發掘“氧氣的性質”有關實驗的教育功能

石 劍

（福州市晉安區教師進修學校，福建 福州 350011）

一、運用對比實驗，挖掘“氧氣的檢驗實驗”的安全教育功能

氧氣是生產生活中常用的氣體，但高濃度氧氣可能帶來的危險常常被忽視。因此，在“氧氣的檢驗實驗”中，教師可以通過對比帶火星的木條復燃、點燃的木條燃燒得更旺，讓學生認識到純氧可能帶來的危險，挖掘出實驗的安全教育功能。

對比實驗如下：①將帶火星的木條稍伸入盛滿氧氣的集氣瓶中，觀察到木條復燃時，迅速取出燃著的木條；②將這根燃著的木條再次伸入該集氣瓶中，觀察到木條燃燒得更旺。

學生匯報實驗現象后，教師追問：檢驗氧氣用帶火星的木條好，還是用燃著的木條好？從實驗得到啟示，生產生活中若氧氣泄漏出來，可能引發什么危險？從安全的角度看，在有高濃度氧氣的環境中要注意什么？

通過對比實驗與教師追問，學生在學會檢驗氧氣的同時，體驗了實驗方案的評價與優選，學習了關于氧氣的安全知識，初步樹立起正確使用物質的安全意識。

二、開發創新實驗，挖掘“探究氧氣密度比空氣大的實驗”的認識發展功能

目前，初中化學教材僅通過對比標準狀況下氧氣與空氣的密度數據，說明氧氣的密度比空氣略大。由于學生對氧氣密度比空氣大缺乏感性認識，很難理解“為什么盛滿氧氣的集氣瓶要瓶口向上放置”“為什么氧氣可以用向上排空氣法收集”等問題。因此，教師有必要設計“探究氧氣密度比空氣大的創新實驗”，促進學生認識由感性向理性發展，促進學生理解氣體的貯存、收集方法與氣體密度的關系。

學生觀察并匯報實驗現象：倒立的集氣瓶中木條不復燃，正立的集氣瓶中木條復燃。實驗引發學生思考，經過分析與推理，學生認識到：倒立的集氣瓶中木條不復燃，說明氧氣逸散了；正立的集氣瓶中木條復燃，說明氧氣仍在集氣瓶中。兩者對比，證明氧氣容易向下逸散，即氧氣比較“重”，易下沉。由此，學生得出氧氣的密度比空氣大的結論，理解了“為什么盛滿氧氣的集氣瓶要瓶口向上放置”。此實驗也有助于學生理解“為什么氧氣可用向上排空氣法收集”。

這個創新實驗促進了學生的認識發展。學生不僅學習了氧氣的密度知識，認識了密度比空氣大的氣體在空氣中會“下沉”，體驗了運用對比實驗比較氣體密度的簡單實驗方法，還理解了瓶口向上貯存氧氣、向上排空氣法收集氧氣的實驗原理。學生依據實驗證據進行分析推理的思維能力得到培養。學生可以把類似的實驗方法遷移運用于研究其他氣體，創新精神與實踐能力也得以培養。

三、追問實驗現象，挖掘“木炭燃燒實驗”的觀念建構功能

“木炭燃燒實驗”的教學功能通常被認為是通過該實驗培養學生觀察、記錄實驗的能力，促進學生掌握木炭在氧氣中和空氣中燃燒的化學反應。僅僅認識該實驗的這些功能，未免太狹隘了。教師還可以通過追問實驗現象，促進學生建構化學基本觀念。

1.追問“異常”現象，培養學生變化觀

實驗前，教師讓學生猜想：將木炭放入盛滿氧氣的集氣瓶中，會觀察到什么現象？學生猜想：可能會觀察到劇烈燃燒的現象。于是，教師夾取木炭伸入氧氣中，并沒有出現預期的現象。教師追問：木炭怎么沒有燃燒？學生這才領悟到：沒有給木炭提供點燃條件，反應不會發生。

教師通過追問，使學生明白了“化學變化的發生往往需要一定的條件”，培養了學生的變化觀，也便于學生理解“用文字表達式或化學方程式表示化學反應時，漏寫反應條件為什么是錯誤的？”

