基于问题用实验探究空气的成分

摘要：“善学者尽其理，善行者究其难。”在初中科学实验教学过程中，以培养学生科学素养为核心，基于问题开展实验探究空气的成分，强调求真求实的科学精神，培养学生提创新和创新能力。

关键词：初中科学;空气成分;实验探究

1.前言

科学以探究真理、发现新知为使命。2020年9月11日，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席***主席在京主持召开科学家座谈会并发表重要讲话，习主席指出，“十年树木，百年树人。要把教育摆在更加重要位置，全面提高教育质量，注重培养学生创新意识和创新能力。”初中六年级学生的思维方式处在形象思维向抽象思维过渡的阶段中，因此在实验教学中，教师应注意积极引导学生，应用已掌握的知识，通过类比等方法发展学生抽象思维能力。这种建立在证据和逻辑推理基础上的科学思维方式，有助于培养学生理性思维。

2.课标、教材、学情分析

上海初中科学课程以培养学生科学素养为核心，使学生获得科学基本知识、形成科学基本能力和具有科学基本价值取向。[1]课标对于空气成分有关的核心概念提出了具体要求：学生要通过一系列实验来探索空气中的主要成分，认识氧气和二氧化碳的主要性质;通过查阅有关资料、调查和讨论来学习大家普遍关心、与社会紧密相关的空气对人类的重要作用。本节课中，通过提出问题、引出学生观点、介绍科学家观点和方法、引导学生研讨和探究、总结与评价等步骤来营造学生探究情境，符合课标的这些精神和要求。

空气是个综合性的专题，本节课内容出自（牛津上海版）六年级科学第二学期中《空气的主要成分》。从学生熟悉的事物入手，符合学生的认知规律。同时，通过了解空气的成分和氧气和二氧化碳的检验方法，可以比较顺利地引导学生用所学的技能进入后续章节的学习，解决探究绿色植物如何获取能量、人类呼吸时气体进出的变化、植物呼吸作用释放的气体等实际问题。

空气是最普遍存在的重要物质之一，小学科学课上，学生通过大量有趣的实验感知了空气的存在，知道空气是一种无色、无味、透明的气体，占据一定的空间，有弹性、流动性。但学生对空气的主要成分，具体检验方法、含量及用途缺乏系统了解。学生已经知道常用实验室仪器的主要用途和使用的注意事项，但对仪器组合使用的功能缺乏认识，对实验结果缺乏理论分析。因此，本课通过独立学习与合作学习相结合，开展科学课《空气的成分》之实验式教学，通过设计、改进实验以探究空气中几种主要成分，提升学生创新意识和创新能力。

3.学生素养培养内容

3.1科学实验式意识方面

100%的学生能意识到探究活动是科学的主要特征，了解科学实验“作出假设→实验研究→得出结论”的基本实施过程;80%的学生能认识到“独合结合”科学式学习对于提升科学素养的价值;80%的学生能在实验过程中体会到实验设计的改进在科学实验中的重要性，认识到思考和解决问题在科学工作中的意义。

3.2科学实验式能力方面

100%的学生能够完成小组实验任务;80%的学生能做到边实验、边观察、边记录;80%的同学能在教师提示帮助下，运用类比法设计并改进实验;80%的学生能独立掌握检验无色无味气体的一般步骤的能力;30%的学生能在课后自主或合作查阅资料，锻炼探究空气中其它成分的相应能力。

4.实施形式

4.1情景式

本课借助常见的生活情境：冰可乐罐“出汗”，引出无色无味的气体水蒸气的检验方法---试纸变色。

4.2 合作猜想式

举一反三，引导学生猜测检验无色无味气体的常用方法，进一步介绍除试纸变色外，还可利用试剂变色、试剂变浑等多种方法证明某些无色无味气体的存在。在证明空气中二氧化碳实验后，引导学生提出猜想：空气中存在氧气，且含量不多，为合作实验奠定基础。

