發(fā)展實(shí)驗(yàn)觀察能力　有效建構(gòu)知識(shí)意義

蔡武生　唐培付　石柏興

在蠟燭燃燒的實(shí)驗(yàn)探究中，學(xué)生觀察到的現(xiàn)象存在顯著差異。有的僅能觀察到蠟燭燃燒(重復(fù)生活經(jīng)驗(yàn))，有的能觀察到火焰分層(探究到濃度、溫度分布規(guī)律)，有的還能觀察到蠟燭的狀態(tài)變化(探究到三態(tài)變化)，注意到棉線的變化(探究到相關(guān)物質(zhì)的變化與作用)，聞到特殊的氣味(探究到有少量蠟燭揮發(fā))，并能在吹滅蠟燭時(shí)看到白煙(探究到少量蠟燭氣化后在空氣中凝固)。因而在探究學(xué)習(xí)巾，學(xué)生建構(gòu)知識(shí)意義的有效性與他們對(duì)客觀事物觀察的敏銳程度和探索的精細(xì)程度有密切關(guān)系。

1開發(fā)教學(xué)資源創(chuàng)設(shè)豐富鮮明的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

教學(xué)中使用的實(shí)驗(yàn)方案通常由教科書或教學(xué)參考用書提供，為確保實(shí)驗(yàn)成功、現(xiàn)象鮮明，需要仔細(xì)研究其實(shí)驗(yàn)控制條件。

如在苯酚懸濁液中滴加氫氧化鈉溶液，再通入二氧化碳，能觀察到渾濁變澄清，但往往難以觀察到澄清變渾濁。其原因是苯酚懸濁液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏小，氫氧化鈉溶液中所含水的稀釋致使再次生成的苯酚溶解，即使有少量渾濁出現(xiàn)，往往也難以觀察到。

為增大苯酚懸濁液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可在試管中加入2g苯酚和10mL水，加熱制成苯酚的熱濃溶液，再冷卻。所得苯酚懸濁液中分散質(zhì)微粒較小，渾濁能保持較長時(shí)間，現(xiàn)象都很鮮明。

有時(shí)還可改進(jìn)教科書所提供的實(shí)驗(yàn)方案。

如鐵與水蒸氣的反應(yīng)，采用液態(tài)水加熱需要較長時(shí)間才能產(chǎn)生水蒸氣，改用固體物質(zhì)(如硫酸銅晶體)加熱，能快速產(chǎn)生水蒸氣。并可對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行組合，分別在試管底部和中部加熱硫酸銅晶體和鐵粉，當(dāng)藍(lán)色的硫酸銅晶體顯示白色時(shí)加熱鐵粉，然后用小試管在水槽中收集氣體并檢驗(yàn)。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作簡單、耗時(shí)較短、現(xiàn)象鮮明。

在教學(xué)中，還需要開發(fā)新實(shí)驗(yàn)以替換教科書中的實(shí)驗(yàn)。

如在鋁與非金屬反應(yīng)的探究中，學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，選擇的非金屬可以不是空氣(氧氣)而是碘。一方面學(xué)生對(duì)金屬在氧氣中燃燒的現(xiàn)象已司空見慣，希望能看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更新穎。另一方面碘的非金屬性較弱，能在邏輯上更好地說明鋁與非金屬的反應(yīng)。教師要查閱資料，明確實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)演。預(yù)演時(shí)只需把碘與鋁粉均勻混合滴水即可，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象鮮明。為吸收碘蒸氣，可在廣口瓶口放置浸泡過堿液的棉花。

富有挑戰(zhàn)性的是結(jié)合教學(xué)實(shí)際自行開發(fā)新的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。如為探討燃料的不充分燃燒，設(shè)計(jì)并補(bǔ)充蠟燭不完全燃燒的實(shí)驗(yàn)。在蠟燭火焰上方罩一集氣瓶，待蠟燭火焰慢慢熄滅，集氣瓶內(nèi)有大量煙氣。再加熱兩根螺旋狀銅絲，將其中的一根迅速伸入集氣瓶中，銅絲表面的紅色較另一根明顯。

學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋為：罩上集氣瓶后，氧氣不足，蠟燭不完全燃燒，其能量利用率較低，溫度降至著火點(diǎn)以下，致使火焰熄滅。而銅絲變紅是因?yàn)椴煌耆紵梢谎趸妓?。能有效幫助學(xué)生構(gòu)建可燃物不完全燃燒的能量變化和產(chǎn)物特征的知識(shí)體系。

