在“5E學習環”中智慧呼吸
——“空氣”第1課時創新教學案例

鄧七梅盧天宇

（深圳中學龍崗初級中學廣東深圳518172）

在“5E學習環”中智慧呼吸
——“空氣”第1課時創新教學案例

鄧七梅盧天宇

（深圳中學龍崗初級中學廣東深圳518172）

運用“5E學習環”搭建“空氣”第1課時教學環節，史實微課激趣導入→剖析經典引出問題→合作探究改進儀器→拓展交流智慧碰撞→多維評價師生共進。改進裝置解決了教材裝置存在的問題，促進學生思維從定性分析轉向定量分析，達成了高效課堂。

5E環；氧氣含量測定；創新教學

一、實驗創新說課比賽的驅動

2016年，深圳市舉行了第四屆全國中小學實驗說課比賽選拔賽。我參賽選擇的實驗教學主題是“探究空氣里氧氣的含量”。這內容屬于人教版九上第二單元課題1“空氣”第一課時，知識目標是認識空氣的成分，初步學會探究空氣中氧氣的含量。由于學生初次接觸化學物質，教材從學生最熟悉的空氣入手，符合學生的認知規律，又能自然地過渡到氧氣等內容，可以讓學生初步體驗科學探究的過程與方法。學生在過去的學習及日常生活的積累中，對空氣已經有了一定的了解，但都顯得比較零碎，不夠深入，抽象思維能力與科學實驗探究能力較弱。

已有不少同行對“探究空氣里氧氣的含量”這一實驗進行改進，如何推陳出新是實驗教學創新的關鍵點。在實驗比賽的驅動下，我們備課組群策群力，研討出教學基本思路：通過引導學生設計改進方案探究氧氣含量達成知識與方法目標；在了解化學簡史及實驗探究過程中，促進學生認識到科學探索需要實事求是、不斷創新的精神；教學的重點是用定量分析的方法探究空氣中氧氣的體積分數；教學的難點是理解實驗原理，分析裝置中的優缺點并加以改進。

二、在“5E環”中呼吸智慧

“5E學習環”（5E learning cycle）源于美國，是由美國科學教育家貝比開發的一種基于建構主義理論和概念轉變理論的教學模式，描述了一種能用于總課程、具體學科課程或校本課程的教學程序。該理論認為，高效的學習過程包含以下五個階段：引入（En?gage）、探究（Explore）、解釋（Explain）、拓展（Extend）以及評價（Evaluate）。因為五個階段的首字母都是“E”，所以被稱為“5E學習環”［1］。

我們運用“5E學習環”搭建“空氣”第1課時教學環節：史實微課激趣導入→剖析經典引出問題→合作探究改進儀器→拓展交流智慧碰撞→多維評價師生共進。以任務驅動的形式組織學生分析討論、展開合作探究，取得不錯的教學效果，以下為教學片斷記錄。

1.史實微課激趣導入

［教師］播放微課視頻“化學之父拉瓦錫”，引導學生思考一個問題，拉瓦錫是怎么發現空氣成分的？

［學生］觀看微課視頻。

［設計意圖］以微課的形式切入，激發學生對科學史的興趣。展示拉瓦錫在化學上的貢獻，為學生分析拉瓦錫研究空氣成分的裝置及原理埋下伏筆。

2.剖析經典引出問題

［教師］教材上設置的經典實驗（如圖1），閱讀書上的實驗操作步驟，實驗過程有哪些注意事項？大家把想到的問題提出來。

圖1 測定空氣里氧氣的含量實驗裝置（人教版九上第27頁）

［學生］閱讀討論，交流問題：（1）集氣瓶內預先放水之后怎么五等劃分瓶內空氣？（2）為什么紅磷燃燒后要迅速伸進集氣瓶？（3）為什么要冷卻至室溫才打開彈簧夾？（4）打開彈簧夾，水有可能倒流，原理是什么？

［教師］點撥學生用等量替換的方法，用水測出集氣瓶的容積。請同學們帶著問題，分組進行動手實驗。

［學生］進行實驗，交流實驗現象與實驗結果。

［教師］為什么各個小組的進水量不一樣？有的小于五分之一，有的約等于，有的大于？結合誤差分析一下這套裝置的不足之處。

［學生1］裝置容易出現氣密性不良，我這組裝置剛剛出現漏氣。

［學生2］我們將集氣瓶內空氣體積劃為五等分時比較粗略，可能會導致不等于五分之一。

［學生3］玻璃導管和橡膠導管難以充滿水，吸上來的水殘留在其中，進不到集氣瓶。

［學生4］點燃紅磷后需迅速伸入集氣瓶，易出現操作滯慢。

……

［教師］展示他人的改裝圖（見圖2），啟發學生對比分析，說出裝置解決了什么問題，還存在什么不足？

圖2 測定空氣里氧氣的含量的常見實驗改進

［學生們］這4套裝置都解決了瓶外引燃導致的污染問題，但A裝置的氣密性要求很高，B中太陽光在實驗室中不能保證，C中空氣總體積很難準確測量，D中也是簡略的測量。總之，都存在一定的局限性。

