建構(gòu)對比實驗?zāi)Ｐ停嵘瘜W(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性

宋亞美 唐英

摘要：通過構(gòu)建兩組對比實驗?zāi)Ｐ停仍O(shè)計等時間內(nèi)呼出的氣體和吸入的空氣進(jìn)行對比實驗，然后再收集等體積的空氣和呼出的氣體進(jìn)行對比實驗，逐步探討該探究課題中“確實”的深層含義;通過設(shè)計對比實驗?zāi)Ｐ停囵B(yǎng)學(xué)生學(xué)會注意實驗中的干擾因素，提升化學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性。

關(guān)鍵詞：模型;對比;嚴(yán)謹(jǐn)

文章編號：1008-0546（2020）04-0087-02

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2020.04.022

在自然科學(xué)研究中，當(dāng)客觀對象并不能直接研究時，常常要利用想象、抽象、類比等方法，建構(gòu)一個簡化的又能集中反映本質(zhì)關(guān)系的模型，并通過對模型的研究揭示出物質(zhì)的本質(zhì)和特征，此即模型方法。模型是思維的工具，提高模型建構(gòu)能力是追求教學(xué)藝術(shù)的關(guān)鍵能力。

模型是知識建構(gòu)的產(chǎn)物。在化學(xué)教學(xué)中，實驗是探究化學(xué)知識和內(nèi)涵的最重要的手段。經(jīng)過多年教學(xué)經(jīng)驗的累積，筆者認(rèn)為在初中化學(xué)教學(xué)中，學(xué)會構(gòu)建對比實驗?zāi)Ｐ褪浅踔谢瘜W(xué)模型探究中的重要任務(wù)。在知識點較為抽象或易混淆的化學(xué)探究中，如果能建立起適當(dāng)且精妙的對比實驗?zāi)Ｐ蛯⑹怪R的呈現(xiàn)更具條理、更有層次，也更加有說服力，這在提升教師教學(xué)藝術(shù)的同時，也同時大大提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性[1]。

本文以上海教育出版社初三化學(xué)教材第46頁習(xí)題第9題為例，展示對比實驗?zāi)Ｐ驮谶@道習(xí)題中的應(yīng)用。

題目內(nèi)容如下：我們已經(jīng)知道，呼吸作用（圖1）產(chǎn)生二氧化碳。你能否設(shè)計一個實驗驗證呼吸作用確實產(chǎn)生了二氧化碳?xì)怏w。第一組對比實驗?zāi)Ｐ停喝〉葧r間內(nèi)呼出的氣體和吸入的空氣進(jìn)行對比實驗。

學(xué)生已有知識水平：二氧化碳?xì)怏w的檢驗方法。

初步實驗操作：用一根玻璃管不斷向澄清石灰水中吹氣，會看到澄清石灰水變渾濁，從而證明呼吸作用中產(chǎn)生了二氧化碳。

學(xué)生提出質(zhì)疑：空氣中本來就有0.03%的二氧化碳，空氣中原有的二氧化碳到底能不能使澄清石灰水變渾濁呢？

教師給予肯定：吸入的空氣成分很復(fù)雜，主要是氮氣和氧氣，而出題者為什么偏偏把含量較少的二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)特意標(biāo)出來，我們應(yīng)該注意到這個細(xì)節(jié)。

抓住關(guān)鍵問題：怎樣證明空氣中原有的二氧化碳到底能不能使澄清石灰水變渾濁？

展示對比模型：裝置l和裝置2（圖2）

由對比模型涉及以下對比知識點的學(xué)習(xí)：

1.裝置1中采用呼氣（即吹氣）操作，檢驗呼出氣體能使澄清石灰水變渾濁;裝置2中采用吸氣操作，嘴巴與短管相接觸，讓空氣從長管進(jìn)入澄清石灰水，發(fā)現(xiàn)原有空氣本身并不能使澄清石灰水變渾濁。

2.控制對比條件，設(shè)計實驗要控制變量。對學(xué)生呼氣和吸氣時間進(jìn)行了控制和記錄，15s叫停，兩次實驗取用澄清石灰水均為lOOmL，裝置2中要保證澄清石灰水能浸沒長導(dǎo)管1

3.對比實驗現(xiàn)象：呼出的氣體能使澄清石灰水變渾濁，吸入的空氣中雖然含有二氧化碳?xì)怏w，但在短時間內(nèi)不能使澄清石灰水變渾濁，說明呼出的氣體中二氧化碳的含量增大了。

教師總結(jié)對比實驗?zāi)Ｐ停和ㄟ^這兩個實驗的對比，確實可以得出呼吸作用確實產(chǎn)生了二氧化碳?xì)怏w，因為空氣中原有的二氧化碳短時間內(nèi)不能使澄清石灰水變渾濁。設(shè)計對比實驗，可以幫助我們得到更加真實可靠的實驗結(jié)論。