2 做好實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象預(yù)測促進(jìn)有目的實(shí)驗(yàn)觀察

探究學(xué)習(xí)是以問題為中心的，學(xué)生經(jīng)歷猜想和假設(shè)、制訂計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)與觀察等一系列過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)意義的自我建構(gòu)。對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，制訂實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和觀察計(jì)劃，促進(jìn)學(xué)生有目的、有選擇、有計(jì)劃地觀察實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生良好的觀察習(xí)慣。如鈉和硫酸銅溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究，現(xiàn)象較為復(fù)雜，先引導(dǎo)學(xué)生分析鈉和水反應(yīng)，注意氫離子濃度的變化，和銅離子的氧化性。預(yù)測其反應(yīng)更劇烈，可能產(chǎn)生藍(lán)色沉淀或紅包固體。

對(duì)存在安全隱患的實(shí)驗(yàn)，要同時(shí)預(yù)測其實(shí)驗(yàn)的安全隱患，包括有害物質(zhì)的生成，燃燒或爆炸等，以確保實(shí)驗(yàn)的安全性。

如鈉在空氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)探究，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)選擇的儀器有石棉網(wǎng)、蒸發(fā)皿、坩堝、銅片、破底試管等，先放人黃豆大小的鈉，再用酒精燈加熱。由于鈉在石棉網(wǎng)上劇烈燃燒，放出大量的熱，使鈉瞬間氣化，預(yù)測其固體產(chǎn)物將懸浮在空氣中，因而實(shí)驗(yàn)時(shí)要防止吸入這些固體顆粒物。而鈉在漏斗狀銅片里燃燒，觀察到反應(yīng)較緩慢，預(yù)測其反應(yīng)放熱可能使銅、鈉融合成合金，鈉殘留較多，故清洗銅片時(shí)要防止發(fā)生爆炸。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和預(yù)測不一致時(shí)，要及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生深入探究。

如乙醛氧化反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生提出的實(shí)驗(yàn)方案是：向乙醛溶液中滴加高錳酸鉀溶液，著溶液褪色，則說明乙醛被高錳酸鉀溶液氧化。但實(shí)際上溶液仍為紅色，這時(shí)學(xué)生提出用硫酸酸化，以增強(qiáng)高錳酸鉀的氧化性，但酸化后溶液仍不褪色。

于是鼓勵(lì)學(xué)生滴入氫氧化鈉溶液試一試，意想不到的是溶液立即褪色，幾分鐘后用硫酸酸化的溶液才緩慢褪色。面對(duì)異?，F(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生大膽嘗試，明確在堿性條件下乙醛更易氧化，有效認(rèn)識(shí)乙醛與銀氨溶液、新制氫氧化銅反應(yīng)的控制條件。

3靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法確保實(shí)驗(yàn)觀察充分

為放大某些不明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可選擇投影儀；為清晰地再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程和細(xì)節(jié)，可使用多媒體視頻、錄像等。

如氫氧化鐵膠體的電泳實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠鮮明。而使用實(shí)物投影裝置，當(dāng)U型管中氫氧化鐵膠體有微小的移動(dòng)時(shí)，屏幕中紅褐色膠體的移動(dòng)十分明顯。

為讓學(xué)生近距離觀察，可采用邊講邊做實(shí)驗(yàn)或微型實(shí)驗(yàn)：在學(xué)生觀察不夠清晰時(shí)，可采用對(duì)照實(shí)驗(yàn)、反復(fù)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生實(shí)驗(yàn)觀察更充分，知識(shí)建構(gòu)更有效。

現(xiàn)以對(duì)照實(shí)驗(yàn)為例說明，如苯酚和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)，為排除苯酚的溶解是氫氧化鈉溶液中所含水的稀釋所致，可采用空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)的方法。在另一份苯酚懸濁液中加入等量的水，濁液仍保持渾濁，使學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)到苯酚懸濁液變澄清是由于苯酚與氫氧化鈉反應(yīng)所致。對(duì)照實(shí)驗(yàn)還可用于現(xiàn)象易混淆的實(shí)驗(yàn)。

