初中化学探究性实验教学的实践与研究——以“物质在氧气中燃烧”为例

湖北省赤壁市第一初级中学(437300) 任和林

湖北省赤壁市教学研究室(437300) 周建国

湖北省咸宁市教育科学研究院(437000) 姚志红

化学研究的最终价值在于运用探究性实验是有效激发学生学习兴趣的重要途径，更是培养学生科学探究与创新意识的重要载体。笔者以“物质在氧气中燃烧”的实验教学为例，引导学生对教材实验拓展延伸，改进实验方法，优化实验效果，使实验操作更简便、实验现象更明显、实验过程更环保、实验结果更准确。

1 背景分析

1.1 教材分析

“物质在氧气中燃烧”的实验是人教版第2单元课题2“氧气”中的内容。氧气是学生认识具体物质及其变化规律的开始和典型代表，是从化学学科特征出发，运用实验方法研究物质的开始。本课题通过实验，让学生初步认识研究物质性质的一般方法，为后续其他物质的学习奠定基础，是培养学生科学探究能力和创新思维能力的最佳素材。

1.2 学情分析

学生对氧气已经有所了解，知道氧气的一些性质，具备一定的认知基础，但认识较为感性，不会从化学的视角去思考问题，更不会用探究的方法去学习。因此，教师在学生初步掌握化学实验基本操作和技能的基础上，精心设计学生实验探究活动，利用学生思维活跃，探究欲强，对化学实验充满兴趣的特点，充分调动学生的学习积极性，进一步激发学生学习化学的持久兴趣。

2 教学过程

2.1 提出问题

师：铁丝在氧气中燃烧是检验氧气性质的一个重要实验，刚才同学们实验时，发现实验现象不稳定，燃烧时间短。为了使铁丝在氧气中燃烧的现象更明显、更持久，我们如何改进实验。

设计意图：学生对铁丝燃烧实验有着浓厚的兴趣，以兴趣为基础，以问题为驱动，引导学生深入思考，充分调动学生的积极性,从而产生内驱力，使其思维活动达到最佳状态，激发学生的探究动机和探究潜能，并内化为学生的化学学科核心素养。

2.2 探究活动

2.2.1 探究一：铁丝燃烧的实验改进

师：实验中用的是细铁丝，能否改用粗铁丝。

学生讨论：铁丝燃烧的剧烈程度是否与铁丝的粗细有关。

学生活动：对比直径为0.15 mm、0.30 mm、0.40 mm、0.60 mm 4种规格的铁丝在氧气中燃烧的现象(见图1)。通过多次实验发现，0.15 mm的铁丝偏细，容易烧断，现象也不够明显；0.60 mm的铁丝偏粗，不易燃烧；0.30 mm和0.40 mm的铁丝燃烧剧烈，现象明显。

图1 不同规格的铁丝在氧气中燃烧

结论：铁丝燃烧的剧烈程度与铁丝的粗细有关，直径为0.30～0.40 mm的铁丝较为合适。

师：选取合适规格的铁丝后，在其下端系一根火柴，用于引燃铁丝，但火柴燃烧生成的黑色固体却对实验现象有一定干扰，如何避免这种干扰？

生：可以改变引燃铁丝的方式。

师：改用什么方式比较合适呢？

学生讨论：可以用酒精代替火柴来引燃铁丝，因为酒精易燃，且燃烧的生成物不会干扰实验现象。

学生活动：将0.40 mm铁丝的一端绕成螺旋状，用螺旋状的前端蘸取酒精，点燃后放入氧气中，观察到铁丝成功被引燃。

结论：可以用酒精引燃铁丝，操作简便，成功率高，实验效果好。

师：蘸取酒精能成功引燃铁丝，但铁丝未烧尽就熄灭了，这是为什么？

生：因为燃烧消耗了集气瓶中的氧气，铁丝因氧气不足而熄灭。

师：如何提供足够的氧气，使铁丝持续燃烧呢？

学生讨论：将铁丝在氧气瓶中燃烧改为在氧气流中燃烧，边燃烧边供氧。

师：如何实现持续不断的供氧？

生：在氧气瓶的侧面打一个圆形小孔(见图2)，通过小孔不断向集气瓶内通入氧气，提供连续的氧气流。

图2 打孔集气瓶

师：要使铁丝持续燃烧，就要保证氧气流有一定的速率，如何控制并监测氧气流的速率呢？

学生讨论：可以用过氧化氢溶液制取氧气，并通过分液漏斗来控制生成氧气的速率。受医院给病人输氧的启发，将氧气通入装有适量水的集气瓶中，通过瓶中产生气泡的快慢来监测氧气的速率。

学生活动：根据改进实验方案进行实验。(见图3)A处利用分液漏斗来控制过氧化氢溶液生成氧气的速率；B处集气瓶中加入适量水，通过瓶中产生气泡的快慢来监测氧气的速率；C处打孔的集气瓶既是收集氧气的容器，也是物质燃烧的容器，因氧气不断通入，铁丝持续剧烈燃烧，火星四射，直至烧尽，现象非常明显。