教學(xué)過渡：

上述對比實驗?zāi)Ｐ停ＷC了呼出氣體和吸人空氣的時間相同，但是呼氣和吸氣的速度可能不一樣，就會導(dǎo)致氣體的體積不一樣。為了更精確地說明結(jié)論，我們可考慮收集等體積的空氣和呼出的氣體。

第二組對比實驗?zāi)Ｐ停菏占润w積的空氣和呼出的氣體進(jìn)行對比實驗。

學(xué)生已有知識水平：采用排水法收集氣體。

教師引入裝置模型：展示一只帶橡皮塞的空的錐形瓶，你們覺得錐形瓶中真的什么都沒有嗎？

師生討論猜測：里面可能有空氣，也可能事先收集了其他的無色的透明的氣體如氧氣、氫氣或二氧化碳等。

進(jìn)入對比實驗?zāi)Ｐ椭黝}：怎樣用這個錐形瓶捕捉一滿瓶實實在在的空氣？

展示對比模型：裝置3和裝置4（圖3）

由對比模型涉及以下對比知識點的學(xué)習(xí)：

1.采用裝置3，先往瓶子里裝滿水，將里面的氣體排空，然后再將水全部倒出，就可以捕捉到一滿瓶空氣。采用裝置4目的是收集一瓶與裝置3等體積的呼出氣體。

2.觀察裝置4和裝置2很雷同，同樣帶有長短導(dǎo)管。討論其中的對比操作，剛才裝置2中嘴巴接觸短導(dǎo)管采用吸氣操作，成功將空氣引入。現(xiàn)在通過嘴巴接觸短導(dǎo)管，采用呼氣操作，將瓶中事先裝滿的水從長管排出，從而使錐形瓶中充滿呼出氣體。

3.設(shè)計對比實驗必須滲透控制變量的思想。考慮到加入澄清石灰水時，會使錐形瓶中的氣體量減少，同時考慮到便于振蕩操作，權(quán)衡考慮加入50mL澄清石灰水。

4.對比實驗現(xiàn)象：分別向兩只錐形瓶中各加入50mL澄清石灰水，振蕩，發(fā)現(xiàn)空氣不能使澄清石灰水變渾濁，而呼JJ的氣體很快能使澄清石灰水變渾濁。

教師總結(jié)對比實驗?zāi)Ｐ停和ㄟ^裝置3和裝置4收集等體積的空氣和呼出的氣體，又再一次充分說明呼吸作用“確確實實”產(chǎn)生了二氧化碳?xì)怏w，的確空氣中原有的二氧化碳?xì)怏w不能使澄清石灰水變渾濁。

對比升華：

通過以上兩組對比實驗?zāi)Ｐ停呀?jīng)知道空氣中二氧化碳?xì)怏w的含量較低，短時間內(nèi)不能使澄清石灰水變渾濁，但是配制的澄清石灰水為什么不能在實驗室中長久放置？

展示一瓶久置的澄清石灰水，發(fā)現(xiàn)溶液中及瓶壁上都出現(xiàn)白色渾濁。

畫龍點睛：不同濃度的二氧化碳?xì)怏w與澄清石灰水作用，會得到不同的實驗現(xiàn)象，但空氣中的二氧化碳在長時間后也能使澄清石灰水變渾濁！通過設(shè)計對比實驗?zāi)Ｐ停瑫屛覀冊絹碓礁杏X到“嚴(yán)謹(jǐn)”這個詞語在科學(xué)探究中的重要性。

教學(xué)反思

既然是對比實驗?zāi)Ｐ停鸵欢ㄒ锌杀刃浴Ｋ^可比性，簡單地說就像百米賽跑一樣，運(yùn)動員要在同一起跑線上，還要聽到發(fā)令槍聲同時起跑才具有可比性，這樣的對比才具有可信度和說服力。在教學(xué)過程中，先從控制澄清石灰水的用量、吹氣和吸入空氣的時間完全相同，來設(shè)計對比實驗，得到了較為明顯的現(xiàn)象！

然后在對比實驗的設(shè)計上又做到精益求精。在第一組對比實驗?zāi)Ｐ椭校ＷC了呼出氣體和吸人空氣的時間相同，但是呼氣和吸氣的速度可能不一樣，就會導(dǎo)致氣體的體積不一樣。為了更精確地說明結(jié)論，又設(shè)計收集等體積的空氣和呼出的氣體，再進(jìn)行對比實驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計。這樣更加激發(fā)了學(xué)生的探究興趣，進(jìn)一步提升了化學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性。

模型與建模是科學(xué)發(fā)展的重要元素，也是科學(xué)學(xué)習(xí)中不可或缺的認(rèn)知與能力。化學(xué)學(xué)習(xí)中的模型認(rèn)知活動能促使學(xué)生全面深刻地理解化學(xué)模型的性質(zhì)、作用、使用范圍及其局限性等。在化學(xué)研究中，引導(dǎo)學(xué)生并學(xué)會建構(gòu)模型，使用模型，會使化學(xué)知識的呈現(xiàn)更加直觀，學(xué)生也更利于理解、接受和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]華薇.初中化學(xué)教學(xué)中游戲化模型的研究[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（18）：3-4