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[摘 要]
小组合作探究利用合作实验营造一个适合养成科学素养的良好氛围。结合空气组成实验教学，从走进化学史培养科学方法科学精神；走进实验改进发展创新思维；走进小组合作养成团队探究习惯；走进小组合作提高信息处理能力四方面来提升初中生的科学素养。
[关键词]
科学素养；小组合作；实验探究
义务教育2011化学新课标明确指出：“义务教育阶段的化学教育，要激发学生学习化学的好奇心，使每一个学生以愉快的心情去学习生动有趣的化学，激励学生积极探究化学变化的奥秘，增强学生学习化学的兴趣和学好化学的信心，培养学生终身学习的意识和能力；引导学生体验科学探究的过程，学习科学方法，在“做科学”的探究实践中培养学生的创新精神和实践能力，全面提高学生的科学素养，促进学生得到全方位的发展”。化学作为一门以实验为基础的自然科学，化学实验教学对培养学生科学素质有得天独厚的优势，也有义不容辞的责任。通过小组合作讨论设计实验、协作完成实验、交流总结得出结论，不仅可以培养初中生对化学的兴趣，促进学生找到内在的原动力；而且可以培养学生的合作意识和团队精神。新时代的化学教师要善于用奇妙的化学实验把化学展示出来，让学生终生难忘。下面谈谈笔者在进行沪教版空气组成测定实验教学时，是如何挖掘其科学素养教育因素的。
一、走进化学史，加强对学生科学方法、科学精神的培养
空气组成测定教学蕴涵着诸多科学精神教育因素。实验教学中我先创设情境，图片展示240多年前法国化学家拉瓦锡定量研究了空气的成分。方法是把少量汞放在密闭容器里加热12天，发现部分液态汞变成了红色粉末，同时容器里空气体积减少了约1/5，他发现剩余气体就是我们学习过的氮气。拉瓦锡又把红色粉末放在放在另一个较小的容器中再加热，得到汞和氧气，且氧气体积恰好等于密闭容器中减少的空气体积。通过实验拉瓦锡得出空气由氧气、氮气组成，且氧气约占总体积的1/5。
多位化学家在空气组成发现史上做出了卓越的贡献，拉瓦锡测定空气组成实验加热就用了12天，两位英国科学家发现稀有气体氩气用了两年。化学实验教师应注重科学方法指导：关注学生实验时信息记录的完整性，适时调控学生情绪，实验观察要有序、敏锐，眼观色，手感温，鼻闻味，耳听音，多感官协同收集信息才能对实验有最全面的认识。鲜活的化学史知识能激励学生敢于进取、勇于奉献的科学精神，敢于树立怀疑前人、超越前人的远大志向。
二、走进实验改进，促进学生科学创新思维的发展
【师】展示一个密闭的125ml空集气瓶，如何测定其中氧气的含量呢？首先要选择能消耗氧气又不产生新气体的物质，且最好实验过程环保；其次要找到一种测量所消耗氧气体积的简单方法。同学们可以小组讨论后回答。
【生1】选择固体红磷燃烧；用量杯量体积。
【生2】选择蜡烛燃烧；用量筒量体积。
【师】综合评价学生建议，符合条件的物质很多，本课我们选择红磷和活性铁粉（也可用暖宝中铁粉代替）两种物质。红磷在点燃的条件下能与空气中的氧气反应生成五氧化二磷固体，五氧化二磷固体易溶于水；铁生锈时消耗空气中的氧气，生成暗红色铁锈也是固体。
【师】如下面图2装置，从左侧导管吸气进行实验后有何现象？追问为何水会发生倒吸？
【师】如何使测定空气组成实验准确、简洁、高效？沪教版教材P13图1装置结合量筒我们可以如何改进装置？
【生3】图1选择用量筒代替烧杯准确量出水的体积变化。
【生4】选择试管代替集气瓶减少空气总量。
【师】确定改进后的装置图3和图4，利用改进装置我们来小组完成实验。
教学中我注重鼓励学生敢于突破常规，求新求异，重视启发创新思维。为什么改？怎样改？改进后效果如何？怎样改，学生小组合作交流集思广益，将实验设计改进通过图示法表达出来。同时将我从资料中收集的改进方法与学生们分享，并把网络上获取的传感器定量测定信息介绍给学生，扩宽学生的视野，让学生了解最新的初中化学实验手段，启发学生的创新思维。创新是一个民族进步的灵魂，而创新思维又是创新的灵魂，传统的实验教学忽视了学生主观能动性和创新思维的发展。
