“氧气的实验室制取与性质”分组实验活动设计

【摘要】实验是化学课堂中最能吸引学生的教学环节，也是提高学生核心素养的最佳方式，尤其在当前基础教育“双减”形势下如何减负提质，教师在教学中应高度重视和加强实验教学，充分发挥实验的教学功能，周密详尽设计分组实验活动就很有必要。

【关键词】氧气  实验室制取  分组  活动设计

【中图分类号】G633.8   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2023）03-0157-03

化学教学中的实验活动分两类：演示实验和学生实验。演示实验是教师做给学生看，主要起示范引领作用，学生参与度不高，兴趣不够浓厚。学生实验则是学生亲自动手参与实验中的每一个环节，学生会非常兴奋。但实验活动课教学具有一定的难度和复杂性，要达到预期目标取决于多种因素。学校实验室内仪器和药品配备是否完善、实验员配置是否到位、不同学生对于书本相关知识的掌握程度、动手能力、对实验活动的认知的差异性等都是影响实验课正常开展的因素。因此教师对实验活动课进行周密、合理的安排设计就十分重要。

下面以初中化学“氧气的实验室制取与性质”实验活动为例谈谈具体分组设计与实施方案，以抛砖引玉。

一、教学内容和现状分析

人教版九年级上册化学课本中“氧气的实验室制取与性质”是第二单元的内容。此前学生已学习过三种实验室制取氧气的方法，能根据反应物的状态和反应条件选择合理的实验装置。本次实验活动将是学生第一次走进实验室亲自动手，通过小组合作方式完成的化学实验。其中涉及到很多实验技能和相关知识储备，如，连接装置、检查装置的气密性、装入药品、用酒精灯给固体药品加热、收集气体、检验气体以及研究气体性质的相关实验。据了解，目前各地中学化学教学相比过去虽加强了对动手能力的测试，但碍于测试评价的复杂性，大多地区仍是注重卷面分数胜于实际操作训练，这就导致即便卷面高分的学生其动手能力也令人堪忧。因此，要在一节课内完成一系列实验操作，对大多数同学而言还是很有难度的。毕竟是第一次实验活动，其中涉及到的各种仪器和药品学生都是第一次接触，各种操作也十分生疏，这就要求教师在实验课前做好多项准备工作。首先，要求学生完全掌握好基本实验操作理论知识，做到心中有数；其次，在每次演示实验中教师向学生展示各种实验仪器，并介绍其名称、作用及正确的使用方法；再次，布置课后作业，练习相关基本操作，如，学会安全划火柴、学会点燃和熄灭酒精灯、学会将橡皮软管与导气管相连、学会将带有导气管的橡皮塞塞进试管口、学会在集气瓶中装满水盖上瓶盖后倒立在水槽中而不留有气泡、学会连接各种仪器等。总之，让绝大多数学生具备基本实验操作技能和相关理论知识是这次实验课优质高效的必备条件。

二、分组实验活动的实施

1.课前准备

（1）分组、编号、张贴：考虑到学生学习能力和动手能力的差异，在实验活动中教师可将学生合理分组便于顺利完成实验。将学生在教室的现有座位顺序打乱重新分成若干小组，每2人一小组（共用一组实验仪器），每2小组构成一大组（根据本学校实验室内实验台的方位设计，每两小组面对面做实验），每一大组中选派一位认真负责的同学当组长，负责实验善后事宜。分组原则：男女搭配、动手能力强弱者搭配、性格活跃喜欢喧闹者分散搭配。把经过认真筛选搭配后的小组依次编号，附上组内成员姓名、注明组内责任人，实验室在校园内的具体方位、实验室内实验台的分布等一并打印出来，张贴在教室内事先告知。另外，再用标签写上学生姓名（即座位号），贴在实验台对应位置。有了这些前期布置工作，学生走进室内对号入座，快速进入实验状态，实验完毕后检查清理台面时也能迅速找出问题及相关负责人。这就避免了学生进入实验室找座位的盲目、混乱、嘈杂及实验结束后学生不做卫生和清理工作后一走了之的行为，即对号入座、分工合作、责任到人、各司其职。（2）知识储备（预习、演示）：由于是第一次亲自动手实验，学生好奇兴奋的同时也会对能否完成实验感到不安和担忧。为消除学生心里的困惑，教师除了在平时课堂教学的演示实验中认真详尽地讲解示范外，还可将往届学生上本次实验活动课的情景拍摄整理成微课视频让学生观看预习，对难度较大的操作重点讲解并演示，特别是对实验过程中可能出现的问题还要反复强调。有了实验课前的预习，学生在心理和知识上储备到位，实验活动带入感就很强烈，实验开展就很顺利。

