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空气的组成教学设计案例
作者：北京市101中学陈争发表时间： 2006-3-6 文章出处：人民教育出版社

一、设计思路 空气是学生在化学课上接触到的第一种物质，学生们在生活中可以从不同的途径获取有关空气的知识，因此使学生了解“空气的组成是什么”不是学习的重点和难点。我们都知道氧气的发现在化学史和科学史上具有极其重要的地位，不仅因为推翻了错误的燃素学说，给整个化学领域造成翻天覆地的变化，还因为研究过程中的实验方法的多样性和科学性。因此“空气”的重要意义在于能够提供一种化学情境，使学生开始了解化学的历史以及化学作为一个学科的意义，了解科学探索的过程，同时受到一些最基本的化学思维方式、实验方法、探究方法的熏陶并逐步学习这些比知识更鲜活的经验。本节课的设计思想是在科学史的情境中，让学生进行探究的学习，培养学生的分析性、实用性、创造性三元思维，同时了解人类认识事物的曲折过程以及科学家的探索精神。教学流程是：温故知新，了解空气→重走科学路，探究空气组成的历史→对空气组成的实验设计→实践上升为理论探究是指利用丰富的史料，学生通过阅读、分析材料初步认识到科学家的实验模式，提出问题和假设，设计实验，分析数据，得出结论，体会科学的探究过程，并能够模仿此过程完成自己对空气组成的探究实验、做出报告。 二、教案

课题

空气的组成

授课人

陈争

学校

北京市一零一中学

教学目标

1、知识与技能

通过引导学生分析科学家研究空气的实验和自主设计实验，帮助学生理解定性和定量的概念，理解纯净物和混合物的概念，掌握纯净物和混合物的性质，掌握空气的组成。

2、过程与方法

通过分析、对比不同科学家对空气的研究，让学生体会科学家的思想并学会科学探究的基本方法，包括控制变量对照实验的设计方法、定性实验和定量实验的设计方法、验证实验的设计方法以及比较、分类、归纳和演绎、分析和综合等基本的逻辑思维方法在化学中的应用，并通过设计实验验证空气的组成亲身体验科学探究的过程。

3、情感态度价值观

了解人类对事物的曲折的认知过程，认识到科学发现是经过艰难的探索的、任何成功都不是偶然的，培养从前人经验中获得知识、方法和经验教训的兴趣和愿望，体会科学发展和科学研究的重要性

重点和难点

1．通过分析、对比不同科学家对空气的研究，让学生体会科学家的思想并学会科学探究的基本方法

2．应用前人的经验，设计实验验证空气的组成。

教学方法

情境教学法、“探究的探究”教学法、实验法、小组合作学习教学法

仪器、药品

集气瓶、橡胶塞、燃烧匙、烧杯、导气管、止水夹、火柴、气球、塑料瓶、试管、水杯、纸团；木炭、硫磺、红磷、铁丝、蜡烛等

教师活动

学生活动

设计意图

导入温故知新，了解空气。

情境：录象《人与自然》片段

问题：我们知道没有空气就没有人类，也没有生机勃勃的地球，请大家说说你所认识的空气

小结：（板书）

1．空气是一种无色无味、难溶于水的气体。

2．空气的成分按体积计算，大约是：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%、其他气体和杂质0.03%。

讲故事：我们对于空气已经了如指掌了，现在我给大家讲一个笑话。

一位化学老师在自己的朋友面前大谈氧气的发现。这位老师说：“氧气是在18世纪才被发现的……”老师的朋友说：“既然这样，在此之前，人呼吸什么呢？”

问题：大家为什么觉得这位老师的朋友很可笑呢？

过渡：我们现在所知道的关于空气的这点看起来很简单的知识，但事实上是经过许多科学家经过几百年的研究才获得的。

发言：

1． 1.空气由氮气和氧气组成的，氧气占1/5

2.空气是无色、无味的气体。

议论：空气原本就存在，只是人们没发现，而不是人们没发现之前，空气就不存在。

使用头脑风暴法调动学生回忆已有的有关空气的知识，扩充学生对于空气组成和性质的知识。

重走科学路，空探究气组成的历史

情境：动画《拉瓦锡的实验》（旁白：二百多年前，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。他把少量汞放在密闭容器里连续加热12天，发现有一部分银白色的液态汞变成了红色粉末，同时容器里的空气的体积差不多减少了1/5。他研究了剩余的气体，发现这部分气体既不能供给呼吸，又不能支持燃烧。

