基于科學思維培養(yǎng)的“氧氣”教學設計與實施

馬春秀 戴光宏

一、教學主題內(nèi)容分析

該節(jié)教學內(nèi)容選自人教版九年級《化學》上冊第二單元“我們周圍的空氣”課題2“氧氣”的新授課，是《義務教育化學課程標準（2022年版）》中“物質(zhì)的性質(zhì)與應用”“科學探究與化學實驗”主題的重要內(nèi)容。

二、教學思想與創(chuàng)新點

該節(jié)課將重點放在2個方面：一是通過引導學生整理反思對氧氣的認識，初步抽提出化學學科認識物質(zhì)的基本角度，并鞏固性質(zhì)與用途、存在等的關(guān)系；二是以化學變化概念為依據(jù)，將認識物質(zhì)化學性質(zhì)具體化為探究物質(zhì)能發(fā)生怎樣的化學反應，不僅搭建起性質(zhì)與變化的關(guān)系，同時構(gòu)建用實驗學習物質(zhì)化學性質(zhì)的一般思路與方法。

三、教學目標

1．通過實驗，認識氧氣的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)，能描述有關(guān)實驗現(xiàn)象，寫出有關(guān)反應的文字表達式。基于氧氣的性質(zhì)理解其應用，初步形成性質(zhì)決定用途的觀念。

2．通過對氧氣的學習，了解學習化學學科認識物質(zhì)的一般角度。

3．通過對氧氣化學性質(zhì)的探究，初步形成證據(jù)意識，構(gòu)建通過實驗學習物質(zhì)化學性質(zhì)的一般思路和方法，培養(yǎng)科學思維。

4．結(jié)合實驗的演示等，樹立自覺的實驗安全意識和環(huán)保意識，進一步理解化學對美好生活和社會發(fā)展的貢獻。

四、教學設計流程

教學設計流程如圖1所示。

五、教學過程

任務1：初識氧氣——學習化學學科認識物質(zhì)的一般視角

【教師】情境導人，展示丹霞山國家森林公園的圖片，請同學們根據(jù)生活經(jīng)驗和以前所學內(nèi)容，思考：關(guān)于氧氣，你知道哪些知識？你能從哪些方面描述它？

【學生】思考，討論后回答。如氧氣約占空氣體積的1/5，是無色無味的氣體，供給呼吸，支持燃燒等。

【教師】同學們對氧氣的描述，主要是指氧氣的存在、性質(zhì)、用途等，我們以后還要學習氧氣的組成決定了氧氣為什么跟其他物質(zhì)的性質(zhì)不同、我們怎樣獲取氧氣等。

【教師】化學學科認識物質(zhì)的一般視角包含物質(zhì)的存在、組成、性質(zhì)、用途、制取等。今天重點學習氧氣的性質(zhì)。

任務2：氧氣的物理性質(zhì)

【教師】展示一瓶氧氣，請同學們結(jié)合實物、生活經(jīng)驗描述和推斷氧氣的物理性質(zhì)。引導學生在課本上找出氧氣的密度、水溶性等信息，通過數(shù)據(jù)分析，得出氧氣的密度、水溶性、熔點、沸點以及氧氣的保存等。

【學生】通過觀察、聞氣味等方法，得出標準狀況下，氧氣是無色、無味的氣體。通過分析對比數(shù)據(jù)，得出氧氣的密度比空氣略大，不易溶于水。

【教師】歸納學習氣體的物理性質(zhì)一般包含的內(nèi)容，如氣體的顏色、狀態(tài)、氣味、密度、水溶性等。

任務3：氧氣的化學性質(zhì)

環(huán)節(jié)1：如何學習物質(zhì)的化學性質(zhì)

【教師】什么是物質(zhì)的化學性質(zhì)，我們應該如何學習物質(zhì)的化學性質(zhì)？

【學生】物質(zhì)在發(fā)生化學變化時所表現(xiàn)出來的性質(zhì)，叫物質(zhì)的化學性質(zhì)。所以我們要通過物質(zhì)的化學變化學習其化學性質(zhì)。

【教師】怎樣知道物質(zhì)發(fā)生的變化是化學變化（化學反應）？依據(jù)是什么？

【學生】有新物質(zhì)生成的變化是化學變化。所以判斷一個反應是否是化學反應，依據(jù)就是有無新物質(zhì)生成。

【教師】我們今天要學習氧氣的化學性質(zhì)，就需要看一看氧氣能跟哪些物質(zhì)發(fā)生化學變化，氧氣能跟哪些物質(zhì)發(fā)生化學變化呢？怎么知道發(fā)生的是化學變化呢？比如，生活中燒烤時我們用到木炭，木炭的燃燒，是與氧氣發(fā)生化學變化嗎？請同學們先猜測，并說出依據(jù)。

【學生】多數(shù)學生直接說出燃燒就是化學變化。

【教師】燃燒是一種現(xiàn)象，現(xiàn)象或生活經(jīng)驗不能作為推斷是否是化學變化的依據(jù)。推斷是否是化學變化的依據(jù)，是應該通過實驗，判斷有無新物質(zhì)生成。