對(duì)于反應(yīng)速率緩慢的化學(xué)反應(yīng)，要進(jìn)行長時(shí)間的實(shí)驗(yàn)觀察。

如鈉在除去二氧化碳的干燥空氣中反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，可選用容積較大的干燥器，在隔板上放置一塊玻璃板，將黃豆大小的鈉置于玻璃板上，一段時(shí)間后鈉表面才開始呈現(xiàn)灰色，后來幾乎觀察不到鈉的變化，24h后鈉呈現(xiàn)為白色塊狀，體積沒有明顯膨大。用小刀在鈉表面切開一個(gè)小口，觀察到鈉表面的氧化膜質(zhì)地較緊密，厚度較薄。將其投入水中，反應(yīng)耗時(shí)46s。長時(shí)間的實(shí)驗(yàn)觀察，使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到鈉在除去二氧化碳的干燥空氣里反應(yīng)緩慢，形成較薄、較緊密的氧化膜，能延緩鈉的繼續(xù)氧化。

4重視實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記錄與交流在反饋和評(píng)價(jià)中提升觀察能力

發(fā)展學(xué)生觀察能力必須把握學(xué)生觀察能力的現(xiàn)狀，為此需要仔細(xì)研究學(xué)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄，把握學(xué)生觀察能力的差異和形成原因。為了便于對(duì)比，需選擇不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的學(xué)生若干名，收集他們的幾次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄，分析他們實(shí)驗(yàn)觀察的全面性、有序性、準(zhǔn)確性等方面的差異，結(jié)合他們描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的語言特點(diǎn)，判斷其對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象所含信息的加工方式和記憶方式。

基礎(chǔ)好的學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的表述細(xì)致而準(zhǔn)確，能借鑒已知的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象描述新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，語言較形象化。

如鈉和乙醇反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄，有的學(xué)生能與鈉和水反應(yīng)對(duì)比，其相關(guān)描述如下：鈉在水面上熔化成一個(gè)光亮的小球，像巡邏快艇一樣不停地游動(dòng)，而鈉在乙醇中保持固體形狀。像潛伏在水面下的潛艇一樣，表面不時(shí)冒出氣泡。這些學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象敏銳而深刻，表象鮮明，并以形象化的信息形式儲(chǔ)存在右腦中，減少了機(jī)械記憶語言符號(hào)的負(fù)擔(dān)，其記憶必然會(huì)更持久。

有些基礎(chǔ)差的學(xué)生的觀察較為隨意、表象較模糊、用語不準(zhǔn)確。需要進(jìn)行系統(tǒng)而全面的實(shí)驗(yàn)觀察訓(xùn)練，學(xué)會(huì)對(duì)現(xiàn)象所包含信息的加工，結(jié)合反饋和評(píng)價(jià)，進(jìn)一步理解和記憶所獲得的相關(guān)表象，逐步發(fā)展他們的觀察能力。

如銅與稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究中，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄后，開展交流和討論，促使他們對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象再整理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)表象的再加工。然后展示基礎(chǔ)知識(shí)好的學(xué)生的現(xiàn)象記錄：銅片表面的紅色更鮮明(氧化膜的溶解)，有氣泡冒出，銅片逐步溶解直至消失；溶液變成藍(lán)色；無色氣泡遇到空氣變?yōu)榧t棕色，排水收集得無色氣體，通入空氣會(huì)“又見炊煙”。然后指導(dǎo)學(xué)生再次系統(tǒng)觀察銅片、溶液和氣體的變化，全面記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

影響學(xué)生觀察能力的因素很多。為了讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)確而細(xì)致地觀察到鮮明且合理的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，要大力加強(qiáng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開發(fā)，合理運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)和有效的實(shí)驗(yàn)方法，使學(xué)生形成鮮明的視覺形象。教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，明確實(shí)驗(yàn)觀察目的，規(guī)劃實(shí)驗(yàn)觀察過程。

在實(shí)驗(yàn)觀察時(shí)，要求學(xué)生及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并引導(dǎo)他們?cè)诜答伜驮u(píng)價(jià)中對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行分析、比較、綜合、判斷和推理，把實(shí)驗(yàn)操作、觀察、思維活動(dòng)結(jié)合起來。讓學(xué)生依靠自己的視覺、嗅覺、聽覺、觸覺去感知化學(xué)物質(zhì)的變化，敏銳地捕捉瞬間的變化和細(xì)微區(qū)別，形成鮮明的視覺形象，有效建構(gòu)化學(xué)知識(shí)和技能。