4.3独合结合探究实验式

学生先独立观察教师介绍实验步骤及常见仪器的规范操作，再以小组形式进行两种无色无味气体的检验实验，认识从“看不见”到“看得见”、即通过明显的实验现象证明无色无味气体的存在是一种常见的探究模式。通过独立学习新仪器的使用，进一步合作设计并改进实验，证明空气中二氧化碳和氧气不仅存在，且含量很少。锻炼学生对观察法、类比法、实验法、对比法等常用科学方法的实际运用能力。

4.4学习单引导学习式

使用课堂学习单培养学生观察→记录→思考的良好实验习惯，巩固二氧化碳和氧气的检验方法和现象，提高学生的实验归纳和总结能力。

5.教学目标

5.1知识与技能

知识与技能：知道空气中的主要成分，知道检验氧气和二氧化碳的方法。

5.2过程与方法

运用类比法、实验法、归纳法等科学研究方法认识空气中的主要成分。通过设计探究实验，选择适当的实验方案检验空气中的氧气和二氧化碳。

5.3情感、态度与价值观

培养实验过程中观察、记录、思考相结合良好习惯;树立科学的实验设计观念，养成科学地判断分析实验现象的理性思维，增进“独合结合”实验式探究空气成分的兴趣。

6.实践过程

6.1导入

明确本课主题，激发自主意识。教师讲述空气的重要性、提出问题（空气中有哪些成分）、演示水的检验，指导学生观察、描述现象、总结利用看得见的颜色变化可用于检验看不见的物质;学生体会空气的重要性，说出空气的主要成分、回顾氯化钴试纸的使用，观察并正确描述检验水的实验现象。

6.2活动1（二氧化碳的检验）

基于水的检验，引导学生检验物质的关键要素之一是有明显的现象，如颜色变化、沉淀等。教师激疑，如何证明一瓶无色、无味的气体是二氧化碳？介绍两种不同试剂的使用，梳理实验步骤、发布小组实验任务;学生聆听、交流，了解检验二氧化碳的试剂和步骤、用碳酸氢盐指示剂和澄清石灰水检验二氧化碳、小组交流实验现象。

6.3活动2（氧气的检验）

引导学生体会对照法是科学实验的重要方法，并总结出检验物质的常用方法。教师带领学生了解带火星木条的制法和用途、指导学生规范操作、观察并表述实验现象、发布小组实验任务;学生听取教师讲解、用带火星木条檢验氧气、小组交流实验现象。

6.4活动3（找出空气中的二氧化碳）

引导学生在实验现象不明显的时候，如何分析问题并改进实验方案。教师点拨学生像科学家一样在实验前提出假设、提供早期科学家的方法-石灰水作为参考、点拨实验设计的关键点，介绍仪器的使用;学生提出假设（空气中有二氧化碳）、选择试剂、设计实验、改进方案，记录现象、小组交流实验现象，分析实验过程，得出结论。

6.5活动4（找出空气中的氧气）

认识类比法在实验设计中的重要性。教师点拨学生像科学家一样在实验前提出假设、指导学生回顾氧气的检验，找出本实验设计的关键点、介绍指示型脱氧剂用于空气中氧气检测的方法;学生提出假设（空气中有氧气，但含量不多）、选择实验用品、设计并实施实验、记录现象、小组交流实验现象，分析实验过程，得出结论、了解指示型脱氧剂的使用。

7.结语

本课在学生已有检验水的知识基础上，通过设计多种方案检验氧气和二氧化碳，引导学生观察实验现象，再依次引入二氧化碳和氧气的探究活动，利用类比法设计并改进实验、分析实验结果，得出空气中不仅存在氧气和二氧化碳，且含量都不多的结论。重视思维点拨、提升科学素养、体现学科育人价值。

参考文献：

[1]上海市教育委员会教学研究室.上海市初中科学学科教学基本要求[M].上海科技技术出版社.2018（3）.

作者简介：黄伦（1984年5月生），女，汉族，沪，理学学士，经济学硕士，中学二级教师，现任上海市进才实验中学科学、化学教师。