实践中发现问题探索中改进实验

刘颖异

摘要：学生通过实验发现《空气中氧气含量的测定》实验的缺陷，教师带领学生将实验中可能会发生误差的操作或仪器缺陷逐一修正或改进，提出实验改进的方向，进而提出该实验的一种新的改进案例。

关键词：初中化学；实验改进；创新教学；探究合作

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2021）05-0097

《国家中长期教育改革和发展规划纲要》强调“坚持以能力为重”，把“创新人才培养模式”作为人才培养体制改革的重要内容[1]。在初中化学的实验教学中，教师应不局限于课本实验的演示，而应将学生作为课堂的主体，有意识地带领学生思考实验的改进方法和策略，从而培养学生“实验探究与创新意识”的化学学科素养。

从初中化学来看，《空气中氧气含量的测定》这一实验是学生接触到的第一个比较系统和深入的实验，对学生学习氧气的化学性质以及之后的各大实验起到了奠基的作用，因此说这一实验是初中化学实验的入门课题也不足为过；从《空气》这一节来看，学生首先了解拉瓦锡实验，大致明白测定空气中氧气含量的方法，而后学习教材对拉瓦锡实验的改进实验，再通过改进实验的结论深入学习空气中的各成分以及纯净物混合物的概念，因此，这一实验起到了重要的承上启下的作用。

《空气中氧气含量的测定》重点是要学生掌握实验的原理、过程、现象、结论；难点是要突破实验失败原因的排查。化学教师在进行这项演示实验的时候，会发现学生很难掌握该实验的重难点，因此笔者认为增强学生的实验体验感及改进实验是非常有必要的。

如何让学生在学习这一节实验中对实验有着深入本质的了解。笔者认为教师应进行教学资源的铺垫，学生通过整合自己已有的认知，在完成任务中获取信息，对自己的思维合理性进行主动、自觉的判断以及对自己的思维过程进行调节，加深对主题和过程的理解。教学中笔者采用了实验探究法、小组合作法、以及列举缺点法让学生在探究和讨论当中碰撞出智慧的火花。

实验教学设计流程简述如下：

首先教师可以以翻转课堂的形式让学生预习一遍教材演示实验，然后在课堂上提供资源让学生动手实操，学生小组讨论步骤、记录现象、以及分析结论。在这个过程当中，肯定有一些小组会实验失败的，那么教师不必惊慌，我们完全可以善加利用让他们自己去总结实验失败的原因，从而加深他们的理解和记忆，学生体验到实验的不便之后会发现我们的教材实验是有明显的缺陷的。首先实验的操作较为繁杂：1.实验前要检查装置的气密性；2.实验当中燃烧匙地伸入集气瓶不得过慢；3.实验后要等装置完全冷却后才能打开止水夹。在如此繁琐的操作下，实验的成功率是不高的。并且，不管燃烧匙地伸入如何快速，总会有些五氧化二磷会逃逸到空气当中，污染空气，这与我们目前提倡的环保理念是不相符合的。

这时，学生已经饶有兴趣想要思考改进实验。教师不应该简单地给学生展示优秀的改进实验案例让学生去认知改进实验的优点，而是应该进一步地去引导、指导学生讨论如何去改进实验、创新实验。教师把学生在进行讨论过程中形成的标准用科学规范的语言进行提炼、整合，从而形成师生共同认可的标准。[2]笔者和学生一起设计了如下这张表格，带领学生将此实验的缺陷逐一列出，让学生进行小组讨论，再将每一项缺陷逐条改进从而去避免实验当中可能会出现的失误。

学生在讨论和改进的过程当中会萌发出很多奇思妙想。课堂上，有学生认为可以用电热丝去引燃白磷，也有学生认为可以用电吹风热风来引燃白磷，从而达到消耗氧气的目的。这些想法都是非常有创意的，学生的思维也得到了进阶。这些改进实验的优点在于装置的体系完全密封，避免了燃烧匙伸入集气瓶过慢的问题。然而通过观察我们发现，实验中使用了橡皮塞，那么也就是说装置还是具有漏气的可能性；并且实验中用到导管，导管中可能会残留水分影响实验结果。因此我们可以再做进一步的优化。

最终笔者带领学生讨论出一个关于《空气中氧气含量的测定》的较为简便的实验设计。它的实验原理是利用白磷缓慢氧化，消耗试管中的氧气。装置中提供热水，给白磷提供一个较高的温度，从而加快白磷的氧化速率，使得我们的实验在三到五分钟就能完成，具体实验操作流程如下：

首先在烧杯当中倒入热水，用镊子将白磷夹出放于试管当中，卡入玻璃丝球，玻璃丝球的作用是卡住白磷以免掉落。将试管倒立固定于热水面上，在热水的作用下白磷迅速氧化生成大量白煙，水面不断在试管当中攀升，最终停留在试管体积约为1/5的位置。为了让我们的实验结果更为准确更加具有说服力，我们可以将试管中的这部分水取出，用量筒测量一下体积，如试管的体积为20毫升，经过测量，倒入量筒中的水的体积约为4毫升，所以上升的水约占试管体积的1/5，从而我们可以得出氧气约占空气体积1/5这一结论。

这一实验的优点在于实验的操作非常简单明了；精简了实验仪器，简化了实验步骤；整个体系完全处于密封状态，因此实验的成功率大大得以提高；并且在这个实验当中，笔者并没有提前将试管分为5等份，取消预设，用定量分析代替定性分析，使得实验结果更加精准、探索意味更为浓厚；最后生成的五氧化二磷几乎完全没有逃逸到空气中，达到绿色环保的要求。

纵观这个实验的设计流程，实验中让学生动手操作实验，增强了学生的体验感和参与感，使得学生记忆更为深刻；简化了实验方案，降低了实验误差；并且不仅仅是让学生看到改进实验的优点，而是让学生体验到改进实验的设计思路，增强了学生的创新意识。

参考文献：

[1] 《教育规划纲要》工作小组办公室.教育规划纲要学习辅导百问.北京：教育科学出版社，2010：33.

[2]唐云波.初中化学“教·学·评一体化”教学模式的构建与实施[J].化学教育，北京：化学教育杂志社，2013. （6）：50-54.

（作者单位：广东省深圳市宝安区新安中学（集团）初中部 518101）