2.追問現象差異的宏觀原因，培養學生變化觀、分類觀

教師問：木炭在空氣或氧氣中燃燒都是與氧氣反應，為何燃燒現象不同？

學生答：因為氧氣的純度不同，空氣中氧氣的體積分數僅為21%。

教師追問：由此可見，化學反應的劇烈程度與什么因素有關？

學生答：反應物純度的高低對化學反應有影響，相同條件下，反應物越純，反應越劇烈。

教師再追問：若要通過實驗研究某物質的化學性質，應該用純凈物還是用混合物？請說明理由。

學生答：最好用純凈物做實驗。因為如果用混合物做實驗，可能會產生不同的現象甚至產生干擾現象，使實驗缺乏說服力。有時兩者都用，通過對比更能說明問題。若混合物中其他成分對實驗不影響，才可以用混合物進行實驗。

教師追問實驗現象差異的宏觀原因，促進了學生對實驗的深度分析。學生的認識經歷了由表及里、由感性向理性發展的過程，對“反應物純度對化學反應快慢的影響”“為什么要用純凈物開展對物質的研究”等問題的認識更加深刻，培養了學生變化觀與分類觀。

3.追問現象差異的微觀原因，培養學生微粒觀

科粵版九年級化學教材中氧氣的性質學習安排在分子、原子等微觀知識學習之后，這為學生從微觀視角解釋實驗現象差異創造了有利條件。

教師展示木炭在空氣、氧氣中的微觀模型圖（見圖1），追問：從微觀的角度怎么解釋碳在氧氣中燃燒比在空氣中燃燒更劇烈？學生讀圖后回答：因為在氧氣中碳原子接觸氧分子的機會比在空氣中大，所以碳在氧氣中反應更劇烈。

圖1 木炭在空氣、氧氣中的微觀模型圖

教師結合微觀模型圖的追問，促使學生建立宏微結合的認識思路，理解了實驗現象差異的微觀原因，培養了學生微粒觀。

四、改進實驗步驟，挖掘“鐵絲燃燒實驗”的啟迪思維功能

為了挖掘“鐵絲燃燒實驗”的啟迪思維功能，教師可以對該實驗步驟作如下改進。

步驟1：將細鐵絲繞成螺旋狀，在酒精燈上加熱至紅熱；

步驟2：將紅熱的鐵絲伸入充滿氧氣的集氣瓶中，鐵絲不燃燒；

步驟3：在鐵絲上系半根火柴，點燃鐵絲上的火柴，待火柴快燃盡時，將鐵絲迅速伸入盛滿氧氣的集氣瓶中（瓶底裝有少量水）。

學生匯報實驗現象后質疑：為什么要在集氣瓶底裝少量的水？經過思考，問題迎刃而解：觀察仔細的學生認為，實驗中觀察到紅熱的熔化物滴落下來，在瓶底裝水的目的是防止集氣瓶底受熱不均而炸裂。

步驟4：將鐵絲與瓶底的黑色固體分別加入兩支試管，加入等量鹽酸，做對比實驗。

學生觀察到：鐵絲與鹽酸反應產生氣泡，而黑色固體在鹽酸中無明顯現象。

經過思考，學生認識到：鐵絲燃燒所得的黑色固體與鐵絲的性質是不同的，證明鐵絲燃燒生成了新物質。教師這才告訴學生：經檢驗，黑色固體是四氧化三鐵。

通過改進實驗步驟，“鐵絲燃燒實驗”的啟迪思維功能得以發揮。教師不是把成功的實驗直接展示給學生，也不是把遇到的問題答案直接告訴學生，而是利用實驗啟迪學生思維，運用實驗為學生提供證據，促使學生通過思考、分析，找出解決問題的方法，領悟實驗中蘊含的道理，體驗科學探究的樂趣。

［1］教育部.義務教育化學課程標準(2011版)［S］.北京：北京師范大學出版社,2012.

［2］何彩霞.賦予學習內容更豐富的內涵與價值［J］.教學儀器與實驗,2016(2).