對(duì)“測(cè)定空氣中氧氣的含量實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)反思

王剛盛

摘要： 針對(duì)當(dāng)前“測(cè)定空氣里氧氣的含量”的實(shí)驗(yàn)研究中出現(xiàn)的淡化化學(xué)味、夸大實(shí)驗(yàn)尾氣危害及忽視化學(xué)實(shí)驗(yàn)的工具屬性等傾向， 結(jié)合教學(xué)實(shí)際，從實(shí)驗(yàn)原理探究、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和化學(xué)史的教育價(jià)值三個(gè)方面對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行重新定位。

關(guān)鍵詞： 氧氣含量測(cè)定； 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)； 化學(xué)史教學(xué)； 教學(xué)反思

文章編號(hào)： 1005-6629（2018）4-0056-03 中圖分類號(hào)： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

九年級(jí)《化學(xué)》上冊(cè)選擇空氣為主題開(kāi)始單元教學(xué)活動(dòng)，開(kāi)啟學(xué)生化學(xué)之旅，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入化學(xué)世界探索物質(zhì)奧秘，是符合“從學(xué)生熟悉的事物入手，進(jìn)行科學(xué)教育”原則的。

因此本課題受到同仁充分的重視，其中對(duì)“空氣中氧氣含量測(cè)定的實(shí)驗(yàn)”的研究和改進(jìn)，屢現(xiàn)于各類教學(xué)競(jìng)賽和研究刊物中。但很多教師依然在課堂中會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題和差錯(cuò)。本文結(jié)合教學(xué)實(shí)際談?wù)効捶ê腕w會(huì)。

1 實(shí)驗(yàn)原理

很多教師把本實(shí)驗(yàn)原理的探究作為教學(xué)難點(diǎn)，甚至用半節(jié)課的時(shí)間來(lái)分析實(shí)驗(yàn)原理，而學(xué)生理解依然困難重重。究其原因是教師不能充分挖掘教材。教材用了近一頁(yè)篇幅介紹了拉瓦錫的研究方案，對(duì)其方案的剖析就是教學(xué)難點(diǎn)最好的突破口。在引導(dǎo)學(xué)生理解大氣壓強(qiáng)的基礎(chǔ)上分析拉瓦錫實(shí)驗(yàn)研究的過(guò)程，是很容易理解實(shí)驗(yàn)原理、突破教學(xué)難點(diǎn)的。對(duì)拉瓦錫實(shí)驗(yàn)原理的分析，可以借鑒如拔火罐、鋼筆打墨水或注射器吸水等淺顯易懂的生活經(jīng)驗(yàn)作引導(dǎo)，能很自然地過(guò)渡到教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的測(cè)定原理、實(shí)驗(yàn)裝置及藥品選擇等方面。教學(xué)中筆者首先在一支裝滿水的小試管上蓋上一張小紙片，然后倒立試管來(lái)讓學(xué)生感知大氣壓強(qiáng)的真實(shí)存在；同時(shí)組裝了如圖1裝置，通過(guò)拉動(dòng)注射器吸水來(lái)演示拉瓦錫實(shí)驗(yàn)原理。

圖1 演示拉瓦錫測(cè)氧實(shí)驗(yàn)原理裝置

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自2013年以來(lái)僅全國(guó)中文核

心期刊《化學(xué)教學(xué)》刊載的以“空氣中氧氣含量測(cè)定的改進(jìn)或創(chuàng)新”為題目的論文就達(dá)5篇。這些改進(jìn)中有改變引燃的方式，以電磁爐或高功率激光筆或蠟燭加熱銅絲并導(dǎo)熱來(lái)引燃紅磷的；有改變藥品的如部分或全部使用白磷，或使用銅粉代替紅磷的；也有在實(shí)驗(yàn)密封性上下足功夫的；還有通過(guò)套上氣球來(lái)擴(kuò)大容量，以防熱脹導(dǎo)致裝置迸裂的。2015年中國(guó)教育裝備行業(yè)協(xié)會(huì)組織的第三屆全國(guó)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)說(shuō)課活動(dòng)，初中化學(xué)一等獎(jiǎng)作品共七篇，其中李金靈老師和施秀美老師的作品均為“空氣中氧氣含量的測(cè)定”[1]。

