初中化学气体压强实验分析

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摘要:有效的实验复习教学不是简单的实验再现与知识罗列，而是通过实验的整合、改进和应用，帮助学生解决和分析实际问题，构建更加完整的知识网络，并形成系统的认识思路。通过有机整合初中化学实验中与气体压强有关的实验，并针对学生的认识的障碍对相关实验进行巧妙的改进和铺垫，为学生创设由具体到抽象的学习情境，并依托实验改进设计了与气体压强有关的复习教学，从拓展认识方式和优化认识思路两个层面促进学生认识的发展。

关键词:初中化学；实验改进；气体压强；认识发展

一、问题的提出

复习课是一种重要的教学形式，传统的复习课更多关注知识的再现与罗列，主要以“讲-练-评”型的复习模式完成，这种模式的实际效果并不理想。如何根据学生实际情况，通过优化复习策略，提高复习课的有效性，是教师面临的一个重要问题。比如，实验复习课，不可能将原本已做过的实验再重复一遍，但也不能完全脱离实验而用口述替代，特别是化学实验中涉及气体压强的问题时，由于气体看不见摸不着，学生想象起来比较抽象。而体系或装置内外的压强差在化学实验中又有广泛应用，比如利用气压差检查实验装置气密性、利用气压差使反应物固体和液体接触或分离实现气体“随时制取随时停止”的控制、利用气压差产生“水往高处流”的化学喷泉等。在面对化学实验中的具体压强问题时，初三学生往往不能灵活运用压强原理进行分析，其认识的障碍主要体现在：对密闭体系内引起压强变化的因素理解不清楚，对实验现象的描述不够准确和全面。究其原因，是学生未能掌握气压变化时引起的气体或者液体流向的变化规律。如果不整合相关实验作一个系统的复习，孤立地分析每一个实验，学生对气体压强问题的认识角度就比较单一，认识方式也更多停留在实验表面的宏观现象，认识思路零散。因此，有针对性地结合学情整合、改进和补充相关实验，是促进学生认识发展的重要手段。针对以上情况，笔者尝试将学生初中阶段已学的与气体压强相关的教材实验、课外的补充实验和改进后的实验巧妙地结合到专题复习教学中，把这些实验作为学生探索化学世界的重要途径，使学生能在科学探究的过程中更深刻地认识化学反应中气体压强变化的本质。通过精心设置“是什么”“为什么”“怎么用”三个问题情境，以实验整合为依托，完成学科的具体知识的整合与归类，丰富学生的认识角度；同时，以补充实验为证据，帮助学生归纳知识的规律性，完成认识的一般性到普遍性的过渡，拓展学生的认识方式。最后，以改进实验为延伸，引导学生应用所学知识解决实际问题，通过自己动手实验、反思实验的过程，自主地建构出知识网络，提炼出学习的方法，优化学生的认识思路。

