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摘要：科学探究是科学的本质特征，具有重要的教育价值，拓展教材实验的探究是一项基于学生最近发展区的探究。文章以H2O2制O2实验中催化剂的选择为例，结合学生的质疑，引导学生自主开展探究，在提升学生探究能力的同时，也有效地发展了学生的科学思维。
关键词：拓展； 教材；发展；思维；催化剂
文章编号：1008-0546（2015）12-0086-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2015.12.032
一、问题的提出
在浙教版科学八年级下册第三章“空气与生命”第一节“空气与氧气”中氧气的制取中有这样的表述内容：“如图3-16，在分液漏斗中加入20-50mL15%的H2O2，在烧瓶中加入50mL水及0.5克MnO2 。”该实验一般都作为演示实验，而笔者却作为分组实验安排。并在实验结束后，组织学生开展交流、讨论，许多学生提出了一些值得思考的问题，如为什么不加MnO2时，H2O2没有产生O2？为什么MnO2加多时，反应变快了？为什么在烧瓶中没加50mL水时，反应更快？为什么H2O2产生O2的速度会越来越慢呢？用H2O2制取O2是不是只有用MnO2作催化剂，还有其他物质可作催化剂吗？面对学生的一连串质疑，笔者加以肯定鼓励。为了更好地解答这些问题，笔者没有直接告诉学生答案，而是要求学生带着问题去查阅有关资料，在此基础上引导学生通过讨论交流，确立实验探究方案，组织实践小组的同学开展课外探究。
（2）在每只锥形瓶中加入0.5gMnO2粉末。
（3）在其它实验条件均相同情况下，收集500mL气体，1号所用时间为205秒，2号所用时间为70秒，3号所用时间为25秒，4号所用时间为8秒，5号所用时间为4秒。
得出结论：H2O2溶液的溶质质量分数越大，反应越快。
交流与讨论：为什么在教材实验中烧瓶内要加入50mL水？因为加水有利于稀释H2O2溶液，从而使其反应速度较为平缓，宜于收集O2。反之，若H2O2浓度过高，会导致反应速率过快，产生大量的热而导致爆沸，使瓶内压强迅速增大，使实验不便控制。同理，随着反应的进行，H2O2溶液的溶质质量分数变小，因而反应变慢。
在制取O2发生装置的基础上，设置了右侧量气装置，采用排水法测量气体体积，进入量筒的水的体积即为气体体积，进而间接测定O2的体积。本探究是通过测量产生等体积的气体所需的时间，来定量表示反应速度。
2. 探究催化剂种类对反应速率的影响
（1）常温下，仍按图2连接装置，在甲、乙两支长颈漏斗中加入体积为40mL、质量分数为5%的H2O2溶液。
（2）在甲、乙两个锥形瓶中分别加入0.5gMnO2和0.5g红砖粉。
（3）制取500mL氧气，测得甲组所需时间为138秒，乙组所需时间为30秒。
（4）得出结论：H2O2生成O2的快慢与催化剂种类有关，MnO2作催化剂时反应速度比红砖粉慢。
交流与讨论：
查阅资料发现，除了MnO2可作为H2O2分解的催化剂外，一些实验室化学试剂如FeCl3、CuCl2、Fe2O3以及生活用品如土豆、水果也可作为H2O2分解的催化剂。探究组的学生也试着选择不同物质作催化剂，观察到了不同的反应速率，发现催化能力的确与物质种类有关。
3. 探究催化能力与接触面积关系
（1）从一块土豆的同一部位取甲、乙两块质量均为2g的正方体土豆块。
（2）甲块为一整块，乙块切成若干片，并做到片与片相连不断开。
（3）将甲、乙两份土豆同时分别放入盛有30mL 5% H2O2溶液的试管中。
（4）观察到两试管内均有气泡产生，一段时间后，观察到甲块土豆的试管中很少有气泡产生，装有乙块土豆的试管中仍有气泡不断产生。
得出结论：土豆块与H2O2溶液接触面大，催化能力强。
交流与讨论：新鲜土豆能起催化作用是因含有生物催化剂——过氧化氢酶，过氧化氢酶在动植物的器官如植物块茎、块根、动物肝脏、血液等都有一定的存在，从实验可知，该探究从定性角度来反映反应速度的快慢，并且土豆是学生较为熟悉的一种食品，从而加强了生活与科学的联系。
4. 探究酸碱性对酶催化能力的影响
（1）取3支试管，分别注入1mL新鲜的肝脏研磨液，并标为甲、乙、丙。
（2）在甲试管中加2mL蒸馏水，乙试管加2mL 5%的盐酸，丙试管中加2mL 5%的氢氧化钠溶液，摇匀后静置5分钟。
