感性材料，提高学生学习化学的兴趣，培养学生观察、思维和动手实验的能力。

3.学情分析

本节课定于2015年9月23日上午9点在江苏省教学新时空·名师课堂中播出，需在9月13日前将录课的光盘上交评课专家，而化学又是初三新开科目，老师对学生和学生的合作学习等还不了解，学生对实验设计和化学仪器的名称和使用还很不熟练，为了便于空气一节的教学，我选择讲完“对人体吸入的空气和呼出的气体的探究”之后进行录课，这样学生就有了4-5节课的化学基础，也便于老师对课堂进行掌控。

二、探究教学目标

1.学生通过探究实验，培养实验动手能力和思维能力；

2.学习并分析拉瓦锡测定空气中氧气含量的方法；

3.培养相互合作的意识，学习科学家的科学态度和科学精神；

4.认识到进行科学研究或学习中运用科学方法的重要性。

三、探究教学重点

师生共同设计实验，由学生进行实验探究空气中氧气的体积分数并进行实验分析。

四、整节课的教学流程图(图1)五、探究教学过程

环节1：情境导入

师：同学们，我们对呼吸作用进行过初步研究，知道了呼吸大致原理。

［设问］我们可以连续几小时不饮水，但能不能连续几个小时不呼吸？可见，空气对我们非常重要。那么，空气是由什么组成的呢？各成分的含量分别是多少呢？

图1　教学流程图

我们将在“第二单元我们周围的空气”的学习中解决这些问题。今天开始学习第二单元我们周围的空气。

［板书］课题1空气。

生：倾听和回答。

设计意图：创设情境，使学生进入学习状态。

环节2：“捕捉”空气并体验空气的存在

师：我们每天生活在空气中，但我们却看不见空气，也摸不着。我们已会用排水法收集空气，你还会用其他方法收集空气吗？

［问题1］你还会用其他方法“捕捉”空气吗？

（提供集气瓶、塑料袋、注射器、导管、烧杯等器材）

［投影］

（1）捕捉空气：利用桌面上器材收集空气，并展示给同伴。

（2）通过气密性检查以体验空气的存在：组装图示的实验装置，塞紧瓶塞，用手握住集气瓶，观察烧杯的水中有无气泡冒出，然后松开手，再观察导管口有什么现象。

生：动手操作。

师：［提问］倒吸进导管的水的体积跟什么有关？

生：回答。

设计意图：让学生动手操作收集空气和检查装置气密性。用于说明气体增多、减少时装置内气压的变化，气压变大使部分气体被挤出，气压变小时，外界物质会填补进来，补充进来的水的体积跟与刚才排出去的空气体积相同，为后面的实验设计和误差分析打下必要的基础。

环节3：探究空气中氧气含量

师：空气是生命活动中不可缺少的物质，它是由什么组成的？

生：氧气、氮气、二氧化碳等。

师：［板书］一、空气是由什么组成的？

［提问］其中什么成分与我们的生命活动息息相关？

生：氧气。

师：［问题2］如何测定其中氧气的含量？

（友情提示：氧气能支持燃烧，而氮气不能）

生：可将其中氧气分离出来或除去。

师：［板书］1、测定空气中氧气的含量

（事先提供实验器材：集气瓶、配燃烧匙的橡皮塞、导管、装水的烧杯、酒精灯、弹簧夹、蜡烛、红磷、药匙、火柴，与前一个实验共用一个水槽。）

［投影］

提出问题：选用什么可燃物来测量空气中氧气的含量呢？

查阅资料：

1.红磷在空气中燃烧只与氧气反应生成五氧化二磷固体。

2.蜡烛在空气中燃烧只与氧气反应生成二氧化碳和水蒸气，还可能产生黑烟和一氧化碳气体。

3.镁很活泼，在空气中燃烧时既可与氧气反应，也可与氮气、二氧化碳、水蒸气发生反应。

4.铜丝、铁丝在空气中不能燃烧。

生：阅读资料。

设计意图：提出问题时，想让学生提出用将氧气消耗掉的方法来测定空气中氧气的含量。通过学生对资料的学习，排除用镁、铁、铜来做燃烧法测定空气中氧气的含量实验，初步形成一种决策能力。

