贯彻新颁课程标准 实施初中“基础实验”

摘要：教育部颁布新修订的初中《化学课程标准》首次将“完成基础的学生实验”列入“科学探究”一级主题内的二级主题。文章对一节“基础实验”公开观摩课进行了纪实描述和反思，并与过去的“学生分组实验”在教学组织形式、操作技能水平和问题探究等三个方面对比两者间存在的差异。

关键词：课程标准；基础实验；公开观摩课；纪实；思考

文章编号：1008-0546（2013）02-027-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2013.02.011

教育部颁布的《义务教育化学课程标准（2011年版）》，首次在“课程内容”一级主题“科学探究”部分，将“完成基础的学生实验”明确列为二级主题。为此，苏州市教育科学研究院于2012年10月9日在苏州市高新区浒墅关中学举办了一次贯彻执行课程标准新规定的“基础实验”公开观摩课教研活动。这节课是以上海教育出版社新修订出版的九年义务教育化学（上册）第2章的“基础实验2 二氧化碳的制取与性质”为题[1]，执教者就是这次教研活动承办校的一位青年教师。

一、教学目标与流程

本节课的教学目标为：（1）掌握实验室制取二氧化碳所需的仪器及组装、试剂和反应原理；（2）学会收集二氧化碳气体及其检验和性质的验证操作；（3）通过对比、观察等手段，学习科学探究的基本方法，在实验探究过程中，体验合作、发现的乐趣，树立严谨求实的科学态度。

本节“基础实验”课的大致流程如下图所示：

二、课堂实录和点评

1. 课题引出

上课前学生手里的学案已经填好了其中的“课前预习”要求的表格：从装置、反应原理、反应条件、检验方法和收集方法等几个方面，比较实验室制取氧气和二氧化碳的异同点。

上课初始阶段，教师简单点评了学生预习的情况后小结：将带火星的木条伸入“瓶中”或伸在“瓶口”与检验或验满氧气的区别；将生成二氧化碳气体的导气管伸入澄清的石灰水或燃着木条伸在“瓶口”与检验或验满二氧化碳的区别。紧接着教师就学案上的“问题与思考”提问2个问题：

一是如何将制氧气和二氧化碳气体的发生装置进行分类？有的学生根据用不同形状的漏斗分，有的学生从反应物的状态分，有的学生按是否用酒精灯加热分……

[点评]学生多样化的回答，表明这是一种开放性的问题，有助于培养学生发散性的思维；另外这个问题有利于促进学生建立分类的学科思想。

二是选取气体收集方法的依据是什么？

有一位学生回答得很干脆：根据气体的密度和水溶性。教师于是引出了本课探究的重点内容：尽管二氧化碳能溶于水，那么二氧化碳气体到底能不能用排水法收集？“今天我们就通过实验来说明这个问题”，开课教师如是说。

[点评]这个问题不仅引出了下面的学生实验，起到不同教学环节之间的自然过渡，而且提出了对“二氧化碳能溶于水，一般不用排水法收集”说法[2]的质疑，为实验的探究性埋下了伏笔。

2. 分段实验

每个实验操作台的2名学生为1个小组，每个小组有一套气体发生装置，并都备好了2个集气瓶（分别贴上1号、2号标签）和二氧化碳性质检验用的若干仪器、试剂等用品。教师将课堂学生实验分为三个阶段、七个步骤。每一个阶段都是由教师先讲解操作要领及注意事项，然后学生再动手操作、记录实验现象。

[点评]因为此时学生刚学完沪教版教材上册的第二章，还属于学习化学的初始阶段，基本实验操作技能尚不熟练，所以教师先交代操作步骤和要领对于减少学生操作盲目性很有必要。

第一阶段：仪器检验、组装和试剂准备过程

（1）教师讲解气体发生装置的准备工作：检查连接有分液漏斗的锥形瓶的发生装置的气密性：向锥形瓶口旋紧双孔橡皮胶塞，将连接玻璃导管的乳胶管夹紧，向长颈漏斗注入水，若水柱稳定不下降，即说明该发生装置气密性良好。

学生完成以下实验步骤：①连接仪器；②检查装置的气密性。

（2）教师再讲解气体收集的准备工作：要求学生添加块状石灰石（每小组10粒）和用量筒量取稀盐酸基本操作的注意事项。教师特别关照：“请同学们用量筒量取25mL盐酸备用；用排水法收集二氧化碳气体的每一小组都要将集气瓶盛满水倒置水槽内备用”。

[点评]实验试剂的用量教材上虽然没有规定，但是本节课的教师将定性实验设计成粗略定量试剂即“半定量化”的要求，这样的教学创意对培养学生使用试剂定量化的习惯有良好的导向作用。另外教师还把“量筒内盛放盐酸待用……，要先将盛满水的集气瓶倒置水槽内备用……”交代得如此详细，不仅为以下实验过程的顺利进行而且为深入探究提出问题作好了充分的物质准备和思维准备。