各種改進(jìn)都有自己的精妙之處，如減小了實(shí)驗(yàn)誤差、提高了實(shí)驗(yàn)的精確度和成功率等，但不少也存在可商榷之處。

2.1 淡化了化學(xué)味

大多實(shí)驗(yàn)改進(jìn)并不比教材實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，有些甚至淡化了化學(xué)味。盡管在化學(xué)教學(xué)中我們常用很多生活用品來(lái)替代化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，也要求學(xué)生利用生活用品設(shè)計(jì)家庭小實(shí)驗(yàn)，但是生活用品是不能夠充分體現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的價(jià)值的。在化學(xué)成為一門獨(dú)立的學(xué)科以來(lái)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要是在晶瑩剔透的玻璃器皿中進(jìn)行的[2]，玻璃器皿能更直觀地展示化學(xué)之美。對(duì)處于化學(xué)啟蒙的九年級(jí)學(xué)生，以直觀的裝置去窺視化學(xué)世界會(huì)更符合學(xué)生認(rèn)知的規(guī)律。如果課堂出現(xiàn)太多的替代品，會(huì)給學(xué)生隨意感，使得化學(xué)學(xué)科的韻味淡化，不利于啟蒙階段學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕瘜W(xué)科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)。

2.2 夸大了實(shí)驗(yàn)危害

夸大了該實(shí)驗(yàn)紅磷燃燒產(chǎn)生的白煙對(duì)人體的危害程度。盡管燃燒產(chǎn)生的五氧化二磷屬于高危化工類產(chǎn)品，但是考慮到藥品的用量、紅磷點(diǎn)燃后在空氣中暴露的時(shí)間、產(chǎn)物以白煙狀分散及白煙向屋頂擴(kuò)散、教室的空間大小等因素，彌漫于室內(nèi)的微量白煙是不會(huì)對(duì)人體造成不適的。

近幾年來(lái)由于人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的污染給予充分的重視，但也有不少是過(guò)猶不及了。比如本單元硫在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)，所產(chǎn)生的二氧化硫會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不適嗎？多年教學(xué)實(shí)踐表明是否定的，其產(chǎn)生的刺激程度甚至低于一陣爆竹聲響之后的影響。所以教材設(shè)計(jì)時(shí)也僅僅是在集氣瓶中加少量的水，注重傳達(dá)愛(ài)護(hù)環(huán)境的意識(shí)。

筆者以為當(dāng)前很多課堂展示和實(shí)驗(yàn)改進(jìn)都過(guò)分夸大了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)程度。這讓學(xué)生對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了莫名的恐懼[3]。況且對(duì)這些現(xiàn)象的直觀感受是學(xué)生為數(shù)不多的與化學(xué)親密接觸的機(jī)會(huì)，我們不應(yīng)該剝奪學(xué)生這種體驗(yàn)化學(xué)的權(quán)利。

2.3 低估了對(duì)白磷采購(gòu)的困難

白磷（劇毒、易燃），根據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》受公安部門管制。隨著近幾年來(lái)該條例的嚴(yán)格執(zhí)行，使白磷的采購(gòu)異常困難。我校自2012年以后，通過(guò)各種途徑均無(wú)法采購(gòu)到白磷，以至于探究“燃燒條件”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在近幾年只能觀看視頻。

2.4 忽視了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的“工具”屬性

研究重點(diǎn)放在了如何減小實(shí)驗(yàn)誤差上，把“工具”當(dāng)成了“主干”。儀器、設(shè)備只是工具，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中扮演了中介的作用，儀器、設(shè)備又是隨著時(shí)代的進(jìn)步而變革的。化學(xué)課堂使用常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)，是允許出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)誤差的，甚至實(shí)驗(yàn)誤差可能包含了更多的教育功能。探究過(guò)程中的“方法”才是學(xué)生認(rèn)知的重點(diǎn)，如果僅僅關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用傳感器來(lái)測(cè)定肯定更為精確。

筆者一直在關(guān)注各種改進(jìn)，從實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果對(duì)比來(lái)看： 教材的方法依然是最令人滿意和稱道的。筆者要補(bǔ)充兩點(diǎn)： 按教材實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，要注意對(duì)橡皮管老化程度的檢驗(yàn)，有時(shí)檢查氣密性不會(huì)察覺(jué)到這一點(diǎn)，但由于橡皮管輕微老化在操作中會(huì)造成實(shí)驗(yàn)失敗，因此每年使用前應(yīng)及時(shí)更換橡皮管，進(jìn)行細(xì)致的氣密性檢查。另外可以選用大一些的集氣瓶來(lái)實(shí)驗(yàn)，對(duì)比250mL和500mL兩種集氣瓶，后者成功率明顯要高。