環(huán)節(jié)2：氧氣與木炭反應

【教師】提出問題：木炭燃燒是與氧氣發(fā)生化學反應嗎？

【教師】實驗前，先強調(diào)實驗的注意事項，如注意安全，有序觀察，有序表達，根據(jù)實驗目的分析實驗現(xiàn)象得出結(jié)論。

【教師】演示實驗，在空氣中點燃木炭。

【學生】觀察現(xiàn)象，木炭在空氣中紅熱。

【教師】木炭在空氣中燃燒，發(fā)生紅熱，放出熱量。是否可以判斷是木炭與氧氣發(fā)生了化學反應？

【學生】不能。因為空氣中還有其他氣體。而且不能判斷有無新物質(zhì)生成。

【教師】演示實驗，將燃著的木炭慢慢伸人到盛有氧氣的集氣瓶中。

【學生】觀察現(xiàn)象并描述。木炭在氧氣中燃燒更加劇烈。

【教師】木炭在氧氣中燃燒更加劇烈，發(fā)出白光，放出大量熱量。是否可以判斷是木炭與氧氣發(fā)生的化學反應？

【學生】因為木炭是在盛有氧氣的集氣瓶中發(fā)生的反應，可以判斷是與氧氣發(fā)生的反應。但是，還不能判斷是否有新物質(zhì)生成，所以不能判斷是不是化學反應，需要進一步實驗。

【教師】演示實驗，迅速往集氣瓶中倒人少量澄清石灰水，振蕩。

【學生】觀察現(xiàn)象并描述。澄清石灰水變渾濁，說明有二氧化碳生成，說明是化學反應。

寫出文字表達式：

【學生】解決問題：在點燃條件下，木炭與氧氣發(fā)生化學反應，生成二氧化碳。

【教師】根據(jù)實驗現(xiàn)象分析得到，木炭可以與氧氣發(fā)生化學反應。對比木炭在空氣中與在氧氣中燃燒現(xiàn)象，有什么不同？

【學生】木炭在氧氣中比在空氣中燃燒更劇烈。

【教師】木炭在氧氣中比在空氣中燃燒更劇烈的原因可能是什么？氧氣與其他物質(zhì)反應也是這樣嗎？請同學們先猜測，并說出依據(jù)。

【學生】大部分學生回答可能跟氧氣的濃度有關(guān)，并猜測其他物質(zhì)跟氧氣發(fā)生反應，也應該有類似的現(xiàn)象。

【教師】那我們就通過氧氣跟其他物質(zhì)（如硫）的反應，來驗證同學們的猜測。實驗前，先通過回顧氧氣與木炭的反應，歸納通過實驗學習氧氣化學性質(zhì)的思路和方法。

環(huán)節(jié)3：歸納通過實驗學習氧氣化學性質(zhì)的思路和方法

【教師】引導學生根據(jù)氧氣與木炭反應的實驗，歸納出如圖2所示的用實驗探究的方法學習氧氣化學性質(zhì)的思路和方法。

環(huán)節(jié)4：氧氣與硫反應

【教師】提出問題：點燃條件下，氧氣與硫也能發(fā)生化學反應嗎？氧氣含量越高，反應也會越劇烈嗎？請根據(jù)實驗探究的思路，做出猜想，并設計實驗進行驗證。

【學生】根據(jù)氧氣與木炭的反應推測，氧氣應該與硫也能發(fā)生化學反應。而且，同樣也是氧氣含量越高，反應也會越劇烈。

【教師】如何驗證猜想？

【學生】通過實驗驗證。可以類比氧氣與木炭反應的實驗，比較硫在空氣中與氧氣中的反應，通過分析現(xiàn)象，判斷是否能燃燒，有無新物質(zhì)生成，是否在氧氣中比在空氣中燃燒更劇烈。

【教師】演示實驗，引導學生比較硫在空氣中和在氧氣中燃燒的現(xiàn)象，分析現(xiàn)象得出結(jié)論。

【學生】觀察現(xiàn)象并描述。硫在空氣中燃燒，發(fā)出微弱的淡藍色火焰，放出熱量，生成有刺激性氣味的氣體。硫在氧氣中劇烈燃燒，發(fā)出明亮的藍紫色火焰，放出大量熱量，生成有刺激性氣味的氣體。

【教師】上述問題解決了嗎？發(fā)生化學變化的證據(jù)是什么？

【學生】解決問題：有刺激性氣味氣體的生成說明是化學反應。硫在氧氣中比在空氣中燃燒更劇烈，說明氧氣含量越高，反應越劇烈。

【教師】生成的有刺激性氣味的氣體是二氧化硫。

【學生】寫出文字表達式：

【教師】做此實驗的集氣瓶底部留有少量水，為什么？

【學生】防止生成的氣體逸出污染空氣。

【教師】二氧化硫是污染空氣的一種氣體。生活中，煤里面含有硫，鞭炮里面含有硫，燃燒時都會產(chǎn)生二氧化硫。所以要大力推廣脫硫煤，加強利用新能源，遵守煙花爆竹安全管理規(guī)定，保護環(huán)境，人人有責。

