利用“異常”實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問題情境

張潔

一、問題的提出

在化學(xué)教學(xué)中，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)體系的各種非控制性因素，教師的演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生實(shí)驗(yàn)均可能會(huì)與預(yù)期的結(jié)果發(fā)生一定的偏差，出現(xiàn)不同程度的異?，F(xiàn)象，甚至?xí)?dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗。實(shí)驗(yàn)的“異常”現(xiàn)象經(jīng)常讓學(xué)生困惑。能不能讓這個(gè)“異常”現(xiàn)象合理、恰當(dāng)?shù)匕l(fā)揮應(yīng)有的教育作用呢？

馬赫穆托夫指出：?jiǎn)栴}情境是指在一定的教學(xué)環(huán)境中，由于學(xué)生以前所掌握的知識(shí)和實(shí)踐活動(dòng)的方法，在客觀上不足以解決已產(chǎn)生的任務(wù)時(shí)，所引起的那種智力困窘狀況。一個(gè)好的問題情境會(huì)引發(fā)學(xué)生的“認(rèn)知沖突”，使學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生興趣和高度的注意力，從而促進(jìn)教學(xué)效果的提高?！爱惓?shí)驗(yàn)現(xiàn)象”給學(xué)生提供了真實(shí)的問題情境，“異常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”與學(xué)生己有的知識(shí)或預(yù)期不一致，會(huì)引起學(xué)生認(rèn)識(shí)上的矛盾沖突，從而促使學(xué)生為解惑而主動(dòng)探索、思考。

抓住這些異常的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，創(chuàng)設(shè)問題情境，可以讓學(xué)生在探尋“異?！钡脑?、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)中，更深刻地理解事物的本質(zhì)，更有效地提高教學(xué)效果。

二、教學(xué)案例

案例1：在“碳酸鈉的性質(zhì)與應(yīng)用”中，從物質(zhì)類別以及結(jié)合原有知識(shí)分析之后，學(xué)生對(duì)碳酸鈉、碳酸氫鈉的性質(zhì)有了初步的認(rèn)識(shí)。隨后就是分組實(shí)驗(yàn)，其中一項(xiàng)：【實(shí)驗(yàn)3】將0.1mol/L的CaCl2溶液分別滴入0.1mol/L Na2CO3和NaHCO3溶液中。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩支試管中均出現(xiàn)了白色沉淀.根據(jù)初中的知識(shí)學(xué)生知道，CaCO3在水中是難溶物，而

Ca（HCO3）2是可溶物。因此向碳酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液中加入CaCl2溶液，出現(xiàn)渾濁的溶液是碳酸鈉溶液。

但現(xiàn)象和預(yù)期不符合，以為實(shí)驗(yàn)失敗了，學(xué)生都很疑惑。這時(shí)筆者就提醒學(xué)生既然大家都出現(xiàn)了這種現(xiàn)象，這可能不是偶然現(xiàn)象，其中也許有必然的聯(lián)系，請(qǐng)學(xué)生思考、討論。討論后，學(xué)生主要給出了以下假設(shè)。假設(shè)1：初中是在澄清石灰水中通入二氧化碳，石灰水變混濁。繼續(xù)通入二氧化碳，又變澄清。從而得出CaCO3在水中是難溶物，而Ca（HCO3）2是可溶物。但Ca（OH）2是微溶物，澄清石灰水中的Ca（OH）2濃度小，生成的Ca（HCO3）2濃度也小，所以全部溶解。但該實(shí)驗(yàn)條件下Ca（HCO3）2濃度大，故可能沉淀。假設(shè)2：從物質(zhì)類別來(lái)看NaHCO3屬于弱酸根酸式鹽，存在

NaHCO3Na++HCO-3

HCO-3H++CO2-3

NaHCO3溶液中也有CO2-3，可能生成了CaCO3沉淀。筆者對(duì)學(xué)生的假設(shè)沒做任何評(píng)價(jià)，給出了兩張信息卡，請(qǐng)同學(xué)結(jié)合信息討論如何通過(guò)理論或?qū)嶒?yàn)來(lái)驗(yàn)證相關(guān)假設(shè)？

