建构对比实验模型，提升化学探究的严谨性
时间：2020-12-10 00:04:17 来源：达达文档网 本文已影响 人 
宋亚美 唐英
摘要：通过构建两组对比实验模型，先设计等时间内呼出的气体和吸入的空气进行对比实验，然后再收集等体积的空气和呼出的气体进行对比实验，逐步探讨该探究课题中“确实”的深层含义;通过设计对比实验模型，培养学生学会注意实验中的干扰因素，提升化学探究的严谨性。
关键词：模型;对比;严谨
文章编号：1008-0546（2020）04-0087-02
中图分类号：G632.41
文献标识码：B
doi：
10.3969/j.issn. 1008-0546.2020.04.022
在自然科学研究中，当客观对象并不能直接研究时，常常要利用想象、抽象、类比等方法，建构一个简化的又能集中反映本质关系的模型，并通过对模型的研究揭示出物质的本质和特征，此即模型方法。模型是思维的工具，提高模型建构能力是追求教学艺术的关键能力。
模型是知识建构的产物。在化学教学中，实验是探究化学知识和内涵的最重要的手段。经过多年教学经验的累积，笔者认为在初中化学教学中，学会构建对比实验模型是初中化学模型探究中的重要任务。在知识点较为抽象或易混淆的化学探究中，如果能建立起适当且精妙的对比实验模型将使知识的呈现更具条理、更有层次，也更加有说服力，这在提升教师教学艺术的同时，也同时大大提升学生的学习热情和学习效率，培养学生进行化学探究的严谨性[1]。
本文以上海教育出版社初三化学教材第46页习题第9题为例，展示对比实验模型在这道习题中的应用。
题目内容如下：我们已经知道，呼吸作用（图1）产生二氧化碳。你能否设计一个实验验证呼吸作用确实产生了二氧化碳气体。第一组对比实验模型：取等时间内呼出的气体和吸入的空气进行对比实验。
学生已有知识水平：二氧化碳气体的检验方法。
初步实验操作：用一根玻璃管不断向澄清石灰水中吹气，会看到澄清石灰水变浑浊，从而证明呼吸作用中产生了二氧化碳。
学生提出质疑：空气中本来就有0.03%的二氧化碳，空气中原有的二氧化碳到底能不能使澄清石灰水变浑浊呢？
教师给予肯定：吸入的空气成分很复杂，主要是氮气和氧气，而出题者为什么偏偏把含量较少的二氧化碳的体积分数特意标出来，我们应该注意到这个细节。
抓住关键问题：怎样证明空气中原有的二氧化碳到底能不能使澄清石灰水变浑浊？
展示对比模型：装置l和装置2（图2）
由对比模型涉及以下对比知识点的学习：
1.装置1中采用呼气（即吹气）操作，检验呼出气体能使澄清石灰水变浑浊;装置2中采用吸气操作，嘴巴与短管相接触，让空气从长管进入澄清石灰水，发现原有空气本身并不能使澄清石灰水变浑浊。
2.控制对比条件，设计实验要控制变量。对学生呼气和吸气时间进行了控制和记录，15s叫停，两次实验取用澄清石灰水均为lOOmL，装置2中要保证澄清石灰水能浸没长导管1
3.对比实验现象：呼出的气体能使澄清石灰水变浑浊，吸入的空气中虽然含有二氧化碳气体，但在短时间内不能使澄清石灰水变浑浊，说明呼出的气体中二氧化碳的含量增大了。
教师总结对比实验模型：通过这两个实验的对比，确实可以得出呼吸作用确实产生了二氧化碳气体，因为空气中原有的二氧化碳短时间内不能使澄清石灰水变浑浊。设计对比实验，可以帮助我们得到更加真实可靠的实验结论。
教学过渡：
上述對比实验模型，保证了呼出气体和吸人空气的时间相同，但是呼气和吸气的速度可能不一样，就会导致气体的体积不一样。为了更精确地说明结论，我们可考虑收集等体积的空气和呼出的气体。
第二组对比实验模型：收集等体积的空气和呼出的气体进行对比实验。
学生已有知识水平：采用排水法收集气体。
教师引入装置模型：展示一只带橡皮塞的空的锥形瓶，你们觉得锥形瓶中真的什么都没有吗？
师生讨论猜测：里面可能有空气，也可能事先收集了其他的无色的透明的气体如氧气、氢气或二氧化碳等。
进入对比实验模型主题：怎样用这个锥形瓶捕捉一满瓶实实在在的空气？
展示对比模型：装置3和装置4（图3）
由对比模型涉及以下对比知识点的学习：
1.采用装置3，先往瓶子里装满水，将里面的气体排空，然后再将水全部倒出，就可以捕捉到一满瓶空气。采用装置4目的是收集一瓶与装置3等体积的呼出气体。
2.观察装置4和装置2很雷同，同样带有长短导管。讨论其中的对比操作，刚才装置2中嘴巴接触短导管采用吸气操作，成功将空气引入。现在通过嘴巴接触短导管，采用呼气操作，将瓶中事先装满的水从长管排出，从而使锥形瓶中充满呼出气体。
3.设计对比实验必须渗透控制变量的思想。考虑到加入澄清石灰水时，会使锥形瓶中的气体量减少，同时考虑到便于振荡操作，权衡考虑加入50mL澄清石灰水。
4.对比实验现象：分别向两只锥形瓶中各加入50mL澄清石灰水，振荡，发现空气不能使澄清石灰水变浑浊，而呼JJ的气体很快能使澄清石灰水变浑浊。
教师总结对比实验模型：通过装置3和装置4收集等体积的空气和呼出的气体，又再一次充分说明呼吸作用“确确实实”产生了二氧化碳气体，的确空气中原有的二氧化碳气体不能使澄清石灰水变浑浊。
对比升华：
通过以上两组对比实验模型，已经知道空气中二氧化碳气体的含量较低，短时间内不能使澄清石灰水变浑浊，但是配制的澄清石灰水为什么不能在实验室中长久放置？
展示一瓶久置的澄清石灰水，发现溶液中及瓶壁上都出现白色浑浊。
画龙点睛：不同浓度的二氧化碳气体与澄清石灰水作用，会得到不同的实验现象，但空气中的二氧化碳在长时间后也能使澄清石灰水变浑浊！通过设计对比实验模型，会让我们越来越感觉到“严谨”这个词语在科学探究中的重要性。
教学反思
既然是对比实验模型，就一定要有可比性。所谓可比性，简单地说就像百米赛跑一样，运动员要在同一起跑线上，还要听到发令枪声同时起跑才具有可比性，这样的对比才具有可信度和说服力。在教学过程中，先从控制澄清石灰水的用量、吹气和吸入空气的时间完全相同，来设计对比实验，得到了较为明显的现象！
然后在对比实验的设计上又做到精益求精。在第一组对比实验模型中，保证了呼出气体和吸人空气的时间相同，但是呼气和吸气的速度可能不一样，就会导致气体的体积不一样。为了更精确地说明结论，又设计收集等体积的空气和呼出的气体，再进行对比实验模型设计。这样更加激发了学生的探究兴趣，进一步提升了化学探究的严谨性。
模型与建模是科学发展的重要元素，也是科学学习中不可或缺的认知与能力。化学学习中的模型认知活动能促使学生全面深刻地理解化学模型的性质、作用、使用范围及其局限性等。在化学研究中，引导学生并学会建构模型，使用模型，会使化学知识的呈现更加直观，学生也更利于理解、接受和应用。
参考文献
[1]华薇.初中化学教学中游戏化模型的研究[J].中学化学教学参考，2018（18）：3-4