各小组陆续完成操作步骤③添加反应物的准备工作，等待教师发令。

这时教师宣布将全班学生按常规实验室的自然竖排八列座位分成四个大组：每相邻两列为一个大组，每间隔的两个大组用排水集气法，另间隔的两个大组用向上排空气法。

每一小组学生先取出秒表，待教师一声令下，同学们将量筒里盐酸倒入长颈漏斗里的一刹那即按下秒表，记录排水法或向上排空气法集“满”第一瓶（1号瓶）气体的时间，紧接着再集满第二瓶（2号瓶）二氧化碳气体，再连续进行二氧化碳的性质验证实验。

[点评]实验时间的记录教材上也没有规定，这也是本节课的将定性实验设计成“定量”实验的又一个要点，这给予学生“实验操作或反应过程要注意时间因素”的心理暗示。

（3）教师最后讲解二氧化碳性质验证实验的准备工作：教师关照用排水法收集二氧化碳气体的学生待集满两瓶二氧化碳气体后，要把弯玻璃导管换成直玻璃导管做二氧化碳的性质验证实验。教师要求学生先在一支试管中添加2～3mL澄清石灰水；再向另一支试管中倒入2～3mL蒸馏水再滴加3滴石蕊溶液并振荡，通过二氧化碳后还要再加热该试管内的溶液，并记录实验现象。

[点评]小组任务分配以及合作不是随意“放羊式”地进行，而是在教师指导下的有序进行，这对于提高课堂效率是必要的。这与实验开始的第一阶段教师让学生“组装仪器、备好试剂，等待教师发令”的“多任务同时展开，统筹分配时间”以提高操作效率是一致的。

第二阶段：气体发生、收集和性质验证过程

教师要求各小组先将导管伸进集气瓶内，接着一声令下，各小组连续完成④收集气体；⑤二氧化碳气体通入澄清的石灰水；⑥二氧化碳气体通入紫色石蕊试液，片刻后再加热该溶液至沸腾。尽管实验步骤多，但学生们井然有序，边做实验边记录数据和现象。

上述三步实验结束后，教师要学生代表报出收集满第一瓶（即1号瓶）二氧化碳所需时间，教师填写黑板上事先拟好的表格。

[点评]对各小组采集到的两种集气方法中所耗时间若去掉一个最高值和一个最小值：则排水法平均耗时为42.8″，排空气法平均耗时为1′12″，这又是以定量探究的方法处理实验数据的一个典型案例。可能教师考虑到学生的基础，实际课堂上没有对数据采取进行平均值处理的方法。

第三阶段：熄灭“阶梯蜡烛”火焰探究过程

教师接下来说“今天大家集体过生日，由二氧化碳来帮助熄灭燃着的蜡烛”。教师提示：第一大组排水法的同学都用收集到的1号瓶气体分别倾入“燃着的2支阶梯蜡烛”烧杯内，留下2号瓶待用；第二大组排水法的同学都用收集到的2号瓶的二氧化碳做“蜡烛熄灭”实验，留下1号瓶待用。

各小组陆续进行步骤⑦灭蜡烛实验：将指定的一瓶二氧化碳气体慢慢倒入放有2支燃着的阶梯蜡烛的烧杯里。凡是第一大组排水法（共四个小组）用1号瓶里的气体进行“熄灭蜡烛”的都没有成功；第二大组排水法（共四个小组）的用2号瓶里的气体进行“熄灭蜡烛”的有2个小组成功（成功率50%）。

[点评]可惜教师没提问个别排水法小组用2号瓶气体仍没熄灭“阶梯蜡烛”的原因。笔者就近观察到一位学生手斜持集气瓶，将瓶口很缓慢地向下倾斜，盖瓶口的玻璃片稍移开一些仅漏出缝隙；烧杯内两支阶梯状直立蜡烛火焰的热量又相对集中，很可能加热了缓缓倾出的二氧化碳气体，其不但没有沉降，反而上升与冷空气形成对流，所以蜡烛火焰在此过程中始终没有熄灭。

3. 交流讨论

（1）教师让学生汇报各个实验步骤的现象：③有大量气泡石灰石表面逸出；④排水集气法的集气瓶口逸出气泡，排空气法的在集气法瓶口的燃着的木条火焰熄灭；⑤澄清石灰水变浑浊；⑥滴有紫色石蕊试液的蒸馏水溶液中片刻后即变红，再加热该试管内红色液体达到沸腾后时间又变回了紫色。

