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
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课题 |
空气的组成 |
授课人 |
陈 争 |
学校 |
北京市一零一中学 |
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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 |
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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。 |
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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 |
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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 |
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教师活动 |
学生活动 |
设计意图 |
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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。 |
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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）
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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。 |
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表1：
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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。 |
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表2
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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）
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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。 |
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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。 |
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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。 |
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