师：［提问］肯定不选用什么？还不选用什么？为什么？

生：肯定不用铁和铜丝，因为它们一般在空气中不能燃烧。也不用镁，因为它还消耗氮气、二氧化碳、水蒸气。

师：如何设计实验装置呢？

师：固态可燃物装在燃烧匙中燃烧，一定量的气体装在集气瓶中，如何指示被消耗氧气的多少呢？

生：可用倒吸的水指示。

［投影］组装：

进行实验：（先说明实验注意事项：红磷装在燃烧匙中，瓶内预先装水到最下刻度线，弹簧夹夹在乳胶管的正中间，点燃后迅速伸入瓶中并塞紧，只做一次，短时间重复时瓶内气体中氧气已消耗一些，误差大。）

［投影］实验步骤：

（1）连接装置，检查气密性，夹好弹簧夹。

（2）往燃烧匙中装入过量可燃物。

（3）点燃酒精灯，引燃可燃物。

（4）立即将燃烧匙伸入集气瓶中并塞紧。

（5）燃烧停止后冷却。

（6）打开弹簧夹，读数，稳定后上传实验成果。

生：开始实验，成果展示。

师：大家对比实验结果，蜡烛的倒吸的水均少于1/5；红磷的倒吸的水均在1/5左右。

得出结论：选用红磷燃烧测定空气中氧气的含量；氧气约占空气体积的1/5。

［板书］

重要现象：白烟，1/5

结论：氧气约占空气体积的1/5

设计意图：按科学探究的一般步骤来进行，以加深学生对科学探究的理解，包括初步让学生学会设计实验装置。通过学生自己的实验，培养学生小组合作意识，培养学生动手实验和思维能力。展示各小组的实验成果，进行比较便于得出蜡烛的倒吸的水均少于1/5；红磷的倒吸的水均在1/5左右，让学生感受到燃烧法测定空气中氧气含量通常选用红磷为燃烧物。

环节4：燃烧红磷法测定空气中氧气含量实验的误差分析

师：［问题3］但是用燃烧红磷测定空气中氧气含量的实验结果有一定的误差，这又是为什么？

师：（先拿出学生做出的偏小的实验燃烧装置）请思考为什么结果偏小？

生：漏气、红磷用量不足、冷却得不够。

师：（取一偏小但瓶底仍有红磷的实验燃烧装置）此组实验中并不是红磷用量不足，但可能是空气中氧气降到一定程度时红磷就不能燃烧了。

师：（拿出学生做出的偏大的实验燃烧装置）请思考为什么结果偏大？

生：点燃的红磷向瓶内伸时将瓶内气体受热膨胀，使瓶内气体变少。

师：如何避免热胀冷缩引起的这种误差并防止污染呢？

生：设法在瓶内点燃红磷。

设计意图：培养学生实验反思和分析问题的能力，也为后面说明拉瓦锡测定空气中氧气含量实验的科学性和手段的高明打下基础。

环节5：拉瓦锡测定空气中氧气含量实验分析

师：［问题4］历史上，拉瓦锡测定空气中氧气含量的实验是如何做的？请带着投影上的问题自学课本26页。

［投影］

（1）拉瓦锡的实验中连续加热了多少天？

（2）汞的液面上有什么现象？

（3）瓶内气体体积减少了多少？

（4）后来拉瓦锡还将这种红色固体加强热，又得到了什么？

（5）他得出的结论是什么？

生：自学书本第26页的内容。

师：用投影上的问题检查一下自学的效果。

组织学生讨论以下几个问题：

（1）装置为什么要密闭？

（2）这个实验在消耗氧气时就加热了12天，时间足够长有什么好处？

（3）为什么汞槽中玻璃钟罩内液面会上升？

（4）拉瓦锡的这个测定实验还有什么优点呢？

生：回答。

设计意图：培养学生自学能力，检查自学的效果，检阅学生对实验的理解，培养学生类似实验分析加工的能力、对学生知识迁移情况把脉。

环节6：重温化学史

师：［问题5］那么空气中是否只有氧气和氮气呢？又如何来证明？

（提供信息：氧气和氮气在一定条件下可以反应）

生：可设法将空气中氧气和氮气都反应除去。

师：有些科学家就是用这样的思路做实验的。

［投影］介绍：法国化学家拉瓦锡、英国科学家卡文迪许、英国物理学家瑞利、英国化学家拉姆塞等人的贡献。

［投影］介绍，人们已能精确测量空气成分（比如运用手持技术）。

请同学们看书27页了解一下具体数据。

空气中的成分按体积计算，大约是：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%、其他气体和杂质0.03%。