拉瓦锡又把红色粉末收集起来，放在另一个容器内加强热，得到了汞和可供给呼吸、可助燃的气体。

通过这些实验，拉瓦锡得出空气是由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的1/5。）

问题：“拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分”，是否只有拉瓦锡在研究空气，并且在十二天之内就研究成功了呢？

阅读资料，组内讨论，分别汇报本组的想法和结论，并相互补充。分析并推测出表格空白的地方应该填写什么？（见表1）

通过抓取和多角度分析科学家实验的细节，探究其中的科学方法，培养学生的分析思维。通过对科学史的研究，了解化学的生动具体的创造过程认识到任何重要的定理，都是前人通过实践?认识?到实践，多次反复甚至多次失败，最后才得出的结果。

表1：

科学家	功绩	实验和现象	你的结论
伽利略（意大利）		利用气泵使一个玻璃球灌足了空气，然后用天平称出它的重量；再把玻璃球下的活塞打开，发现玻璃球变轻了。
托里拆利（伽利略的学生）		在一端封闭的长玻璃管中装满了水银，让开口的一端朝下插入装了一半水银的玻璃容器中，水银面的高度恰好是760毫米。
梅猷（英国）	1674年	[实验1]点燃的蜡烛放在一块木板上，木板位于水面之上，然后用一个玻璃钟罩扣住蜡烛和水面。发现蜡烛在燃烧时，钟罩内的水面逐渐上升，最后，蜡烛火焰熄灭了，水面之上还存在一个大的空间。 [实验2]将一只白鼠装进另一个同样的装置内。发现随着白鼠呼吸时间的增长，水面在逐渐上升，到了最后水面再上升，而白鼠也就死亡了。 [实验3] 把燃着的蜡烛和白鼠同时装进这样的装置内。现象：
卢瑟福	1772年	[实验1]把老鼠放在密闭器皿里，等到老鼠被闷死以后，再用氢氧化钾溶液除去气体中的二氧化碳；接着他又在老鼠已经不能生存的那种空气里放进一支点燃的蜡烛，发现它仍能继续燃烧片刻；等到蜡烛熄灭后，又放进一小粒白磷，白磷仍能在其中自燃。 [实验2]在密闭器皿中用燃烧白磷的方法将空气中助燃成分除去，所得到的剩余气体完全不能维持老鼠和麻雀的生命。
舍勒（瑞典）	1773年	[实验1]把硝酸钾放在曲颈甑中，曲颈甑的出口与一个膀胱做的气球相连。将曲颈甑放在炉火中加热，气球真的被一种气体充满了。把点燃的蜡烛放到气体中，气体燃烧得更猛烈了，放出耀眼的火光。 [实验2]将硝酸银、硝酸汞、氧化汞和软锰矿（二氧化锰）放在曲颈甑中加热，得到了同样的现象。
普里斯特利	1774年	[实验]用聚焦的太阳光来加热红色的氧化汞有气体产生，把点燃的干木条放入这种气体中，木条燃烧放出刺眼的光，老鼠放入这种气体中，老鼠过得非常舒服。他吸过这种气体以后，身心一直觉得非常舒畅。

讲解：同学们对科学家的研究都进行了自己的评价，并从科学家的实验中获得了一些启示和结论，现在我们就一起来看一看科学家们分别从自己的实验中获得了什么，以及科学史对他们的评价。

