从空气组成发现史中获得智慧

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1、从空气组成发现史中获得智慧摘要：在“我们周围的空气”复习课中，围绕空气是混合物的实证、燃烧现象与呼吸作用的关系以及燃烧本质的揭秘过程，挖掘了空气组成发现史中蕴含的科学思想与科学方法，以期学生能够从中获得智慧并形成认识世界的正确观念。　　关键词：空气组成；科学探究；燃烧现象；呼吸作用；科学观念　　：1005?6629（2014）4?0032?03中图分类号：G633.8文献标识码：B　　空气是与人类生产、生活密切相关的我们“身边的化学物质”，是混合物的典型代表，也是义务教育阶段学生接触的第一个物质体系。义务教育化学课程标准（2011年版）要求学生能够说出

2、空气的主要成分，认识空气对人类生活的重要作用；知道氧气能跟许多物质发生氧化反应；掌握氧气、二氧化碳的主要性质、用途和实验室制法。教学中教师往往重视的也是这些显性的知识与技能。考察化学史不难发现，空气组成的发现史是一段曲折艰辛的科学探究史，其中蕴含了许多科学思想和科学方法。因此，在单元二“我们周围的空气”复习课上，带领学生重新体验空气组成的发现过程，可以促使学生从科学家研究问题的思想和方法中获得智慧，并形成认识世界的正确观念。　　1空气是混合物的实证　　小学科学课上，学生通过大量有趣的实验感知了空气的存在，知道空气是一种无色、无味、透明的气体，占据一定的

3、空间，有弹性、有流动性；初二物理学习中，学生又知道了由于重力作用空气会产生大气压强。总之，初三学习化学之前，空气始终被看成是“一种”气体。历史上，空气最初的确也被当成是一种不可再分的元素。鉴于此，复习课上可以首先给学生提出这样一个问题：科学家是如何发现空气组成的复杂性的呢？　　限于学生的认知发展水平，如果详细介绍空气组成的发现过程，一下子出现那么多遥远陌生的外国科学家姓名及其研究成果，不但发挥不了化学史应有的作用，反而会增加学生的学习负担，影响学生学习的积极性。所以，教师可以先请学生进行思考：空气看不见摸不着，如果你是科学家，你怎样设计实验证明它不是纯

4、净物而是混合物呢？“混合物”和“纯净物”是本课题中的一对概念，“由一种物质组成”的是纯净物，“由两种或两种以上的物质混合而成”的是混合物。通过前面的学习，学生对“物质组成决定性质”的学科思想已经有了一定的感性认识，在教师的启发下基本能够想到只要证明空气中有两种不同性质的气体就可以说明空气是混合物。这个时候，教师再结合PPT展示生动图片介绍英国化学家梅猷在1674年所做的实验：将一片樟脑放入倒置在水中的钟罩内，用聚光镜点燃樟脑，待燃烧一段时间熄灭后，钟罩内水面上升，但钟罩内仍剩余部分空气，不再支持燃烧[1]。这充分说明了空气中至少存在2种性质不同的气体，

5、一种能够支持燃烧，另一种正好相反。该实验还表明了混合物中各组分相对独立地保持着各自的性质，为后面教学中“混合”与“化合”的区分作了铺垫。　　沿袭梅猷的思路，后续的科学家们利用可燃物在水面上燃烧的改进装置测定了空气中氧气的含量。例如，把白磷放在一片小木块或任何能浮的物件上，使它漂浮在水面。为了避免把木块烧毁，在磷和木块之间垫一些不能燃烧的瓦罐碎片，扣上玻璃钟罩。一旦白磷开始燃烧，玻璃钟罩内水面就会上升，进入钟罩内的水大约占原来空气体积的五分之一[2]。在聆听这些史实的过程中，学生会慢慢领悟到，教材中使用红磷燃烧测定空气中氧气含量的实验正是受到了科学前辈们

6、的启发，且依据中学现有的条件做了适当改进，使得操作更简单、方便。然而由于反应体系不是绝对密闭，会给测量结果造成一定的误差。　　2燃烧现象与呼吸作用的关系　　教材在介绍氧气、二氧化碳、氮气化学性质时都要提到是否支持燃烧，是否供给呼吸。表面看来，燃烧现象和呼吸作用风马牛不相及，为什么总把二者相提并论呢？在空气组成发现史中可以找到问题的答案。　　早在十七世纪六七十年代，波义耳的助手胡克就通过实验研究发现空气对动植物呼吸和植物生长是必需的，并把呼吸比作燃烧。同时代的梅猷认为空气被动物呼吸而丧失作用力与燃烧过程中被吸收是一样的。如果我们仔细分析会发现，燃烧现象和

7、呼吸作用的确在本质上有着惊人的相似：都要消耗氧气产生二氧化碳，过程中都会放出能量。当时的科学家们定然是意识到了这一点，所以他们在进行不同可燃物燃烧实验的同时，常常会借助小白鼠或者亲自对研究的气体进行呼吸。1775年，英国化学家普利斯特里通过加热汞灰（氧化汞）获得氧气后，将小白鼠放在其中，发现小白鼠比在同体积的寻常空气中活的时间约长了4倍；他亲自呼吸了氧气，在“很长时间里身心一直觉得十分轻快舒畅”。对燃烧现象和呼吸作用做过更加深入细致研究的要数法国化学家拉瓦锡，他认为吸入肺中的氧气氧化血液中的含碳物质，产生呼出的二氧化碳，动物体热就是这个氧化过程带来的结

8、果[3]。差不多快一个世纪以后的1860年，法拉第在给青少年所做的关于蜡烛燃烧的讲座中，又把燃