三、走进小组合作实验，科学团队探究习惯的养成
实验小组分工：班级48人平分成6个实验小组，每组有组长、实验操作员、观察记录员。实验前期准备：检查好6套装置的气密性；测定的集气瓶（125ml）和大试管（20mm*200mm）加了橡皮塞之后的容积；将3g还原性铁粉和烘干的3.4g活性炭粉充分混合研磨后平分成6份。
【师】1、2、3小组用红磷燃烧测定空气中氧气含量；4、5、6小组用还原性铁粉和盐水自发反应来测定空气中氧气含量。
【生】小组合作实验探究实验操作、收集信息、计算得出氧气体积含量。
【师】我们能够测出瓶内和管内消耗的氧气的体积吗？思考后再交流讨论。提示：红磷燃烧和铁粉反应前后，集气瓶和大试管内什么条件发生了变化？
【生5】红磷在燃烧匙里有剩余，说明氧气已消耗完了。进入集气瓶中红墨水的体积相当于集气瓶内空气中氧气的体积。通过改进：量筒读数变化可以准确确定反应的氧气的体积。
【生6】铁粉在盐水条件下快速生锈，消耗氧气使大试管内压强变小，打开弹簧夹后量筒中红墨水被吸入导管，被吸入红墨水的体积等于反应的氧气体积，量筒读数好操作。
【师】各小组展示实验成果（小数后保留一位有效数字），你们测定的氧气体积百分比是多少？你觉得你们的实验成功吗？谈谈你们的感受和想法？
【生7】我们的红磷燃烧测定实验成功了，氧气占总体积18.8%，我们分工明确速度快。 【生8】我们组用铁粉实验成功了，缺点是铁粉不太容易撒到试管内，但我们最后实验数据为20.4%，准确度较高，接近科学家拉瓦锡的1/5。
【生9】我们的实验失败了，红磷燃烧现象明显，量也足够，就是水没有倒吸，我们怀疑是不是装置漏气了？
【师】成功了5个小组，氧气含量都是有效的，最佳数据20.4%值得点赞，第3组虽然失败了，但他们分析了失败的原因也值得鼓励。下面我们来讨论下他们的纠结的是不是装置漏气，课前实验员准备的应该是气密性良好的，我来试试气密性究竟如何？
【拓展探究】用第3组装置演示气密性检查，连接好装置，先将导管伸入到小烧杯的水中，双手紧握集气瓶外壁，观察到有三个气泡冒出说明气密性很好。那么第三组为何水未倒吸呢？
【生10】我们的实验时用力旋紧了橡皮塞，第3组是不是没有塞紧。
【师】回答的很精彩，我分析也是未塞紧橡皮塞导致装置漏气有空气进入。欢迎第3组同学课后抽时间到实验室再试身手，直到实验成功。
【师】我们在化学第一节中曾经学习了氮气的用途，知道氮气可以做保护气，保护文物，瓜果、粮食等食品，还可以做灯泡的填充气。通过今天你们小组的实验探究，你对氮气有何新的认识？
【生11】氮气不活泼，不能和红磷反应，也不支持燃烧。
【生12】空气中氮气最多，约占总体积的80%，氮气不溶于水。
【师】随着科学的不断发展，英国的两位科学家发现通过长期合作实验研究和推理发现了空气中另一类气体——氩气等稀有气体。也正是由于科学实验的不断发展，才诞生的与生活生产紧密相连的化学学科。下面我们来看一段视频了解两位科学家发现氩气的过程。
小组合作实验探究根本目的是希望学生有自己的想法，并能亲自动手或在他人帮助下完成化学实验探究，促使学生能提出的更深层次的想法。学生小组讨论参与设计实验方案，在小组实验过程中，要求学生分工明确、各尽其职，并能主动去分析、推理、交流实验结论，体验实验探究的每一个环节，这对刚接触初三化学的学生来说挑战很大。小组合作实验探究激发了学生的求知欲，学生参与学习的积极性非常高，各组成员纷纷发表自己的意见，教学效果好，其在具体实施目标达成时要有一个循序渐进的过程，不可以操之过急。
四、走进小组合作问题解决，提高学生信息处理能力
【师】空气中氧气的体积分数为21%，我们成功的5组实验数据分析都低于低于1/5，请各小组分析可能是什么原因造成的？
【生13】装置未完全冷却；铁粉或红磷量不足够消耗完氧气；气密性不好。
【生14】集气瓶、试管提供的原始体积测量数据偏小了；量筒读数时错误操作导致测出吸入的红墨水的体积偏小。
【生15】足量的红磷和铁粉都不能将空气中的氧气反应完；红磷即使迅速伸入集气瓶里，还是有氧气从集气瓶口逸出。