[点评]笔者还发现有一些学生手持试管的中下部进行滴管实验，往往将现象遮挡住了。但是教师在巡回过程和实验结束后的讨论过程中均没有及时纠正。

师生讨论：两种方法造成时差大小及其原因：操作者用排水法只须看到在水槽中液面下倒置的集气瓶内水面下降，从瓶口有气泡冒出即可；而排空气法需多次用燃着的木条凑近瓶口“验满”，且多次试探之间的时间间隔是未知的。

[点评]显然，排水法所需时间比排空气法要短，操作更为简便。

（2）学生汇报“烛火熄灭”实验的结果：所有排水法1号瓶内收集到的气体都不能使“烛火熄灭”，而2号瓶气体可使“烛火熄灭”的有2个小组。

教师问：排水法收集的1号瓶和2号瓶气体使燃着蜡烛熄灭的成功率有无差别？造成这一差别的原因可能是什么？

教师让学生观察发生装置容器的容积和集气瓶的容积，结果都是250mL。

师生讨论得出结论：排水法1号瓶内的气体是刚有气泡就收集的含有大量的空气，所以无法将燃着的“阶梯蜡烛”火焰熄灭。因此排水法收集气体必须等导管口连续逸出均匀、大量气泡，片刻后才能将导管伸入倒置在水槽液面下的集气瓶口内。

[点评]至此，教师的精心设计的这一步探究实验就是为了验证：在水中刚产生气泡，而被收集得到的并不是纯净的二氧化碳气体。

4. 教师演示

师生对上述问题讨论结束后，教师分别随机选取第一大组排水法和排空气法的各一个2号瓶，将其同时倒扣在盛放滴有酚酞试液的稀氢氧化钠溶液的水槽内，现象是：在相同时间，排水法集气瓶里的液面几乎上升到接近瓶底，而向上排空气法集气瓶里的液面仅上升集气瓶高度的大约一半。

师生共同讨论得出结论：相同体积的两个集气瓶内，排水法收集到的二氧化碳量大于向上排空气法。

教师请学生打开课本第43页[2]，阅读倒数第二行一句：“二氧化碳能溶于水，一般不用排水集气法收集”，然后问：“同学们经过刚才的实验，你们觉得可以用排水法收集二氧化碳吗？”学生们齐声回答“可以”。教师明确要求学生将课本上“倒数第二行”的那句原话“划掉”。

[点评]笔者赞赏这位开课教师的实事求是的勇气，而这恰恰应验了实验室黑板上方的那句横幅“一切推理都必须从观察与实验得来”。

三、课后总结与思考

1. 对本节课的评价

虽然该校地处城市的较为偏远的区域，但开课教师能根据学情大胆创新，有效组织和实施了科学探究，实验教学组织的操控性把握较好，通过对比两种气体收集方法的可行性探究，激活了学生的思维，让听课者感受到了二氧化碳的“奇妙”。对“基础学生实验”课型的实施起到了很好的示范作用。

教师精心设计了多层次活动，如将实验步骤分解为准备阶段、气体制备和收集和性质验证等阶段；在学生实验中，教师又安排设计了演示实验，实验教学形式多样化。

不足之处，教师没有注意及时矫正学生操作中出现的偏差，对学生基本实验操作技能的训练强调不够。

2. 反思与结论

（1）“基础实验”与“学生实验”的差异

笔者对比了以往教学大纲规定的“学生分组实验”与课程标准新制定的“基础实验”后，以为两者存在以下几点差异：

①前者一般是“放羊式”，后者是需要教师精心预设和机智巧解“生成”性问题；

②前者注重实验操作的“照方抓药”式模仿，后者是在教师精心设计和规划操作任务的统筹安排与把握开展讨论的时机；

③前者对物质性质实验偏重定性结果的验证，后者可以是教师精心设计半定量或定量化（如控制浓度或观察速率等）的真实问题或实验，引领学生体验和经历探究发现之旅。

（2）两种收集二氧化碳方法的比较结论

笔者以为：收集相同体积的二氧化碳气体，“排水法”比“向上排空气法”速度快，且前者收集到的二氧化碳气体浓度较后者大。无论从二氧化碳与水的反应限度和溶解程度，或是二氧化碳气泡与水接触的程度和与水反应（碳酸分解）的速率来看，排水法收集二氧化碳不但可能也是可行的（这是从化学教师或高中生角度阐述）。

当然，在反应刚开始时，若采用排水法收集二氧化碳气体，须注意待冒出大量、均匀的气泡再收集之，以排开反应装置和导管内的空气；但用向上排空气法收集二氧化碳气体时，必须进行“验满”操作。

参考文献

[1] 王祖浩主编. 义务教育教科书：化学（九年级上册）[M]. 上海：上海教育出版社，2012：57

[2] 王祖浩主编. 义务教育教科书：化学（九年级上册）[M]. 上海：上海教育出版社，2012：43