投影：如表2

观看投影，对比自己与科学家的结论。

表2

科学家	科学家的结论	功绩	给我们的启示
伽利略	空气是有重量的	证明空气的存在，空气是一种物质。	物质是有质量和压力的。
托里拆利	空气是一种物质，空气有压力	证明空气的存在，空气是一种物质。	物质是有质量和压力的。
梅猷	玻璃钟罩内的物体X同时被烛火燃烧和白鼠呼吸所消耗。	证明空气的作用是助燃和助呼吸。	对比实验方法、空白实验方法、控制变量实验方法。
卢瑟福	空气中助燃的成分很难完全除尽。把剩余的不能维持生命的气体称为“浊气”	发现氮气	能将空气中氧气完全除去的物质是白磷。
舍勒	称助燃的气体为“火空气”	制得氧气并研究了其性质。	遗憾！他们二人都是燃素学说的忠实信徒，绝不肯对其产生一丝一毫的怀疑。美国科学家韦克斯说“普利斯特利是氧的父亲，但他至死也不承认自己的儿子。”
普里斯特利	他告诉拉瓦锡发现和制得了一种助燃和助呼吸的气体，这种气体的助燃能力比空气强得多。	制得氧气并研究了其性质。
拉瓦锡	在大气（指空气）中并不是所有的空气（指气体）都可以呼吸，只有金属焙烧时，与金属化合的那部分空气才是合乎卫生的（指氧气可供呼吸），另一部分空气不能维持生命和助燃。认为他和舍勒、普里斯特利制得的气体是一种新化学元素，在1777年定名为oxygene。	确定了空气的组成。

学生对空气组成的实验探究。

问题：我们回顾了空气探索的艰难。现在请大家想想拉瓦锡比其他人高明在什么地方？在探索空气的过程中最艰难的是什么？

小结：（板书）

1．纯净物：只由一种物质组成是纯净物。纯净物可以用专门的化学符号表示。如氧气O₂，氮气N₂

2．混合物：由两种或多种物质混合而成的，这些物质之间没有发生反应，各自保持各自的性质。如空气。

鼓劲：同学们是否想自己亲自来探索一下看不见、摸不着的空气？

情境： 设计实验

[探究任务]1、证明空气的存在；2、确定空气的组成。

[仪器、药品]集气瓶、橡胶塞、燃烧匙、烧杯、导气管、止水夹、火柴、气球、塑料瓶、试管、水杯、纸团；木炭、硫磺、红磷、铁丝、蜡烛（若需其他仪器和药品，请提出）

发言：拉瓦锡的高明在于做了一个逆向实验，证明了氧化汞分解的气体存在于空气中，还在于他总结了前人的所有了发现，而且测定了准确组成——氧气占空气大约1/5。（教师：也就是说其他人所进行的测定是定性的，即知道是什么，而拉瓦锡进行的是定量的测定，不但知道是什么，而且要知道有多少）

发言：拉瓦锡最高明的是他不相信空气“只有一种气体”组成，不相信燃素学说，这应该是探索空气中最艰难的。（教师：也就是说空气是纯净物还是混合物，是研究的关键）

分小组讨论方案：

[证明空气存在的方案]

1、塑料瓶口上套气球，捏塑料瓶，气球鼓

2、试管连接单孔塞和导气管，导气管另一端放入水槽，手捂试管，水槽中有气泡。

3、团一个纸团塞到水杯里，向下插入水槽里，再迅速拿出，纸不湿

[确定空气组成的方案]

梅猷的实验，提示学生选择仪器，并组装。

卢瑟福的实验，提示学生选择白磷作为将氧气消耗完全的药品，但教师没有提供白磷，所以不同组有不同的选择。

实验：检验自己的设计

应用从科学史中所获得的启示解决问题，建构自己的知识体系，培养学生的实用思维。

学生的实践上升为理论

问题：1、我们的实验中，为什么气体减少的体积不等于1/5？

2、剩余的气体是否都是氮气？

3、实验中空气表现出了哪些性质，是哪种物质的性质？

作业1：完成空气存在和组成的探究报告

作业2：设计实验研究氮气和氧气的性质，并推测氮气和氧气的性质，根据氮气和氧气的性质得出用途。

作业3：科学家们发现土卫六与40亿年前的地球很相似，土卫六也拥有大气，如果你是科学家，打算怎样研究土卫六的大气？

完善自己的知识体系，培养学生分析思维。

将学习到的经验应用于未知事物的探索，为学生的创造提供空间。

板书设计

课题1 空气

一、空气

1．性质：空气是一种无色无味、难溶于水的气体。

2．组成：按体积计算，大约是：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%、其他气体和杂质0.03%。