说明这是按体积计算，稀有气体并非一种气体，而是一些气体的总称。

生：看投影、思考倾听、思考和回答。

设计意图：让学生体会科学探究的艰辛历程，学习科学家的科学精神和科学态度，从而促进学生的学习。

环节7：课堂小结和布置作业

师：本节课我们获得了什么呢？

知识：空气中各成分的体积分数，测定空气中氧气含量的实验。

方法：等量代换的思想，利用物质消耗空气中氧气，根据气体体积的变化推测出氧气的体积。

情感态度与价值观：科学严谨认真的科学态度和科学精神值得我们学习和借鉴。

布置作业

生：倾听和感悟。

设计意图：突出过程与方法、情感态度与价值观方面的收获。

六、教后反思

整节课一共有七个教学环节，其中第三个教学环节即环节3“探究空气中氧气的含量”为本节课的重点，占用了本节课一半以上的时间。第二到第六环节的主线条都是由问题来引领一个生生或师生互动过程，在生生或师生互动中努力促成知识的生成、操作技能的培养、分析与思考的思维能力的发展。

教学过程中，设法引导学生对空气成分认识的逐步深入，发展学生的实验设计、实验操作和实验分析能力，让学生感受和学习科学家严谨的科学态度和科学方法。第一、学生对空气的认知，由“定性——空气中含有氧气、氮气、二氧化碳等气体”到“半定量——呼出气体中氧气含量降低了”再到“粗略定量——测定空气中氧气的含量”最后到“精确定量——科学前沿技术手段如手持技术，空气中各成分含量的具体数据”。第二、按照“探究前置、教材后移”的思路推进师生的活动，主体探究过程可分为四个步骤：学生捕捉空气并体验空气的存在；测定空气中氧气含量的探究活动；对燃烧红磷法测定空气中氧气含量的实验误差进行分析；自学拉瓦锡测定空气中氧气含量的实验。第三、通过空气成分发展史的教学，让学生明白化学史上对空气成分的认识也是逐步完善的。

这节课也有一些遗憾的地方。比如，没有在“宏观——微观——符号”之间建立联系：得出红磷燃烧反应的文字表达式后没有及时将红磷、氧气、五氧化二磷的化学式板书下来，而这是化学教学中的一项重要任务；刚学初中化学才几天的学生，探究如何测定空气中氧气的含量是有不小难度的，如学生已有物质与氧气反应只是蜡烛燃烧，我采用蜡烛和红磷分别燃烧的对比实验来观测氧气含量，并且在教学中设置了一些台阶，如通过气密性检查时松开手后水倒吸，加问一句倒吸的水的体积跟什么相等等等，台阶是否设置多了。像那个测定空气中氧气含量的实验装置能否由学生直接画图设计？这节课，才动用了一个班60%的学生，分了6个实验小组，每个实验小组6个学生，实验中还是有学生得不到动手的机会，只是增加了近距离观察的机会，我建议学校能增加化学实验员和化学实验室，给我们的学生更多的做实验机会。

七、结束语

这节课从开始备课就得到了江苏省盐城师范学院杨玉琴教授、盐城市教育科学研究院梁雪峰老师、东台实验中学郭春旺副校长的有力指导，试讲和录课时得到盐城市初级中学北校区化学教研组全体老师、初三北校区初三（4）班、（5）班、（6）班、（17）班等班级的班主任老师的大力支持和帮助，化学实验室朱均伟老师在学生分组实验器材准备上耗费了大量的精力，在此表示感谢！

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，2012：26-27

［2］于忠荣，仇建，朱永侃.“探究前置教材后移”教学实践研究［J］.中学化学教学参考，2014，（8）：28-30

［3］中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2012

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.03.026

文章编号：1008-0546（2016）03-0072-04

中图分类号：G633.8

文献标识码：B