【师】你们的分析都很棒，量筒读数原因体现细致，氧气是否能全反应完和红磷伸入时气体的逸出分析很有深度，我们一同来综合评价这些原因的准确性。
【师】最后我们再来反思我们的两套实验改进装置，通过实验你觉得优点和缺点有哪些？课后你还可以继续再改进。
为了使学生的学习从被动转向主动性，教师要善于抓住学生的好奇心理，促使学生的好奇心向探究心转化。先让学生小组实验自主探究，每个人都能主动投入到学习活动中；再由教师的合理引导，促进学生不断发现问题，自我解决问题，从而促进学生信息处理能力的提高。在科学研究活动中，处理信息比收集信息更重要。对信息进行有效的筛选、整合，得出科学的判断是科学探究的核心。在教学中，既要引导学生全面进行信息收集，更要指导他们合理取舍、正确判断。教师要有意识把实验探究带来的直觉兴趣引导到对实验本质的探索上来；同时，教师对学生的设计、操作、结论、反思等探究过程予以鼓励性评价，这往往会激发学生动手探索的强烈愿望，消减不良的心理因素，提高信息处理能力。
初中化学是启蒙学科，学生小组合作实验探究能提高教学效果，更重要的是小组合作实验探究有利于培养和谐宽松的课堂氛围。今天的社会也包括学校，竞争被日益重视，以至于学生之间有时漠不关心，更谈不上互相帮助。而小组合作探究利用化学实验能为全班学生提供相互了解、相互关心、相互提高的机会，创造一个适合学生养成科学素养的良好环境。小组合作实验探究是打开学生心灵之门的一把钥匙，利于学生有更多的机会体验化学的神奇、感受团队共进退的乐趣。
教师要鼓励学生善于合作而非仅仅是善于竞争，合作多快乐也就多了。小组合作实验探究能让学生快乐地学习化学，自然地提高科学素养，这也是我们化学教师毕生追求的目标。
[参 考 文 献]
[1]义务教育教科书九年级化学上册[M].上海：上海教育出版社出版，2015（6）.
[2]义务教育化学课程标准（2011年版）.教育部制定[M].北京：北京师范大学出版社.
[3]江军.利用数字化实验系统探究铁的吸氧腐蚀实验[J].化学教育，2014（7）.
（责任编辑：张华伟）
小组合作探究利用合作实验营造一个适合养成科学素养的良好氛围。结合空气组成实验教学，从走进化学史培养科学方法科学精神；走进实验改进发展创新思维；走进小组合作养成团队探究习惯；走进小组合作提高信息处理能力四方面来提升初中生的科学素养。
[关键词]
科学素养；小组合作；实验探究
义务教育2011化学新课标明确指出：“义务教育阶段的化学教育，要激发学生学习化学的好奇心，使每一个学生以愉快的心情去学习生动有趣的化学，激励学生积极探究化学变化的奥秘，增强学生学习化学的兴趣和学好化学的信心，培养学生终身学习的意识和能力；引导学生体验科学探究的过程，学习科学方法，在“做科学”的探究实践中培养学生的创新精神和实践能力，全面提高学生的科学素养，促进学生得到全方位的发展”。化学作为一门以实验为基础的自然科学，化学实验教学对培养学生科学素质有得天独厚的优势，也有义不容辞的责任。通过小组合作讨论设计实验、协作完成实验、交流总结得出结论，不仅可以培养初中生对化学的兴趣，促进学生找到内在的原动力；而且可以培养学生的合作意识和团队精神。新时代的化学教师要善于用奇妙的化学实验把化学展示出来，让学生终生难忘。下面谈谈笔者在进行沪教版空气组成测定实验教学时，是如何挖掘其科学素养教育因素的。
一、走进化学史，加强对学生科学方法、科学精神的培养
空气组成测定教学蕴涵着诸多科学精神教育因素。实验教学中我先创设情境，图片展示240多年前法国化学家拉瓦锡定量研究了空气的成分。方法是把少量汞放在密闭容器里加热12天，发现部分液态汞变成了红色粉末，同时容器里空气体积减少了约1/5，他发现剩余气体就是我们学习过的氮气。拉瓦锡又把红色粉末放在放在另一个较小的容器中再加热，得到汞和氧气，且氧气体积恰好等于密闭容器中减少的空气体积。通过实验拉瓦锡得出空气由氧气、氮气组成，且氧气约占总体积的1/5。