2.课中入室前准备。根据多年的教学经验，学生在实验过程中一定会出现各种问题。由于是第一次进入实验室，学生会非常兴奋，大声喧哗。若教师在实验室里交代注意事项，此时的学生根本不愿听也听不进去。因此，教师可在教室里简要讲清本次实验活动内容、注意事项：携带教材进入实验室后请对号入座。先观察台上仪器和药品的摆放情况，清点核对本实验的仪器和用品是否配备齐全。做完实验后要清洗仪器放回原位。实验时同组两人应互相配合注意安全，特别注意不能用手去拿刚加热过的试管以免烫伤，清理桌面和水池经检查合格后再离开。然后教师带领学生一起进入实验室。

3.课中实验活动全程跟踪巡视引导

（1）氧气的实验室制取

①仪器的连接。学生虽在课前预习过，知道该如何连接仪器，但实操时仍会出现将试管竖放在桌面上再将橡皮塞使劲压进试管的情况，这样很容易将试管底压破甚至出现安全事故。一旦发现类似情况，教师应提醒学生立即停下手中动作。部分学生稍经提醒便能回忆起正确做法，也有学生一脸茫然。这时教师可边讲解边示范后再让他们演练或者观摩其他同学的正确操作。

②检查装置的气密性。易错点：先用手握住试管，再将导气管伸入水中。或者只是用大拇指和食指捏住试管，还有根本就没有将橡皮塞塞紧的……不管哪种错误操作都会导致导管口无气泡冒出。发现装置漏气时，教师要提醒学生重新检查每个细节是否到位，即“三思后行”。这也是试卷做题中的重要考点之一。经过这样先想后做的“慢”，才会有后来在试卷中答题的“快”，且学生经过实操演练，这个知识点以后就很难忘记。

③装入药品。因后期要做氧气性质的实验，故教师可要求学生直接取干燥的（中号）试管加入较多（约三大勺）高锰酸钾一次性制取三瓶氧气。教师自己也可用同型号试管取样放在讲台上示范药品用量及试管内壁干燥情况。

④固定装置。易错点：夹持位置不准确（如夹在试管的中部或中下部）、试管口向上倾斜、试管的底部距酒精灯过高等。教师在预习课上要做充分讲解和示范，包括铁架台上铁夹调整（前后、高低）和固定。经过引导大部分学生能很快固定好。另外，因药品加热后产生氧气较快，为避免后期手忙脚乱可提醒学生先在水槽中将2个集气瓶装满水后盖上瓶盖（把瓶盖放在瓶口一侧边缘再平推至完全盖住，不要留有气泡）倒扣在水槽中待收集。另将1个空集气瓶（带盖）和直角型导气管放在水槽旁备用（向上排空气法收集）。此为下一步加热收集气体做好准备。

⑤加热。可能出现的问题：部分学生不敢使用火柴（尤其是女生），不懂如何安全使用火柴，还有学生不预热就直接加热。教师指导：用手握住火柴杆的末端，用火柴头接触火柴盒的侧面用力快速摩擦起火后再点燃酒精灯。加热前先在试管下方来回移动几下再固定加热。注意加热前试管要保持干燥。酒精灯帽取下后应正放在桌面上，以免滚落后到处寻找。

⑥收集气体。易错点：学生一看到气泡冒出就立即收集，这样将导致气体收集不纯。正确做法是等气泡连续均匀冒出时再将导气管伸入到瓶口收集。在收集过程中有些学生没有用手按住瓶底，当收集的气体越来越多时因浮力影响导致整个集气瓶翻转而前功尽弃。教师在此一定强调学生要全程用手按住瓶底以防出现意外。待瓶口外有大气泡冒出（表明瓶内气体已收集满）时，需在水面下盖好瓶盖，注意确认瓶口四周都被盖住后再一手托住瓶盖另一手摁住瓶底，翻转集气瓶正放在桌面上。用同样的方法再收集1瓶（可预留少量水，做铁丝燃烧用）。同组2人协助更换导气管再用向上排空气法收集1瓶，注意此时导气管应伸入到集气瓶的中下部即可。

⑦验满和检验。以向上排空气法收集的气体为例。将带火星的小木条放在集气瓶口（稍移开玻璃片），观察木条是否复燃，若木条复燃，则瓶内充满氧气。然后将小木条再次伸入瓶内，若木条复燃，证明瓶内气体是氧气。这些操作学生一般都很容易做到且记忆深刻，小小的试验成功大大地提升了学生学习的兴趣。

教师通过对上述实验的引导、展示和注意事项的讲解让学生掌握连接仪器、检查装置气密性的方法。学生学会取用药品、自下而上从左往右组装仪器，学会加热操作并能用两种方法收集气体等各项实验技能。在实验过程中培养了学生的安全意识和责任意识，初步发展学生科学探究态度和社会责任的核心素养。