［設計意圖］讓學生動手體驗，初步學會測定空氣中氧氣含量的方法。誤差分析及展示常見的實驗改進方案，拓寬學生對知識應用的思路，激發學生自主改進實驗裝置的勇氣。

3.合作探究改進儀器

以此為契機，我提供實驗室中常見的器材、生活中常用的注射器、輸液管等，組織學生展開頭腦風暴式地討論，一套亮眼的裝置全新出爐（見圖3）。針筒替代燒杯，輸液管替代玻璃管和橡膠管，調節閥替代彈簧夾，硫酸銅溶液替換水，白磷替換紅磷。

圖3 測定空氣里氧氣的含量的改進裝置

［教師］怎么計算空氣中氧氣的體積分數？

［學生甲］將硫酸銅溶液下降的體積記為V降，用排水法測定試管容積記為V試管，氧氣的體積分數=V降/ V試管×100%。

［教師］說一說這套改進裝置有哪些優點？

［學生乙］針筒上刻度十分清晰，方便我們讀取數據。

［學生丙］硫酸銅溶液替代水，有顏色方便觀察，噴泉現象帶來很好的視覺沖擊。

［學生丁］輸液管內容易充滿溶液，開關靈活，止水效果好。

［教師］改進裝置所用器材簡單易得，氣密性好，避免污染。整套裝置設計嚴密，減小了實驗誤差，便于我們準確地通過計算得出結果，不用大概地估算氧氣含量。

［設計意圖］自制儀器、合作探究，學生動手又動腦，從生活尋找到創新源泉。最后階段，顯著的實驗現象、可視化的數據，讓學生的定量分析思維就此扎根，為學生提升創新素養開啟了智慧之門。

4.拓展交流智慧碰撞

［教師］各小組來分析一下數據。

［學生們］匯總數據，如表1。

表1 各小組測定空氣中氧氣含量的數據匯總表

［教師］第6小組的同學說一說偏差較大的原因？

［第6小組代表］可能是我們小組選的白磷顆粒太小，燃燒不充分。

［教師］成功的小組，分享一下剛剛操作的核心要點？

［第2小組代表］我們發現，要把針筒內注滿硫酸銅溶液，就應該打開調節閥，先排干凈輸液管內的氣泡。針筒內再定容50mL的硫酸銅溶液。

［第5小組代表］點燃酒精燈給白磷加熱，預熱試管后集中加熱，看見生成大量白煙時移開酒精燈。反應片刻后，再用酒精燈加熱一下，確保試管內氧氣被消耗完。

［設計意圖］組織學生進行小組展示交流，生生互助，智慧碰撞，促進學生們更深入地理解實驗的操作細節，更全面地認識自主改進的實驗裝置。

5.多維評價師生共進

為了促進師生之間的交流與反思，設計了一個課后互動評價環節。小組長填寫小組成員合作評價表，各組成員給授課教師提一提意見或存在的疑問。教師查閱小組成員合作評價表，給予各個小組及成員量化評價，評價還要結合學生課堂上是否積極發言，是否為小組提出建設性意見等課堂生成行為。

三、教學設計要直面學生真探究

縱觀整堂課，師生在“5E學習環”中實現了教與學的層層遞進，環環深入。導入環節微課激趣，學生領略到豐富的化學文化遺產。剖析經典裝置，喚醒了學生的安全環保意識，激發了他們的創新欲望。合作探究改進，促進學生的探究思維從定性分析轉向定量分析，更符合科學探究的邏輯性與嚴謹性。總之，學生在這趟探究之旅中真正實現了深呼吸，體驗到了化學實驗的創造之美。教師們在教學中要充分考慮學情所需，直面學生真探究的設計，學生的科學素養一定能在化學課堂上得以進步發展。

［1］張文林等.基于“5E學習環”的化學概念教學初探［J］.中學化學教學參考，2015（8）:12

1008-0546（2017）09-0041-02

G632.41

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2017.09.012