國中電解水課程之省思－外面的天空好藍

在查找有關氫氣檢驗的資料時，看到了這篇部落格文章，文章作者應該不是老師，但能接觸與關心國中自然科教材，所以對電解水檢驗氣體的實驗方法有點意見，因沒有請求原作者同意轉貼，所以有興趣者請自行連結觀看。文章內容與連結如下：

文中大概內容是說，課本中談到電解水反應後檢驗正負極氣體的方法，用線香插入正極得到的氣體試管中，發現燃燒更旺盛，因此證明是有助燃性的氧氣。用以火柴靠近負極得到的氣體的試管口，出現藍色火焰並有報鳴聲，因此證明是有可燃性的氫氣。作者認為這樣的實驗操作其實是因為我們早知道正極是氧氣，負極是氫氣，才會用線香插入正極得到的氣體試管中，點燃的火柴靠近負極得到的氣體試管口，不然為什麼不兩極氣體的檢驗方法交換？

看到這篇文章，觸動了我的心一下下，文中所寫的內容，的確是過去與現在國中電解水在檢驗氣體時的教學脈絡。

原文作者說得很好，我們會用線香檢驗正極得到的氣體，用火柴檢驗負極得到的氣體，就是已經知道兩種氣體有所不同，且確定它是甚麼氣體了，不然我們為什麼不正負極交換檢驗的方法？

我思考一下，自己猜想作者是對哪個環節有疑惑，是認為哪個實驗步驟太假，是為什麼知道要用線香與火柴來檢驗，還是針對直接告訴學生正極要用線香，負極用火柴檢驗這件事?

我自己的反思是，若老師的教學脈絡仍是先把知識教完，再進行實驗，這樣就是在做知識的驗證，不是探究，學生大多的知識都是被灌輸的，少了思考的過程，少了學習自己獲取知識的過程。同樣的電解水正負極氣體檢驗，我們可以如何改變，讓學生可以有更多思考？可以學會自己獲取知識的方法？

先談談為什麼知道要使用線香與火柴。

進行教材背景分析，電解水通常是九下的課程，孩子們在八年級應該要奠定一定的化學操作技巧，例如八上空氣單元，至少檢驗了氧氣與二氧化碳，當時的學習目標是，若已知是氧氣與二氧化碳，應該如何區分。點火是個方法，根據氣體有無可燃性與助燃性，所以用線香檢驗兩種氣體的性質。學生在這裡有學到用線香可以檢驗氧氣與二氧化碳，同單元也知道空氣中有其他的氣體，比如氮氣，氬氣，知道它們都是不可燃不助燃的氣體，所以檢驗方法可以跟二氧化碳一樣用點燃的線香插入，發現線香熄滅，證明其不可燃不助燃的特性。而確認二氧化碳的方法，七年級就學過使用澄清石灰水與二氧化碳會變成白色混濁狀態，即產生碳酸鈣。

氫氣會是在八上元素週期表課程會遇到，當時不會進行檢驗，只有介紹性質與氦氣不同，以氣球填充氦氣比填充氫氣安全，因為氫氣具有可燃性，點火會爆炸。在八下酸鹼鹽單元，酸的性質檢測時，會談及酸與金屬會產生氫氣，這裡就會有氫氣的檢驗方法，以火柴靠近試管口，會有報鳴聲與藍色火焰。在當時教師其實也可以追問，與氧氣檢驗有何不同？為什麼不能用線香？線香靠近氫氣瓶口與快速插入氫氣瓶中又會如何？

也就是說，在檢驗電解水產生的氣體時，學生已經學會幾種氣體檢驗與確認的方法，一種是燃燒，可以用線香插入，或是用點燃的火柴靠近瓶口。二是二氧化碳確認法，就是加入澄清石灰水。

那電解水產生的氣體要不要三種都做呢？教師可以在檢驗前，先行提問，讓學生思考回答可能產生的氣體是甚麼？這也不是隨便亂猜，學生可以從水的化學式進行判斷，因為學過質量守恆定律了，若是只有水的分解，水是由H與O組成，水被分解也只有可能是氫氣或是氧氣，或是水根本沒有被分解，通電只是讓它從液態變成氣態。

那如何檢驗?所以氣體不會是二氧化碳，不用澄清石灰水，那就只剩點火這個方法，使用線香或是火柴。

為什麼正極用線香，負極用火柴，為什麼不兩極方法交換?

該文章作者說得沒錯，正負極氣體應該兩種方法都要使用，不能直接告訴學生線香用在正極，而火柴用在負極。以前會這樣做，是因為傳統教學的脈絡，會大部分使用講述法，先利用方程式解釋電解水的正負極半反應，所以在進行實驗時，已經知道正極是氧氣，負極是氫氣，做實驗只是為了印證所學的知識是否有誤。而進行探究式教學，我們會先從實驗開始，讓學生直接進行電解水實驗，在不知道電解水會產生的到底是氫氣、氧氣、還是水蒸氣之前，考慮到不同結果的可能性，應該要兩種方法都使用，但可以如前面所述，先讓學生提取舊經驗，如果用火柴，應該如何操作，如果用線香，又應該如何操作。也思考一下可能的發現，如果是氧氣，可能可以看到甚麼現象，如果是氫氣，又可以看到甚麼現象。

結論是，學生怎麼知道要用線香或火柴檢驗電解水產生的氣體，當然需要教師先讓學生進行舊經驗的提取，不過可以不要立刻斬釘截鐵地告訴他，正極氣體用線香，負極氣體用火柴。若要比較符合探究的精神，應該要正負極氣體分別接受線香與火柴的檢驗。目前現場教師可能在時間壓力下，因電解水收集氣體的過程時間較為冗長，故會直接告訴學生如何做。但操作前的引導思考是更重要的，把線香與火柴兩種方法都讓學生從舊經驗中提取出來後，可以將全班分成兩半，一半用線香檢驗兩極氣體，一半用火柴檢驗兩極氣體。最後再進行分組報告結果給另一組聽，這樣全部的學生都可以知道兩種檢驗的結果，最後再經過推理論證，根據得到的現象結果與學過知識的連結，應該可以得到正極是氧氣，而負極是氫氣。