【信息卡1】20℃時(shí)的溶解度（見表1）

【信息卡2】已知20℃時(shí)0.1 mol/L NaHCO3溶液中CO2-3的濃度約為2.4×10-5 mol/L

根據(jù)信息卡，通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算，學(xué)生很快排除了假設(shè)1，關(guān)于假設(shè)2學(xué)生認(rèn)為雖然兩者都有CO2-3，但濃度相差很大，猜想如果控制NaHC03溶液的濃度則白色沉淀就不會(huì)出現(xiàn)。討論后，設(shè)計(jì)了表2所列實(shí)驗(yàn)。

【實(shí)驗(yàn)3改進(jìn)】

表2

操作

現(xiàn)象

分別取約5 mL 0.1mol/L的 Na2CO3、NaHCO3溶液置于兩試管中，加水稀釋（約加5 mL水），分別滴入0.1 mol/L的CaCl2溶液

Na2CO3溶液中出現(xiàn)白色沉淀

NaHCO3溶液中出現(xiàn)白色沉淀（少量）

分別取約5 mL 0.1 mol/L的Na2CO3、NaHCO3溶液置于兩試管中，加水稀釋（約加10mL水），分別滴入0.1mol/L的CaCl2溶液

Na2CO3溶液中出現(xiàn)白色沉淀

NaHCO3溶液中未出現(xiàn)白色沉淀

接下來(lái)讓學(xué)生思考：CaCl2能否鑒別

Na2CO3、NaHCO3溶液？學(xué)生順利得出結(jié)論：CaCl2可以鑒別Na2CO3、NaHCO3溶液，但只能是稀溶液。所以對(duì)于鑒別未知濃度的Na2CO3、NaHCO3溶液，選擇CaCl2溶液不是非常恰當(dāng)?shù)?。若沒有“都有白色沉淀”這個(gè)意外現(xiàn)象的出現(xiàn)，學(xué)生也不會(huì)去主動(dòng)探究、主動(dòng)思考。而通過(guò)以上的討論，學(xué)生對(duì)于NaHCO3溶液中存在的

HCO-3H++CO2-3

有了一定的了解，這對(duì)于理解NaHCO3與鹽酸反應(yīng)更劇烈，NaHCO3與澄清石灰水反應(yīng)有沉淀產(chǎn)生都有幫助。

案例2：“鐵及其化合物的性質(zhì)及應(yīng)用”中，F(xiàn)e2+與Fe3+之間的相互轉(zhuǎn)化是一個(gè)重要內(nèi)容。課堂上學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)，提供了下列試劑和儀器：KSCN溶液、FeSO4溶液、鐵粉、溴水、雙氧水、NaOH溶液、煤油、試管若干、長(zhǎng)膠頭滴管、藥匙、紙槽。要求學(xué)生4人一組探究Fe2+與Fe3+之間的相互轉(zhuǎn)化。實(shí)驗(yàn)前，給出有關(guān)信息資料：

【信息卡1】含F(xiàn)e3+的溶液遇KSCN溶液會(huì)呈現(xiàn)血紅色；而含F(xiàn)e2+的溶液遇KSCN溶液不變色。

【信息卡2】水溶液中，F(xiàn)e（OH）3紅褐色沉淀；Fe（OH）2白色沉淀。

實(shí)驗(yàn)剛開始就出問題了：學(xué)生在FeSO4溶液中滴加KSCN溶液時(shí)，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了血紅色！

那為什么會(huì)出現(xiàn)紅色呢？”學(xué)生經(jīng)過(guò)思考，認(rèn)為Fe2+被空氣中的氧氣氧化成了Fe3+。筆者繼續(xù)引導(dǎo)：怎樣驗(yàn)證是被氧氣氧化了呢？又如何重新得到

FeSO4溶液呢？配制FeSO4溶液的時(shí)候得采取什么措施？學(xué)生熱情高漲，用所提供的試劑完成了實(shí)驗(yàn)任務(wù)。接著要求學(xué)生增做一個(gè)實(shí)驗(yàn)：制取

Fe（OH）2 。學(xué)生一開始都是直接往FeSO4溶液中滴加NaOH溶液，幾乎看不到明顯的白色。經(jīng)分析討論，很多組的學(xué)生迅速意識(shí)到了問題：被氧氣氧化了。然后再提出有沒有方法可以看到白色沉淀，而且可以讓白色沉淀保持較長(zhǎng)。學(xué)生又開始了積極的嘗試。若沒有“出現(xiàn)紅色”這個(gè)意外現(xiàn)象的刺激，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可能是機(jī)械的，思維層次上也是低級(jí)的。而出現(xiàn)這種情況的“實(shí)驗(yàn)異?！?，讓學(xué)生直接觸摸到了他們沒有想到或是不懂的東西，他們的思維才開始真正活躍.才會(huì)真正地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