3．纯净物和混合物

（1）纯净物：只由一种物质组成是纯净物。纯净物可以用专门的化学符号表示。如氧气O₂，氮气N₂

（2）混合物：由两种或多种物质混合而成的，这些物质之间没有发生反应，各自保持各自的性质。如空气。

课题空气的组成 授课人 陈争学校北京市一零一中学 教学目标 1、知识与技能通过引导学生分析科学家研究空气的实验和自主设计实验，帮助学生理解定性和定量的概念，理解纯净物和混合物的概念，掌握纯净物和混合物的性质，掌握空气的组成。 2、过程与方法通过分析、对比不同科学家对空气的研究，让学生体会科学家的思想并学会科学探究的基本方法，包括控制变量对照实验的设计方法、定性实验和定量实验的设计方法、验证实验的设计方法以及比较、分类、归纳和演绎、分析和综合等基本的逻辑思维方法在化学中的应用，并通过设计实验验证空气的组成亲身体验科学探究的过程。 3、情感态度价值观了解人类对事物的曲折的认知过程，认识到科学发现是经过艰难的探索的、任何成功都不是偶然的，培养从前人经验中获得知识、方法和经验教训的兴趣和愿望，体会科学发展和科学研究的重要性 重点和难点 1．通过分析、对比不同科学家对空气的研究，让学生体会科学家的思想并学会科学探究的基本方法 2．应用前人的经验，设计实验验证空气的组成。 教学方法 情境教学法、“探究的探究”教学法、实验法、小组合作学习教学法 仪器、药品 集气瓶、橡胶塞、燃烧匙、烧杯、导气管、止水夹、火柴、气球、塑料瓶、试管、水杯、纸团；木炭、硫磺、红磷、铁丝、蜡烛等 教师活动 学生活动 设计意图 导入温故知新，了解空气。 情境：录象《人与自然》片段 问题：我们知道没有空气就没有人类，也没有生机勃勃的地球，请大家说说你所认识的空气 小结：（板书） 1．空气是一种无色无味、难溶于水的气体。 2．空气的成分按体积计算，大约是：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%、其他气体和杂质0.03%。 讲故事：我们对于空气已经了如指掌了，现在我给大家讲一个笑话。一位化学老师在自己的朋友面前大谈氧气的发现。这位老师说：“氧气是在18世纪才被发现的……”老师的朋友说：“既然这样，在此之前，人呼吸什么呢？” 问题：大家为什么觉得这位老师的朋友很可笑呢？ 过渡：我们现在所知道的关于空气的这点看起来很简单的知识，但事实上是经过许多科学家经过几百年的研究才获得的。 发言： 1． 1.空气由氮气和氧气组成的，氧气占1/5 2.空气是无色、无味的气体。 议论：空气原本就存在，只是人们没发现，而不是人们没发现之前，空气就不存在。使用头脑风暴法调动学生回忆已有的有关空气的知识，扩充学生对于空气组成和性质的知识。 重走科学路，空探究气组成的历史 情境：动画《拉瓦锡的实验》（旁白：二百多年前，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。他把少量汞放在密闭容器里连续加热12天，发现有一部分银白色的液态汞变成了红色粉末，同时容器里的空气的体积差不多减少了1/5。他研究了剩余的气体，发现这部分气体既不能供给呼吸，又不能支持燃烧。拉瓦锡又把红色粉末收集起来，放在另一个容器内加强热，得到了汞和可供给呼吸、可助燃的气体。通过这些实验，拉瓦锡得出空气是由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的1/5。） 问题：“拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分”，是否只有拉瓦锡在研究空气，并且在十二天之内就研究成功了呢？阅读资料，组内讨论，分别汇报本组的想法和结论，并相互补充。分析并推测出表格空白的地方应该填写什么？（见表1）通过抓取和多角度分析科学家实验的细节，探究其中的科学方法，培养学生的分析思维。