（2）氧气性质的实验探究

①木炭在氧气中燃烧。易错点：将木炭快速伸入瓶内又快速拿出（导致反应不充分实验失败）；忘记加入澄清的石灰水以验证燃烧生成物。教师应提醒学生两人配合，一人夹持木炭（木炭与坩埚钳呈直线状，便于伸入瓶内）在酒精灯上灼烧至红热后再缓缓伸入瓶内，另一人准备倒入澄清的石灰水盖上瓶盖，振荡，观察并记录实验现象。注意夹持过程中保持夹紧以免木炭掉落。

②铁丝在氧气中燃烧（难度较大）

难点1：铁丝绕成螺旋状：可将砂纸打磨过的细铁丝（尽量细如发丝）紧密缠绕在燃烧匙长柄的一端后再退出燃烧匙，即可制成螺旋状。两端注意分别留出一小截即可。难点2：将螺旋状铁丝的一端缠在火柴杆的末端，注意一定要缠紧，否则铁丝容易脱落导致实验失败。难点3：用坩埚钳的尖端夹紧铁丝另一端，使铁丝与坩埚钳呈一直线便于顺利伸入瓶内。难点4：将火柴在酒精灯上点燃，待火柴杆快燃尽时再将铁丝伸入瓶内，若观察到铁丝燃烧、火星四射才算此实验成功。

易错点：学生往往将铁丝过早伸入瓶内，此时火柴燃烧更旺，现象十分明显，学生还错误地以为是铁丝燃烧实验成功了，其实不然。另有学生等火柴杆燃尽后再将铁丝缓慢伸入瓶内，导致铁丝温度过低没能燃烧起来。

针对上述难点和易错点，教师在预习课上要逐一讲解并亲自演示。事实证明，经过预习和观摩教师演示后的学生绝大部分都能顺利完成实验活动，并体验到实验成功带来的巨大成就感和喜悦感。许多学生也因此爱上化学。

③桌面整理。易错点：不收拾、不归位、不倒垃圾甚至水池内留有火柴杆、废纸等直接离场。教师应提醒组长带领组员做好清理工作：将废弃物品倒入指定位置，使用过的仪器要用试管刷清洗干净后放回原位摆整齐，试剂瓶摆放整齐，标签朝向自己。桌面要用抹布擦洗干净无水渍，水池干净无垃圾，抹布清洗干净后晾在指定地方，经教师和指定负责人检验合格后方可离开。

4.实验笔记与实验报告

在课堂有限的时间内，正常出现的实验现象可不记录，反常现象要着重记录并分析原因，提出修改措施。实验笔记还需记录实验过程中的重难点操作步骤、实验数据、实验结论等。这样做有利于对知识的掌握。实验报告是对学生自己实验的总结，应该各具特色，但学校统一定制的实验报告手册有着统一格式，教师可鼓励学生根据自己的实验据实记录并给予高分。这样有利于培养学生诚实、创新的科学探究精神。

三、课后反思

尽管在课前进行了充分的准备，但从实际效果来看，还是有很多地方值得改进与提高。

1.课堂纪律问题。每个班里总有少数同学显得特别兴奋，大声喧哗，实验时手忙脚乱，导致整个实验室乱哄哄的。在这样的情景下如何深入思考，如何细致观察？因此建议有多个实验室的学校，可把一个班分到不同的实验室，小班上课，效果会好很多。

2.加强巡视。教师要积极加强巡视，及时发现各个小组存在的问题并及时纠正。对比较普遍的问题，可及时集中演示，让学生的实验及时回到正确的轨道上来。

3.实验验收。教师要注意观察各个小组是否完成了规定的实验过程，这个过程包括实验仪器的清洗与摆放。对于完成的小组，教师要合理评价；未完成的小组，教师要引导其继续完成实验。

4.深度学习。对于优质高效完成实验的小组，教师可以要求学生结合网上资料学习氧气工业化的制取方法，并与实验室制氧气方法进行比较。通过这个深度学习，使得学生明白实验室与工厂的差别，初步建立工程意识。这样既扩大了学生的知识面，又能激发学生对化学学科的兴趣。

总之，在上述实验过程中，教师引导学生连接装置，掌握给物质加热的操作要领，学生学会观察物质燃烧时的实验现象、清洗和整理仪器、处理实验后的事情。学生的绿色化学意识和环保观念得以培养，通过小组合作探究学生的团队协作能力得到提高。

教师用心设计学生第一次的分组实验活动，能让学生在安全有序的前提下顺利完成实验，体验到化学学习的乐趣和实验完成后的成就感。在实验过程中学生的操作能力、观察能力、独立思考能力、分析推理能力、合作探究能力得到极大提高，学科核心素养得到全面发展，效果突出。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012：4