测量空气中氧气的含量

一次失败的实验

——测量空气中氧气的含量

玉环县楚门镇第一中学金敏华内容说明

这是《科学》教科书中一个普通的实验，通过消耗空气中氧气的方法来测量空气中氧气的含量。不过笔者认为这个实验的价值不在于实验的结果是否与实际相符，事实上用该实验装置很难测量出准确值来，因此实验往往是失败的。该实验的真正的价值在于通过失败的实验，让学生思考失败的原因，从而让学生通过创造性的思维来寻求完善该实验装置、实验过程甚至更好的实验方法。在失败中打破常规，提升学生的独立思考能力和创造性思维能力。

教学理念

学生的思维是单纯的，在普遍的正向思维教育方式下，学生的思维往往形成了定势，唯书本为经典。但是，《科学》教科书中该实验装置的确存在不合理因素，其中之一就是该装置的气密性不够，当然通过改善气密性可以最大程度的改善该实验装置。但其二的致命性缺陷，即红磷在瓶外点燃到放入集气瓶、再塞紧瓶塞的过程中无法避免的存在瓶中的空气与瓶外的空气进行交换，就会产生极大的实验误差，甚至实验失败。

正是利用这次失败的实验，打破学生常规的正向思维方式，来个彻底的逆向思维。让学生明白这样一个简单的道理：任何实验都是人为的，实验装置都不可避免的存在着不合理因素，实验都有失败的可能，即使在成功的实验结果上也必定存在着误差。从而得出一个结论：任何实验都有值得改进的地方。于是克服学生的思维惰性，也打破教科书在学生心目中的绝对权威的地位。

案例描述

在做该实验以前，笔者要求学生在课外对实验进行预习，熟悉实验装

置，想象实验过程和可能出现的实验结果。这个实验简单易懂，通过预习让学生确立正的思维模式，以便为实验后打破该思维模式作铺垫。

在笔者演示该实验前，还要求学生对实验进行描述，同学们基本上描述为：“红磷被点燃后放入集气瓶中，然后在集气瓶中完全燃烧，产生白烟，接着水槽里的水就被吸入了集气瓶中。”对于学生的描述，笔者没有作评判。为把学生的兴趣调动起来了，接下去就开始做实验。

点燃红磷，将燃烧的红磷放入集气瓶，塞紧瓶塞。瓶内出现了大量白烟，与水槽相接的导管中有水柱上升。一切似乎都按照预先的设想进行。但意想不到的是，当水柱上升一点点高度时就不再上升了，更没有水到达集气瓶中。

“水怎么没有到集气瓶呢？”

“瓶中的是白烟吗？那是什么啊？”

一些细心的学生还发现了特殊现象，“老师，导管怎么先有气泡冒出再有水柱上升呢？”

学生强烈的兴趣被调动起来了，于是笔者就让学生描述一下刚才的实验过程和实验现象。归纳一下就是：

“先安放集气瓶、水槽，再连接导管，检查装置的气密性，然后点燃红磷，再把点燃的红磷小心的放置在集气瓶中，瓶中迅速充满了白色物质，这时老师把瓶塞塞紧，发现导管口有几个气泡产生，这时红磷不再冒烟了，再等了一会，导管中有水柱产生，水柱上升到一定高度后便停止了。”

“老师，不是说集气瓶中上升的水与原来的水进行对比再算氧气的量吗？现在水根本没有多出来，那怎么计算呢？”

“是的，这当然不能说明空气中不含氧气，只能说明这是一个失败的实验！”

失败的实验！对于这个意想不到的结果大家显得既失望又好奇，学生们课前设想的泡泡已经破灭了！

“这个实验为什么会失败呢？大家找找失败的原因。”笔者及时的引导学生总结实验失败原因。

“气密性不够，空气进入了集气瓶。”这个重要原因让学生轻易的找到了。

“但是，后来不是有水柱产生了吗，气密性不是好的吗？”有同学提出了质问。

“老师，我发现你用的红磷很少，是不是没到集气瓶中时就已经烧完了？”

“不对，我看到了红磷在集气瓶中燃烧发出的光了的。”

大家七嘴八舌的议论起实验失败的原因。渐渐的失败的原因被找到了。

最后笔者归纳了失败的原因：

“这个实验的原理是让红磷燃烧掉集气瓶中的氧气，然后让水占据氧气在集气瓶中的位置，再根据上升的水位，测出空气中氧气的含量。在实验过程中红磷在瓶子外面点燃，再放到瓶中，在这个过程中红磷已经消耗了一部分，如果红磷不充足，那么在放到集气瓶中时已经消耗的差不多了。而且在塞瓶塞的过程中整个装置实际上并不密封，红磷燃烧的时候集气瓶内空气跟外界是连通的，当瓶塞塞好时红磷已经燃烧的差不多了，而且瓶中的氧气也消耗的差不多了，随后反应很快的停止了，所以整个实验失败了。要想让这个实验得到比较准确的结果，就要加快塞瓶塞的过程，但做到既快又准是非常困难的。因此失败是不可避免的了。”

“噢，原来这样啊”

“那如何改进这个实验呢？”俗话说趁热打铁嘛！

出乎意料的是学生提出的方案还真多，其中不乏有许多有价值的方案。

如：加快塞瓶子的速度和准确性；改变红磷点燃方式，用点煤气灶一

样的方法使红磷在集气瓶中被点燃，这样就克服了装置的气密性问题；在导管口安装一个三角漏斗，这样当集气瓶中的空气被加热时，不至于让空气跑出装置，减少实验误差。

期间，一个同学还提出了一个意想不到的实验方法，“老师，我们是不是这样做也可以，就是把一定体积的气体反复通过一个可以和氧气反应但是不和其他气体反应的物质，那么最后剩下的气体就没有氧气了，通过先后剩余气体与原来气体体积的比较就可以得出氧气的含量了。”

“这个想法好极了！那么今天的作业就是设计这套实验装置，同学们可以互相讨论，互相帮助。”学生有如此高涨的兴趣，怎么可以就此罢休呢！

可以肯定，这是一个非常不错的实验方法，比燃烧红磷更具有可靠性。但更关键的是这位学生能够在失败的实验面前打破思维定势，从转换实验方法的角度来提高实验准确性，这是非常难能可贵的，也是“失败教育”所产生的显著效果，不仅学会了红磷燃烧测氧气法而且涉及到其他方法，对于科学这门多实验的课程，更多的实验方法意味着更大的成功。

最后，笔者按照学生所提出的几点对实验进行了改进，结果产生了很好的实验效果，使同学们第一次真正尝到了成功的喜悦。有了这次经验，同学们在以后的实验中往往出乎意料的提出实验的缺陷，同时提出很多的改进意见。

案例评析

通过这次失败的实验，首先使学生知道书本中的东西并不是完全完美的，任何实验都有改进的地方，使他们具有挑战权威的勇气。其次，打破了学生的思维定势，把他们的关注点从结果拉到过程中来，加强了对实验过程的思考。再次，把中学时期的科学实验从验证的角度转换到探索的角度，探索科学的新方法。

一次失败的实验，结果却成了一个非常成功的教学过程。透过失败的