通过对科学史的研究，了解化学的生动具体的创造过程认识到任何重要的定理，都是前人通过实践?认识?到实践，多次反复甚至多次失败，最后才得出的结果。表1：科学家功绩实验和现象你的结论伽利略（意大利）利用气泵使一个玻璃球灌足了空气，然后用天平称出它的重量；再把玻璃球下的活塞打开，发现玻璃球变轻了。托里拆利（伽利略的学生）在一端封闭的长玻璃管中装满了水银，让开口的一端朝下插入装了一半水银的玻璃容器中，水银面的高度恰好是760毫米。梅猷（英国） 1674年 [实验1]点燃的蜡烛放在一块木板上，木板位于水面之上，然后用一个玻璃钟罩扣住蜡烛和水面。发现蜡烛在燃烧时，钟罩内的水面逐渐上升，最后，蜡烛火焰熄灭了，水面之上还存在一个大的空间。 [实验2]将一只白鼠装进另一个同样的装置内。发现随着白鼠呼吸时间的增长，水面在逐渐上升，到了最后水面再上升，而白鼠也就死亡了。 [实验3] 把燃着的蜡烛和白鼠同时装进这样的装置内。现象：卢瑟福 1772年 [实验1]把老鼠放在密闭器皿里，等到老鼠被闷死以后，再用氢氧化钾溶液除去气体中的二氧化碳；接着他又在老鼠已经不能生存的那种空气里放进一支点燃的蜡烛，发现它仍能继续燃烧片刻；等到蜡烛熄灭后，又放进一小粒白磷，白磷仍能在其中自燃。 [实验2]在密闭器皿中用燃烧白磷的方法将空气中助燃成分除去，所得到的剩余气体完全不能维持老鼠和麻雀的生命。舍勒（瑞典） 1773年 [实验1]把硝酸钾放在曲颈甑中，曲颈甑的出口与一个膀胱做的气球相连。将曲颈甑放在炉火中加热，气球真的被一种气体充满了。把点燃的蜡烛放到气体中，气体燃烧得更猛烈了，放出耀眼的火光。 [实验2]将硝酸银、硝酸汞、氧化汞和软锰矿（二氧化锰）放在曲颈甑中加热，得到了同样的现象。普里斯特利 1774年 [实验]用聚焦的太阳光来加热红色的氧化汞有气体产生，把点燃的干木条放入这种气体中，木条燃烧放出刺眼的光，老鼠放入这种气体中，老鼠过得非常舒服。他吸过这种气体以后，身心一直觉得非常舒畅。 讲解：同学们对科学家的研究都进行了自己的评价，并从科学家的实验中获得了一些启示和结论，现在我们就一起来看一看科学家们分别从自己的实验中获得了什么，以及科学史对他们的评价。 投影：如表2 观看投影，对比自己与科学家的结论。表2 科学家科学家的结论功绩给我们的启示伽利略空气是有重量的证明空气的存在，空气是一种物质。物质是有质量和压力的。托里拆利空气是一种物质，空气有压力梅猷玻璃钟罩内的物体X同时被烛火燃烧和白鼠呼吸所消耗。证明空气的作用是助燃和助呼吸。对比实验方法、空白实验方法、控制变量实验方法。卢瑟福空气中助燃的成分很难完全除尽。把剩余的不能维持生命的气体称为“浊气” 发现氮气能将空气中氧气完全除去的物质是白磷。舍勒称助燃的气体为“火空气” 制得氧气并研究了其性质。遗憾！他们二人都是燃素学说的忠实信徒，绝不肯对其产生一丝一毫的怀疑。美国科学家韦克斯说“普利斯特利是氧的父亲，但他至死也不承认自己的儿子。” 普里斯特利他告诉拉瓦锡发现和制得了一种助燃和助呼吸的气体，这种气体的助燃能力比空气强得多。拉瓦锡在大气（指空气）中并不是所有的空气（指气体）都可以呼吸，只有金属焙烧时，与金属化合的那部分空气才是合乎卫生的（指氧气可供呼吸），另一部分空气不能维持生命和助燃。认为他和舍勒、普里斯特利制得的气体是一种新化学元素，在1777年定名为oxygene。确定了空气的组成。 学生对空气组成的实验探究。 问题：我们回顾了空气探索的艰难。现在请大家想想拉瓦锡比其他人高明在什么地方？在探索空气的过程中最艰难的是什么？ 小结：（板书） 1．纯净物：只由一种物质组成是纯净物。纯净物可以用专门的化学符号表示。如氧气O₂，氮气N₂ 2．混合物：由两种或多种物质混合而成的，这些物质之间没有发生反应，各自保持各自的性质。如空气。