【教師】實際問題解決：生活中用爐火，火不旺，怎么辦？

【學生】往爐火中吹氣。

【教師】為什么？

【學生】增加爐火中空氣的含量。

【教師】這就是“氧氣含量越高，反應越劇烈”的應用。我們現(xiàn)在再看一個應用。現(xiàn)有一瓶氧氣，如何簡單驗證？

【學生】用帶火星的小木條。把空氣中帶火星的木條伸人到盛有氧氣的集氣瓶中。

【教師】預測有什么現(xiàn)象？為什么？

【學生】小木條復燃。因為盛有氧氣的集氣瓶中氧氣含量大。

【教師】演示實驗，將帶火星的木條伸人到盛有氧氣的集氣瓶中。

【學生】觀察現(xiàn)象并描述：帶火星的小木條復燃。

【教師】一般情況，驗證一瓶氣體是氧氣的方法，就是將帶火星的木條伸人到集氣瓶中。帶火星的木條復燃，可以證明集氣瓶中是氧氣。

環(huán)節(jié)5：氧氣與鐵反應

【教師】木炭、硫、紅磷這類物質(zhì)能在氧氣中燃燒，生活中還常常見到的一類物質(zhì)是金屬，如鐵、銅等，它們能否在氧氣中燃燒呢？（圖片展示電爐絲，主要成分是鐵）

【教師】提出問題：鐵絲在空氣中能燃燒嗎？鐵絲在氧氣中能燃燒嗎？如果反應會生成什么呢？請根據(jù)實驗探究的思路，做出猜想，并設計實驗進行驗證。（組織學生闡述觀點、互評）

【學生】根據(jù)前面木炭、硫跟氧氣的反應，可以燃燒，因此猜測鐵絲也能跟氧氣反應，也能燃燒。可以通過實驗，看一看鐵絲在空氣中、在氧氣中是否可以燃燒。

【教師】演示實驗：把2根打磨光亮的細鐵絲分別擰成螺旋狀，取1根在酒精燈上加熱。將另1根細鐵絲下端系1根火柴，點燃火柴，待火柴快燃盡時，插入盛有氧氣的集氣瓶中。

【學生】鐵絲在空氣中加熱，只能紅熱，不能燃燒。鐵絲在氧氣中劇烈燃燒，火星四射，放出大量熱量，生成黑色固體。

【教師】生成的黑色固體叫四氧化三鐵。

【學生】寫文字表達式：

【學生】解決問題：鐵絲在空氣中不能燃燒；點燃條件下，在氧氣中劇烈燃燒，生成四氧化三鐵。

【教師】做此實驗的集氣瓶底部留有少量水，為什么？

【學生】防止生成的高溫熔融物濺落使集氣瓶底部炸裂。

【教師】可以換成細沙嗎？

【學生】可以換成細沙，因為細沙也可以防止集氣瓶底部炸裂。

環(huán)節(jié)6：概括氧氣的化學性質(zhì)

【教師】引導學生一起回顧木炭、硫、鐵絲、汞、紅磷與氧氣發(fā)生的反應，你能用一句話概括氧氣的化學性質(zhì)嗎？

【學生】一定條件下，氧氣可以跟很多物質(zhì)發(fā)生化學反應，氧氣的化學性質(zhì)比較活潑。

【教師】一種物質(zhì)能與什么物質(zhì)發(fā)生化學反應？在什么條件下發(fā)生？生成什么新物質(zhì)？證據(jù)是什么？這是探究物質(zhì)化學性質(zhì)的實質(zhì)和思路。

任務4：化合反應與氧化反應

【教師】觀察木炭、硫、鐵、汞、紅磷與氧氣發(fā)牛的反應的文字表達式，請同學們從參加反應的物質(zhì)、生成的物質(zhì)等角度分析，有什么共同特點？由此可得什么結(jié)論？

【學生】討論后回答。這些反應都是2種或2種以上物質(zhì)生成1種物質(zhì)的反應，而且都有氧氣參加反應。

【教師】歸納：2種或2種以上物質(zhì)生成1種物質(zhì)的反應，叫化合反應。物質(zhì)與氧氣發(fā)生的反應，屬于氧化反應。氧氣在氧化反應中提供氧，具有氧化性。

同學們剛才用到了比較、歸納等方法，化學學習中分類法的關(guān)鍵就是明確分類的標準。

任務5：課堂小結(jié)

【教師】引導學生從知識和方法等角度，總結(jié)該節(jié)課的學習收獲。

【學生】有的學生回答包含氧氣的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)。有的學生回答研究一種氣體的角度，也有的學生回答怎樣用實驗的方法學習物質(zhì)的化學性質(zhì)。

【教師】總結(jié)歸納：本節(jié)課學習了氧氣的性質(zhì)，更重要的是學到了認識物質(zhì)的一般角度；初步建立對物質(zhì)化學性質(zhì)的具體化理解；初步掌握探究物質(zhì)化學性質(zhì)的一般方法。