多位化学家在空气组成发现史上做出了卓越的贡献，拉瓦锡测定空气组成实验加热就用了12天，两位英国科学家发现稀有气体氩气用了两年。化学实验教师应注重科学方法指导：关注学生实验时信息记录的完整性，适时调控学生情绪，实验观察要有序、敏锐，眼观色，手感温，鼻闻味，耳听音，多感官协同收集信息才能对实验有最全面的认识。鲜活的化学史知识能激励学生敢于进取、勇于奉献的科学精神，敢于树立怀疑前人、超越前人的远大志向。
二、走进实验改进，促进学生科学创新思维的发展
【师】展示一个密闭的125ml空集气瓶，如何测定其中氧气的含量呢？首先要选择能消耗氧气又不产生新气体的物质，且最好实验过程环保；其次要找到一种测量所消耗氧气体积的简单方法。同学们可以小组讨论后回答。
【生1】选择固体红磷燃烧；用量杯量体积。
【生2】选择蜡烛燃烧；用量筒量体积。
【师】综合评价学生建议，符合条件的物质很多，本课我们选择红磷和活性铁粉（也可用暖宝中铁粉代替）两种物质。红磷在点燃的条件下能与空气中的氧气反应生成五氧化二磷固体，五氧化二磷固体易溶于水；铁生锈时消耗空气中的氧气，生成暗红色铁锈也是固体。
【师】如下面图2装置，从左侧导管吸气进行实验后有何现象？追问为何水会发生倒吸？
【师】如何使测定空气组成实验准确、简洁、高效？沪教版教材P13图1装置结合量筒我们可以如何改进装置？
【生3】图1选择用量筒代替烧杯准确量出水的体积变化。
【生4】选择试管代替集气瓶减少空气总量。
【师】确定改进后的装置图3和图4，利用改进装置我们来小组完成实验。
教学中我注重鼓励学生敢于突破常规，求新求异，重视启发创新思维。为什么改？怎样改？改进后效果如何？怎样改，学生小组合作交流集思广益，将实验设计改进通过图示法表达出来。同时将我从资料中收集的改进方法与学生们分享，并把网络上获取的传感器定量测定信息介绍给学生，扩宽学生的视野，让学生了解最新的初中化学实验手段，启发学生的创新思维。创新是一个民族进步的灵魂，而创新思维又是创新的灵魂，传统的实验教学忽视了学生主观能动性和创新思维的发展。
三、走进小组合作实验，科学团队探究习惯的养成
实验小组分工：班级48人平分成6个实验小组，每组有组长、实验操作员、观察记录员。实验前期准备：检查好6套装置的气密性；测定的集气瓶（125ml）和大试管（20mm*200mm）加了橡皮塞之后的容积；将3g还原性铁粉和烘干的3.4g活性炭粉充分混合研磨后平分成6份。
【师】1、2、3小组用红磷燃烧测定空气中氧气含量；4、5、6小组用还原性铁粉和盐水自发反应来测定空气中氧气含量。
【生】小组合作实验探究实验操作、收集信息、计算得出氧气体积含量。
【师】我们能够测出瓶内和管内消耗的氧气的体积吗？思考后再交流讨论。提示：红磷燃烧和铁粉反应前后，集气瓶和大试管内什么条件发生了变化？
【生5】红磷在燃烧匙里有剩余，说明氧气已消耗完了。进入集气瓶中红墨水的体积相当于集气瓶内空气中氧气的体积。通过改进：量筒读数变化可以准确确定反应的氧气的体积。
【生6】铁粉在盐水条件下快速生锈，消耗氧气使大试管内压强变小，打开弹簧夹后量筒中红墨水被吸入导管，被吸入红墨水的体积等于反应的氧气体积，量筒读数好操作。
【师】各小组展示实验成果（小数后保留一位有效数字），你们测定的氧气体积百分比是多少？你觉得你们的实验成功吗？谈谈你们的感受和想法？
【生7】我们的红磷燃烧测定实验成功了，氧气占总体积18.8%，我们分工明确速度快。 【生8】我们组用铁粉实验成功了，缺点是铁粉不太容易撒到试管内，但我们最后实验数据为20.4%，准确度较高，接近科学家拉瓦锡的1/5。
【生9】我们的实验失败了，红磷燃烧现象明显，量也足够，就是水没有倒吸，我们怀疑是不是装置漏气了？
【师】成功了5个小组，氧气含量都是有效的，最佳数据20.4%值得点赞，第3组虽然失败了，但他们分析了失败的原因也值得鼓励。下面我们来讨论下他们的纠结的是不是装置漏气，课前实验员准备的应该是气密性良好的，我来试试气密性究竟如何？
【拓展探究】用第3组装置演示气密性检查，连接好装置，先将导管伸入到小烧杯的水中，双手紧握集气瓶外壁，观察到有三个气泡冒出说明气密性很好。那么第三组为何水未倒吸呢？
