空气中氧气含量的测定

                       ——测定空气中氧气含量多少的实验及反思

一、聚焦问题

    测定空气中氧气含量的实验对实验装置、实验环境、实验细节等方面的要求较高，多数情况下难以测出理想数值——空气中氧气的体积分数约占空气总体积的1/5。可能有些学生会问，为什么我们测出来的数值与理想值1/5有一定的差距？面对这样的情况，有些老师可能会跟学生说由于实验装置精密性的问题，实验本身就存在一定的误差，从而让学生很生硬地记住了空气中氧气的体积分数为1/5。更有甚者可能会用讲解或视频的方式替代该活动，学生缺少了体验，科学课也失去了科学味。

二、案例过程实录

    在学习了空气的成分后，教师顺势抛出问题，氧气与我们的生活息息相关，那么氧气在空气中的含量有多少呢？下面的时间我们一起来做一件很有意义的事情——以6人小组为单位测量空气中氧气的体积分数。

师：根据活动要求，介绍实验装置、原理和实验方法。

生：根据步骤完成活动并记录有关现象，进而分析得出结论。

师：引导学生充分交流，比较各小组的不同发现。

生：描述实验现象，汇报实验结果。

师：层层设疑，深入追问：

1.为什么各组的现象不同？2.各组的实验结果不一样？3.为什么不能准确地测出空气中的氧气的体积分数？4.为什么集气瓶中气体减小的体积会小于1/5? 进而引发学生深入思考，分析问题原因，重点解决第四个问题。

   师：为什么我们通过实验测出集气瓶中气体减小的体积会小于1/5?

   生：实验允许有一定的误差存在。

   师：那么我们就把这个主要归结于实验的误差？

   生：可能是我们在实验过程中，操作不够规范。

   师：你觉得你们小组刚才的实验操作哪里不够规范？

   生：........思考中，比如说我们我们没有塞紧瓶塞。

   师：没有塞紧瓶塞对实验结果有什么影响？

   生：瓶塞没有塞紧，气密性不好，会漏气。

   师：漏气了对实验结果有什么影响？

   生：气密性不好，随着反应的进行，氧气被消耗，集气瓶内气压减小，外界大气压就会把空气压进集气瓶，从而使集气瓶内气压增大，所以右侧烧杯中被压过来的水会减少。

   师：这位同学，说得非常有道理而且很专业，老师为你点赞。

   师：请同学们继续分析还有哪些情况也会造成集气瓶中气体减小的体积小于1/5，小组讨论5分钟。

   以下环节各小组交叉陈诉观点、分析原因、教师评价。

  小组1：红磷的量太少——集气瓶内氧气并没有反应完，测量结果偏小。

   师：为了确保瓶中的氧气反应完全，可燃物（红磷）要稍过量。

  小组2：燃烧不能有气体生成——可燃物燃烧虽然消耗了瓶中的氧气，但是如果产生的新的气体，集气瓶内的气压会基本保持不变，甚至可能增大，右侧烧杯中的水压不过来，测量值大大偏小。

   师：那么同学们觉得这个实验中哪些可燃物不能代替红磷。

   生：比如说C、S等燃烧会生成CO₂、SO₂等气体。

   师：那么换用铁粉可不可以?

   生：可以，铁粉燃烧生成Fe₃O₄ （固体）

   生：不可以，铁粉在纯氧中才能燃烧，在空气中只能缓慢氧化

   师：这位同学讲得很有道理，我也同意他的观点，铁粉在空气中是不能燃烧的，只能在空气中发生缓慢氧化，所以从理论上来分析，用铁粉能测量空气中的氧气含量，而且比较精确，但是就课堂实验角度而言，用铁粉就比较费时，而且实验现象不明显。

小组3：反应结束后没有完全冷却就打开止水夹——虽然把氧气反应完了，但是集气瓶内气体受热膨胀，气压增大，测量值偏小。

  师：各小组表现得非常好，下面我们一起来总结一下本实验成败的关键。

 1.装置气密性要好

 2.燃烧不能有气体生成

 3.可燃物要稍过量( 让氧气反应完全）   控制不好，实验结果将偏小

 4.操作要迅速

 5.反应后要冷却

三、案例评析

建构主义学习观认为，学习并非学生对教师所授知识的被动接受，而是以其自身已有的知识和经验为基础的知识的主动建构。知识建构是一个信息交流的过程，在这个过程中，学生是主体，教材是客体，教师是媒体，起着沟通学生与教材的作用。 知识建构忌喧宾夺主，以教师的教代替学生的学，应该把学习的主动权交给学生，发挥学生的主体作用，使学生由被动变为主动，由配角变为主角，真正意义上成为学习的主人。学生的学习必然有一个深化和发展的过程，在这个学习过程中必然会出现各种各样的问题。这个案例中，学生先通过活动知道测定空气中氧气含量的方法，该活动就是学生学习这部分知识的体验，进而通过体验建构知识。学生观察到水从烧杯流入集气瓶时，便会思考为什么会出现这种现象，根据实验现象引发学生对实验原理的思考。随后学生问题的出现更是课堂中宝贵的教学资源，法国化学家拉瓦锡通过实验测出氧气约占空气体积的1/5,而学生的测量结果却不是1/5，再次引发学生的思考，并且顺其自然地过渡到教材中的“思考与讨论”环节，集气瓶中气体减小的体积往往会小于1/5，学生讨论的过程中，巩固了知识，提升了思维深度，把整节课推向了高潮，很好地突破了教学的难点。