二、教学过程设计及分析

环节一：知识系统化（是什么？）——整合实验，归类分析［活动1］邀请学生演示玩具高压水枪喷水。教师提出问题：如何操作使射程更远？分析水枪喷水的原理，自然引入教材相关的气压实验。［素材1］展示教材中有关气体压强的实验装置图（如图1-5），让学生回顾学过的知识，教师提出：哪些实验事实证明了密闭体系内的气压发生了改变？［活动2］让学生将以上实验进行分类，并讨论分类的标准。［教学评析］从生活视角引入，通过玩水枪游戏，激发了学生的复习兴趣，也引导学生从生活感性认识到化学理性视角认识物质变化。接着，再以问题情境的形式对知识进行梳理，虽然气压的变化非明显可见的现象，但可以通过气泡产生、液柱升降以及装置形状的改变等看得见的现象来佐证。通过复习密闭体系内气压改变的实验现象，将零散的课本实验整合，引导学生回顾原有的知识，从而引发学生新的思考，帮助学生从中寻找规律，构建新的知识网络，进而得出结论，体现气压变化的宏观现象，常体现在液体的流动（比如气泡、液柱的倒吸等）和体积可变的装置中形状的改变等，引导学生从相似中找差别，从差别中看本质，不仅培养了学生深入分析问题的能力，也丰富了认识角度。环节二：知识深入化（为什么？）——宏观辨识，微观探析［活动3］学生分组讨论并汇报上述实验现象产生的原因。同时，引导学生从温度的升降、气体量的增减等角度来分析装置中气体压强的变化。［活动4］学生观看微课《气压那点事儿——微观示意版》。教师提出问题：能从微观角度分析引起气压变化的本质原因吗？引导学生从微观角度分析发现：气压增大是因为微粒的运动速率加快，微粒间间隔变大或者是微粒的数目增加；而气压减小是因为微粒的运动速率减慢，微粒间间隔变小或者是微粒的数目减少。［1］［教学评析］先从学生熟悉的装置入手，通过对实验宏观现象的分析，推知实验原理，再帮助学生理解装置中气体压强变化是由于装置中温度、气体的量的变化或者施加了外部压强引起的。在此基础上，进一步引导学生思考实验装置中温度变化和气体量增减的原因、这种变化和实验中发生的化学变化的内在关联以及外加压强的改变对实验的影响。借助视频动画引导学生对气压变化进行微观探析，培养学生透过现象看本质，由表及里地分析问题。该设计从宏观到微观，进而理解现象和事物本质的内在联系，并在分析实验原理中渗透化学符号表征，既促进了学生宏微结合的学科思维也深化了学生对物质变化的认识发展。环节三：知识应用化（怎么用？）——实验改进，拓展探究片段1.补充实验，寻找规律［分组实验1］要求学生根据桌面上提供的仪器和水，利用气压变化原理检查“固液不加热型”装置的气密性。［活动5］学生分析、讨论并设计出如图6和图7实验方案，利用气压变化原理，预测实验现象，再实验探究汇报。教师提出问题：根据实验结果，分析压强改变后气体、液体的流动方向的规律。图6拉注射器图7推注射器［教学评析］此实验设计为气压问题的辨析应用，学生发现推或拉注射器引起压强变化时，所伴随的实验现象是不同的。当气密性良好时，学生如图6拉注射器，观察到长颈漏斗下端有气泡冒出；学生如图7推注射器，观察到长颈漏斗下端形成一段水柱。学生通过辨析现象产生的原因，发现现象虽不同，但气体或者液体流动的方向相同，都遵循朝着气压变小的方向流动的规律。学生通过自主科学探究的过程，学会判断压强发生变化引发流体的流动方向，也突破了其认识的障碍点，能够依据气体压强变化的规律，准确描述实验现象。片段2.优化实验，运用规律［活动6］学生分析、评价常见的“固液不加热”的发生装置存在的问题，思考实验过程中，气体或者液体的流动方向，并描述实验现象。［分组实验2］根据提供的实验改进装置（如图8），以及大理石和稀盐酸等药品，讨论、设计实验方案实现二氧化碳气体“随时制取随时停止”。图8优化后的装置示意图［教学评析］该实验是气体压强问题的迁移应用，目的是让学生尝试分析和评价实验装置，并能利用压强变化的原理来控制反应的发生和停止。帮助学生理清气压改变和流体流动的因果关系，并能通过控制气体或液体流动的方向，优化相关的实验装置。同时，也培养学生在理解物质变化实质过程中的抽象思维和调控实验的能力。片段3.改进实验，提炼方法［活动7］学生根据提供的装置和用品设计喷泉实验，教师演示改进后的热水浴酒精增压喷泉（装置如图9）和二氧化碳减压喷泉实验（装置如图10）。图9图10［教学评析］该片段是气体压强问题的趣味拓展，先由学生利用气压差的原理，设计出“水往高处流”的喷泉效果，再由教师演示改进后的热水浴酒精增压喷泉和二氧化碳减压喷泉实验，分析喷泉效果产生的原因，进而预测和验证物质的性质。两个改进实验分别从实验原理设计实验方案，或是从实验现象来分析实验原理。利用改进后的实验装置，设置连续性问题，引发学生的认识冲突，启发学生的逆向发散思维，不仅可以使学生更深刻理解实验原理，提升了实验评价能力，也经历发现问题/解决问题的认识发展过程，同时激发学生改进实验的创新意识。［活动8］反思总结：关于气压那些事，今天你有什么收获？你能归纳出解决实验中气体压强变化相关问题的基本思路吗？图11分析“有关气压实验问题”的基本思路［教学评析］最后，由学生畅谈收获，关于气压的那些事，总结归纳出气压变化的实验原理：由于气体量增减或者温度的升降引起，并常常伴随着一些现象，比如形状的改变，流体的流动，进而发现气体或者液体的流动的规律，为准确描述实验现象提供了依据，使学生既能通过实验现象分析气压变化的原因，也能通过实验原理预测实验现象。此活动的设计目的是促进学生思考、归纳和总结，梳理知识的同时，提炼解题方法，反思学习过程，总结分析和解决气压变化问题的基本思路［2］（如图11），以此为工具，帮助学生习得解决实际问题的方法和策略，优化学生认识思路。

三、教学的建议与反思

1.整合实验，促进认识方式的拓展。颜色的变化、沉淀和气泡的产生等，这些实验现象是学生通过感官就能获知的宏观表象。而化学研究就是从看得见的宏观世界到肉眼看不见的微观世界，引导人们更深入地认识整个物质世界和本质。因此，“宏观—微观”的认识方式转变更加依赖于化学实验手段的介入。［3］所以，通过化学实验实践过程将学生所思所想的隐性发展显现出来，是检验学生认识发展水平的一种重要途径。比如，上文中笔者整合已学的关于气压变化的实验，在教学中引导学生分析气压变化的实验现象“是什么”，启发学生从微观角度分析“为什么”会发生气压变化，并尝试解释“为什么”。这就要求学生能够透过现象看本质，从而实现从宏观到微观的认识方式拓展。2.改进实验，促进认识思路的优化。知识网络的建构过程正是学生优化认识思路的重要过程，设置阶梯性的问题情境，启发学生应用所学的知识来解决实际问题，经过动手实践、反思评价、总结归纳的探索和思维过程，自主地建构出更加完整的知识网络。只有学生理解自己所学的“是什么”“为什么”以及“怎么用”时，其在面对实际问题时才能迅速调取相关的信息以此类推、举一反三来解决问题。如文中借助注射器的“推”“拉”来检查装置气密性的实验，探究流体流向的规律，学生就是通过辨析现象产生的原因，发现现象虽不同，但气体或者液体的流向都遵循朝着气压变小的方向流动的规律。

参考文献：

［1］金新华.基于发展核心素养的初中化学复习教学尝试——以化学实验与气体压强复习课为例［J］.化学教与学,2016(11).

［2］何彩霞,仇永红.围绕学科本质与思维方法展开复习——以“初中化学实验中的压强问题”为例［J］.教育与装备研究,2016(7).

［3］张寒之.基于学生认识发展的化学实验教学实践研究［D］.南京：南京师范大学,2015.

作者:施秀美 单位:福州则徐中学