（3）分别向三支试管中加入10mL 5%的过氧化氢溶液，观察现象。
（4）3分钟后，将3支带火星的卫生香分别伸进甲、乙、丙试管内，发现甲试管产生大量气泡，卫生香复燃，乙、丙则无气泡产生，卫生香不复燃。
得出结论：酶在中性环境中催化能力最强。
交流与讨论：酶是由生物体内活细胞产生的一种生物催化剂，与细胞新陈代谢有关的几乎所有化学反应都是在酶的催化下进行的。因此，研究酶催化能力的影响因素很有实际价值，在实际探究中，有学生根据温度对唾液淀粉酶的影响实验，提出能不能探究温度对H2O2酶活性的影响。查阅资料，可知酶受热会分解。并且H2O2在加热但不加催化剂条件下也能分解，但会产生较多的水蒸气而不能使带火星的木条复燃，达不到实验的效果。
三、结束语
鉴于用H2O2制O2，装置简单、无需加热、成本较低、利于环保等特点，很适合初中学生制取氧气，上述实验分别探究了H2O2溶液的质量分数、催化剂种类、催化剂与溶液接触面积对化学反应速率的影响，酸碱性对酶活性的影响，都是在教材实验的基础上拓展开来的，有助于发展学生灵活的思维品质。在探究过程中鼓励学生质疑，并及时设法解决学生疑问，有利于发展学生批判性思维品质，几个探究实验都运用了化学、生物等方面知识，有效实现了学科“整合”特点，加强了不同学科领域知识、技能之间的融通与连接，有助于发展学生深刻的思维品质。
初中科学课程标准指出，在探究活动中，教师要重视学生科学思维的培养，关注他们的思维过程和行为方式，引导他们“动手”和“动脑“相结合。在上述4个探究实验中都运用了控制变量法的思想，设置了实验组和对照组，有利于培养学生的比较思维能力。通过观察现象得出结论，有助于培养学生分析、综合的思维能力。又如设计的量气装置，把制取的O2转换为排入量筒中水的体积，较好体现了转换的科学思维方法。教师引导学生自主设计实验，有助于提高学生的创新意识和实践能力，全面提高学生科学素养。
参考文献
[1] 李必和.催化分解H2O2中催化剂的探究[J] .实验教学与仪器，2010，（S1）：89-100
[2] 孙丹儿，殷莉莉.过氧化氢制氧气实验不同催化剂的探究[J].化学教学，2005，（11）：5-6
[3] 中华人民共和国教育部.科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2011：5，37
关键词：拓展； 教材；发展；思维；催化剂
文章编号：1008-0546（2015）12-0086-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2015.12.032
一、问题的提出
在浙教版科学八年级下册第三章“空气与生命”第一节“空气与氧气”中氧气的制取中有这样的表述内容：“如图3-16，在分液漏斗中加入20-50mL15%的H2O2，在烧瓶中加入50mL水及0.5克MnO2 。”该实验一般都作为演示实验，而笔者却作为分组实验安排。并在实验结束后，组织学生开展交流、讨论，许多学生提出了一些值得思考的问题，如为什么不加MnO2时，H2O2没有产生O2？为什么MnO2加多时，反应变快了？为什么在烧瓶中没加50mL水时，反应更快？为什么H2O2产生O2的速度会越来越慢呢？用H2O2制取O2是不是只有用MnO2作催化剂，还有其他物质可作催化剂吗？面对学生的一连串质疑，笔者加以肯定鼓励。为了更好地解答这些问题，笔者没有直接告诉学生答案，而是要求学生带着问题去查阅有关资料，在此基础上引导学生通过讨论交流，确立实验探究方案，组织实践小组的同学开展课外探究。
（2）在每只锥形瓶中加入0.5gMnO2粉末。
（3）在其它实验条件均相同情况下，收集500mL气体，1号所用时间为205秒，2号所用时间为70秒，3号所用时间为25秒，4号所用时间为8秒，5号所用时间为4秒。
得出结论：H2O2溶液的溶质质量分数越大，反应越快。
交流与讨论：为什么在教材实验中烧瓶内要加入50mL水？因为加水有利于稀释H2O2溶液，从而使其反应速度较为平缓，宜于收集O2。反之，若H2O2浓度过高，会导致反应速率过快，产生大量的热而导致爆沸，使瓶内压强迅速增大，使实验不便控制。同理，随着反应的进行，H2O2溶液的溶质质量分数变小，因而反应变慢。