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果要有多維度的全面分析，充分挖掘教學(xué)內(nèi)容的功能價(jià)值，它不僅承載著知識(shí)本體的功能，也有著能力培養(yǎng)的功能。很多設(shè)計(jì)并不是在一次教學(xué)活動(dòng)中就能完成的，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ男纬刹豢赡芤货矶汀１緦?shí)驗(yàn)的改進(jìn)往往在學(xué)習(xí)了更多物質(zhì)性質(zhì)之后才能有效完成，但是可以將其他方案展示給學(xué)生，讓學(xué)生討論分析（如圖2）。圖3為學(xué)生完成了第八單元“金屬和金屬材料”后，根據(jù)鐵生銹實(shí)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)的： 同學(xué)們使用螺旋

圖2 空氣中氧氣含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)的其他方案

圖3 鐵粉生銹實(shí)驗(yàn)用于氧氣含量測(cè)定裝置

狀鐵絲、鐵粉等藥品，將鐵粉、活性炭與食鹽水均勻混合后附在試管壁上，可以在半小時(shí)左右看到液面上升約1/5。這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力，是我們對(duì)學(xué)生最為期盼的結(jié)果。

3 關(guān)于化學(xué)史的教學(xué)

新課程倡導(dǎo)教師“引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，啟迪學(xué)生的科學(xué)思維”[4]。充分利用教學(xué)資源，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)科學(xué)家的思維形成過(guò)程，讓學(xué)生在了解科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)中洞悉科學(xué)方法，為完善自己的思維汲取養(yǎng)分，應(yīng)成為課堂的重點(diǎn)，也是情感教育最直接的抓手。

以拉瓦錫研究空氣成分為代表的這100多年的化學(xué)史是化學(xué)科學(xué)發(fā)展的一個(gè)巔峰時(shí)期，涌現(xiàn)了一大批杰出的科學(xué)巨匠，如拉瓦錫、雷利、卡文迪許、舍勒、普利斯特里等，是課堂教學(xué)中要濃墨重彩去描繪的，汲取其中典型的化學(xué)史進(jìn)入課堂教學(xué)。首先，可借鑒拉瓦錫對(duì)氧氣含量測(cè)定的思想，以原理分析展開(kāi)教學(xué)；其二，雷利于1892年從含氮化合物中制得氮?dú)猓瑴y(cè)定密度為1.2505g/L，超出了實(shí)驗(yàn)誤差范圍，這一細(xì)微之處引起了他極大的關(guān)注，從而發(fā)現(xiàn)了氬，開(kāi)啟了稀有氣體研究的歷史；其三，拉瓦錫把科學(xué)實(shí)踐放到第一位，依靠實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論思維，勇敢地質(zhì)疑錯(cuò)誤的觀念和理論，使他成為化學(xué)科學(xué)事業(yè)的一位巨匠[5]。歷史告訴我們： 科學(xué)研究要有謹(jǐn)慎細(xì)微、見(jiàn)微知著的態(tài)度，科學(xué)前進(jìn)的步伐不是一帆風(fēng)順的，通往真相的往往是一條充滿荊棘的道路。而正是由于科學(xué)家鍥而不舍、忘我無(wú)私的勤奮努力，才成就了今天的知識(shí)繁榮。

“讓學(xué)生直接接觸學(xué)習(xí)領(lǐng)域中的現(xiàn)象，即真實(shí)的事物，幫助學(xué)生注意那些饒有興趣的現(xiàn)象，使他們參與其中，持續(xù)思考并為之驚奇”[6]。本課題能夠激發(fā)學(xué)生好奇心和學(xué)習(xí)興趣的，不僅有化學(xué)實(shí)驗(yàn)的精彩和巧妙的思想方法，還有那一段輝煌的化學(xué)史。而教師要做的，是把這些與教學(xué)目標(biāo)充分融合，高效地滲透入課堂，展示出化學(xué)的科學(xué)魅力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生感受化學(xué)之美，為學(xué)生的化學(xué)之旅布灑陽(yáng)光。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)教育裝備行業(yè)協(xié)會(huì).第三屆全國(guó)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)說(shuō)課活動(dòng)優(yōu)秀作品集[M].北京： 知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社， 2016： 176～182.

[2]陸軍.“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”中存在的問(wèn)題及其改進(jìn)對(duì)策[J].化學(xué)教學(xué)， 2015，（2）： 32.

[3]陸春華.論當(dāng)前初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的一些問(wèn)題及對(duì)策[J].化學(xué)教學(xué)， 2014，（5）： 49.

[4]中華人民共和國(guó)教育部制定.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京： 北京師范大學(xué)出版社， 2011.

[5]劉宗寅等.化學(xué)發(fā)現(xiàn)的藝術(shù)[M].北京： 中國(guó)海洋大學(xué)出版社， 2003： 20～29.

[6]陸軍.“讓教學(xué)成為研究”的歷程[M].南京： 東南大學(xué)出版社， 2016： 9～10.