【生10】我们的实验时用力旋紧了橡皮塞，第3组是不是没有塞紧。
【师】回答的很精彩，我分析也是未塞紧橡皮塞导致装置漏气有空气进入。欢迎第3组同学课后抽时间到实验室再试身手，直到实验成功。
【师】我们在化学第一节中曾经学习了氮气的用途，知道氮气可以做保护气，保护文物，瓜果、粮食等食品，还可以做灯泡的填充气。通过今天你们小组的实验探究，你对氮气有何新的认识？
【生11】氮气不活泼，不能和红磷反应，也不支持燃烧。
【生12】空气中氮气最多，约占总体积的80%，氮气不溶于水。
【师】随着科学的不断发展，英国的两位科学家发现通过长期合作实验研究和推理发现了空气中另一类气体——氩气等稀有气体。也正是由于科学实验的不断发展，才诞生的与生活生产紧密相连的化学学科。下面我们来看一段视频了解两位科学家发现氩气的过程。
小组合作实验探究根本目的是希望学生有自己的想法，并能亲自动手或在他人帮助下完成化学实验探究，促使学生能提出的更深层次的想法。学生小组讨论参与设计实验方案，在小组实验过程中，要求学生分工明确、各尽其职，并能主动去分析、推理、交流实验结论，体验实验探究的每一个环节，这对刚接触初三化学的学生来说挑战很大。小组合作实验探究激发了学生的求知欲，学生参与学习的积极性非常高，各组成员纷纷发表自己的意见，教学效果好，其在具体实施目标达成时要有一个循序渐进的过程，不可以操之过急。
四、走进小组合作问题解决，提高学生信息处理能力
【师】空气中氧气的体积分数为21%，我们成功的5组实验数据分析都低于低于1/5，请各小组分析可能是什么原因造成的？
【生13】装置未完全冷却；铁粉或红磷量不足够消耗完氧气；气密性不好。
【生14】集气瓶、试管提供的原始体积测量数据偏小了；量筒读数时错误操作导致测出吸入的红墨水的体积偏小。
【生15】足量的红磷和铁粉都不能将空气中的氧气反应完；红磷即使迅速伸入集气瓶里，还是有氧气从集气瓶口逸出。
【师】你们的分析都很棒，量筒读数原因体现细致，氧气是否能全反应完和红磷伸入时气体的逸出分析很有深度，我们一同来综合评价这些原因的准确性。
【师】最后我们再来反思我们的两套实验改进装置，通过实验你觉得优点和缺点有哪些？课后你还可以继续再改进。
为了使学生的学习从被动转向主动性，教师要善于抓住学生的好奇心理，促使学生的好奇心向探究心转化。先让学生小组实验自主探究，每个人都能主动投入到学习活动中；再由教师的合理引导，促进学生不断发现问题，自我解决问题，从而促进学生信息处理能力的提高。在科学研究活动中，处理信息比收集信息更重要。对信息进行有效的筛选、整合，得出科学的判断是科学探究的核心。在教学中，既要引导学生全面进行信息收集，更要指导他们合理取舍、正确判断。教师要有意识把实验探究带来的直觉兴趣引导到对实验本质的探索上来；同时，教师对学生的设计、操作、结论、反思等探究过程予以鼓励性评价，这往往会激发学生动手探索的强烈愿望，消减不良的心理因素，提高信息处理能力。
初中化学是启蒙学科，学生小组合作实验探究能提高教学效果，更重要的是小组合作实验探究有利于培养和谐宽松的课堂氛围。今天的社会也包括学校，竞争被日益重视，以至于学生之间有时漠不关心，更谈不上互相帮助。而小组合作探究利用化学实验能为全班学生提供相互了解、相互关心、相互提高的机会，创造一个适合学生养成科学素养的良好环境。小组合作实验探究是打开学生心灵之门的一把钥匙，利于学生有更多的机会体验化学的神奇、感受团队共进退的乐趣。
教师要鼓励学生善于合作而非仅仅是善于竞争，合作多快乐也就多了。小组合作实验探究能让学生快乐地学习化学，自然地提高科学素养，这也是我们化学教师毕生追求的目标。
[参 考 文 献]
[1]义务教育教科书九年级化学上册[M].上海：上海教育出版社出版，2015（6）.
[2]义务教育化学课程标准（2011年版）.教育部制定[M].北京：北京师范大学出版社.
[3]江军.利用数字化实验系统探究铁的吸氧腐蚀实验[J].化学教育，2014（7）.
（责任编辑：张华伟）