在制取O2发生装置的基础上，设置了右侧量气装置，采用排水法测量气体体积，进入量筒的水的体积即为气体体积，进而间接测定O2的体积。本探究是通过测量产生等体积的气体所需的时间，来定量表示反应速度。
2. 探究催化剂种类对反应速率的影响
（1）常温下，仍按图2连接装置，在甲、乙两支长颈漏斗中加入体积为40mL、质量分数为5%的H2O2溶液。
（2）在甲、乙两个锥形瓶中分别加入0.5gMnO2和0.5g红砖粉。
（3）制取500mL氧气，测得甲组所需时间为138秒，乙组所需时间为30秒。
（4）得出结论：H2O2生成O2的快慢与催化剂种类有关，MnO2作催化剂时反应速度比红砖粉慢。
交流与讨论：
查阅资料发现，除了MnO2可作为H2O2分解的催化剂外，一些实验室化学试剂如FeCl3、CuCl2、Fe2O3以及生活用品如土豆、水果也可作为H2O2分解的催化剂。探究组的学生也试着选择不同物质作催化剂，观察到了不同的反应速率，发现催化能力的确与物质种类有关。
3. 探究催化能力与接触面积关系
（1）从一块土豆的同一部位取甲、乙两块质量均为2g的正方体土豆块。
（2）甲块为一整块，乙块切成若干片，并做到片与片相连不断开。
（3）将甲、乙两份土豆同时分别放入盛有30mL 5% H2O2溶液的试管中。
（4）观察到两试管内均有气泡产生，一段时间后，观察到甲块土豆的试管中很少有气泡产生，装有乙块土豆的试管中仍有气泡不断产生。
得出结论：土豆块与H2O2溶液接触面大，催化能力强。
交流与讨论：新鲜土豆能起催化作用是因含有生物催化剂——过氧化氢酶，过氧化氢酶在动植物的器官如植物块茎、块根、动物肝脏、血液等都有一定的存在，从实验可知，该探究从定性角度来反映反应速度的快慢，并且土豆是学生较为熟悉的一种食品，从而加强了生活与科学的联系。
4. 探究酸碱性对酶催化能力的影响
（1）取3支试管，分别注入1mL新鲜的肝脏研磨液，并标为甲、乙、丙。
（2）在甲试管中加2mL蒸馏水，乙试管加2mL 5%的盐酸，丙试管中加2mL 5%的氢氧化钠溶液，摇匀后静置5分钟。
（3）分别向三支试管中加入10mL 5%的过氧化氢溶液，观察现象。
（4）3分钟后，将3支带火星的卫生香分别伸进甲、乙、丙试管内，发现甲试管产生大量气泡，卫生香复燃，乙、丙则无气泡产生，卫生香不复燃。
得出结论：酶在中性环境中催化能力最强。
交流与讨论：酶是由生物体内活细胞产生的一种生物催化剂，与细胞新陈代谢有关的几乎所有化学反应都是在酶的催化下进行的。因此，研究酶催化能力的影响因素很有实际价值，在实际探究中，有学生根据温度对唾液淀粉酶的影响实验，提出能不能探究温度对H2O2酶活性的影响。查阅资料，可知酶受热会分解。并且H2O2在加热但不加催化剂条件下也能分解，但会产生较多的水蒸气而不能使带火星的木条复燃，达不到实验的效果。
三、结束语
鉴于用H2O2制O2，装置简单、无需加热、成本较低、利于环保等特点，很适合初中学生制取氧气，上述实验分别探究了H2O2溶液的质量分数、催化剂种类、催化剂与溶液接触面积对化学反应速率的影响，酸碱性对酶活性的影响，都是在教材实验的基础上拓展开来的，有助于发展学生灵活的思维品质。在探究过程中鼓励学生质疑，并及时设法解决学生疑问，有利于发展学生批判性思维品质，几个探究实验都运用了化学、生物等方面知识，有效实现了学科“整合”特点，加强了不同学科领域知识、技能之间的融通与连接，有助于发展学生深刻的思维品质。
初中科学课程标准指出，在探究活动中，教师要重视学生科学思维的培养，关注他们的思维过程和行为方式，引导他们“动手”和“动脑“相结合。在上述4个探究实验中都运用了控制变量法的思想，设置了实验组和对照组，有利于培养学生的比较思维能力。通过观察现象得出结论，有助于培养学生分析、综合的思维能力。又如设计的量气装置，把制取的O2转换为排入量筒中水的体积，较好体现了转换的科学思维方法。教师引导学生自主设计实验，有助于提高学生的创新意识和实践能力，全面提高学生科学素养。
参考文献
[1] 李必和.催化分解H2O2中催化剂的探究[J] .实验教学与仪器，2010，（S1）：89-100
[2] 孙丹儿，殷莉莉.过氧化氢制氧气实验不同催化剂的探究[J].化学教学，2005，（11）：5-6
[3] 中华人民共和国教育部.科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2011：5，37