图3 实验装置

结论：铁丝在氧气流中能持续剧烈燃烧，直至烧尽，现象明显、持久。

设计意图：关注学生的实验设计能力，引导学生探究，让学生在已有化学知识和实验技能的基础上，通过讨论设计恰当的实验改进方案，在这个过程中，提高学生的科学探究能力和创新思维能力。

2.2.2 探究二：木炭燃烧的实验改进

师：铁丝在氧气中燃烧的改进装置是否适用于木炭在氧气中持续燃烧呢？怎么检验木炭燃烧的生成物？

生：适用，可以将生成的气体导入澄清石灰水。

学生活动：取一小块木炭放在燃烧匙上，在酒精灯上点燃，观察到木炭在空气中燃烧发出红光，伸入打孔集气瓶，塞紧橡胶塞，由于不断通入氧气，木炭持续燃烧，发出强烈的白光，现象十分明显。为了检验生成物，将生成的气体导入到装有澄清石灰水中的试管中，发现澄清石灰水变浑浊，说明木炭燃烧生成了二氧化碳气体。

结论：木炭在氧气中燃烧比在空气中更剧烈，且生成了二氧化碳气体。

2.2.3 探究三：硫燃烧的实验改进

师：改进装置适用于木炭燃烧实验，那是否也适用于硫燃烧实验呢？

生：不完全适用。因为硫燃烧生成的二氧化硫是一种有毒的气体，逸散到空气中会污染环境。

师：如何避免二氧化硫污染环境？

学生讨论：可以将生成的二氧化硫导入到装有浓氢氧化钠溶液的洗气瓶中进行吸收。

学生活动：取少量硫放在燃烧匙上，在酒精灯上点燃，观察到硫在空气中燃烧发出微弱的淡蓝色火焰，并闻到轻微的刺激性气味，伸入打孔集气瓶，塞紧橡胶塞，观察到硫在氧气流中持续燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，直至硫消耗完全。为避免污染环境，利用不断通入的氧气将二氧化硫导入到装有浓氢氧化钠溶液的洗气瓶中充分吸收。

结论：硫在氧气中燃烧比在空气中更剧烈，且生成的二氧化硫气体能被浓氢氧化钠溶液吸收。

设计意图：通过对实验进行绿色化的设计，解决了实验带来的环境污染问题，在潜移默化中对学生进行绿色化学理念的教育和渗透，培养学生良好的环境保护意识。

3 实验教学反思

3.1 开展实验探究，提高学生探究能力

挖掘教材实验中值得探究的问题，培养学生探究能力。教师要根据客观条件和学生认知特点，着力深挖教材的实验潜力，将一部分验证性实验改为探究性实验，让学生参与整个探究过程，学习探究方法，提高探究能力。教材上铁丝在氧气中燃烧的实验学生兴趣极大，但由于集气瓶内储氧量有限，铁丝燃烧时间较短，难于满足学生的观察需要。如何让铁丝在氧气中持续剧烈燃烧呢？教师以此来创设探究性问题情境，营造积极的探究氛围，使学生心理上产生一种悬而未决但又必须解决的求知状态，激发学生强烈的探究欲望,从而使学生以最佳的精神状态投入到探究问题中。

开展实验探究重在从学生实际出发，充分发挥学生的主体探究作用。努力营造宽松愉快的探究环境，让中心探究点以五彩缤纷的形式呈现出来。不断利用问题驱动学生，积极主动地开展实验探究活动，将他们巨大的探究潜力转换成现实的探究能力。

3.2 优化实验方案，激发学生创新热情

教师引导和启发学生根据具体问题创新设计解决问题的新方案，使实验教学过程成为提高学生创新能力的过程。教材上硫在氧气中燃烧的实验是利用集气瓶中的水吸收生成的二氧化硫，防止污染空气。但在实际过程中，因为二氧化硫在水中的溶解性不大，所以用水吸收的效果并不好，且由于燃烧匙伸在瓶内，使玻璃片不能将瓶口完全盖严，导致部分二氧化硫从瓶口逸散到空气中，造成污染。学生思考、讨论后，设计出改进实验方案，用橡胶塞代替玻璃片来形成密闭体系，并利用氧气流将二氧化硫导入到浓氢氧化钠溶液中进行充分吸收，有效减少了对环境的污染。

领悟实验创新的精髓，学习实验的改进创新的方法。在初中化学实验教学中，教师要把科学探究与创新意识贯彻到每一个环节之中，设计行之有效的实验教学活动，引导学生优化实验设计，让学生认识到教材上的实验设计不是唯一的，可以根据需要和实际情况进行改进，激励学生克服思维定势，敢于提出有新意、与众不同的实验方案，亲身参与到实验探究中，培养学生的探究能力、思维能力和创新能力，为学生化学核心素养的培养奠定基础。