三、教學(xué)感悟

“異?！睂?shí)驗(yàn)在真實(shí)的教學(xué)中有很多，有些我們會(huì)人為避開。如“ 碳酸鈉的性質(zhì)與應(yīng)用”的教學(xué)中，往往會(huì)出現(xiàn)“CaCl2可以鑒別Na2CO3、NaHCO3溶液”的觀點(diǎn)，上過(guò)這節(jié)課的教師都知道，兩者都出現(xiàn)白色沉淀是正常的，要出現(xiàn)區(qū)別，則要控制NaHCO3溶液的濃度。教師通常會(huì)事先準(zhǔn)備好合適濃度的NaHCO3溶液以求出現(xiàn)理想的現(xiàn)象。有些則很難避免，如Fe2+的氧化。何不讓“異?！睂?shí)驗(yàn)出現(xiàn)在學(xué)生面前呢， 讓他們發(fā)現(xiàn)“異?！薄岢鰡栴}——解決問題，提高學(xué)生的質(zhì)疑能力、分析問題和解決問題的能力。在利用“異?！睂?shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問題情境時(shí)，教師要把握下面幾點(diǎn)：

1.“異常”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是可利用的教學(xué)資源

“異?！睂?shí)驗(yàn)往往是真實(shí)、非預(yù)設(shè)性的，引發(fā)了學(xué)生的問題意識(shí)，有時(shí)對(duì)教師來(lái)說(shuō)也是未知的。面對(duì)“異?！鄙踔潦鞘〉膶?shí)驗(yàn)， 教師怎么辦？ 有些教師把異?，F(xiàn)象當(dāng)做“浪費(fèi)了時(shí)間”甚至“失敗的恥辱” 往往簡(jiǎn)單帶過(guò)，甚至不了了之。但如果教師能在“異常實(shí)驗(yàn)”中收集、 挖掘可利用的因素， 并利用失敗的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，把實(shí)驗(yàn)的目的性與方向性加以轉(zhuǎn)變，“異常實(shí)驗(yàn)”就成為創(chuàng)新的起點(diǎn)，是珍貴的教學(xué)資源。

2.提高專業(yè)素質(zhì)，注意素材的積累

對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師要作充分的準(zhǔn)備，課前要反復(fù)演練，實(shí)驗(yàn)結(jié)果力求與課本內(nèi)容相符合。但當(dāng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)設(shè)的結(jié)果不同時(shí)，教師就應(yīng)和學(xué)生一起分析其原因，實(shí)事求是地探究實(shí)驗(yàn)的真實(shí)結(jié)果。在這一過(guò)程中，教師的引導(dǎo)很重要。教師的引導(dǎo)包括：提出適當(dāng)?shù)膯栴}以引起學(xué)生的思考和討論；在討論中設(shè)法把問題一步步引向深入，以加深學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解；要啟發(fā)誘導(dǎo)學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)規(guī)律、自己去糾正和補(bǔ)充錯(cuò)誤的或片面的認(rèn)識(shí)等等。教師需要收集大量資料，分析處理，對(duì)教師的專業(yè)素養(yǎng)提出了較高的要求。而在現(xiàn)行中學(xué)化學(xué)教材中的實(shí)驗(yàn)，經(jīng)常會(huì)遇到形形色色的異常現(xiàn)象：如用高錳酸鉀制氧氣時(shí)，發(fā)現(xiàn)幾乎每次實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)率都大于100%；如鎂條與硝酸反應(yīng)一般得不到氫氣，而鎂條與0.4 mol/L的稀硝酸反應(yīng)竟然收集到氫氣；如教材上鎂與冷水不反應(yīng)，但實(shí)際上鎂與冷水反應(yīng)后的溶液中加入酚酞，溶液變紅；碘與淀粉反應(yīng)顯藍(lán)色，而當(dāng)溫度高于55時(shí)卻顯無(wú)色…。如果對(duì)這些異常現(xiàn)象能有所了解，在教學(xué)中就能靈活應(yīng)用以達(dá)到所需的教學(xué)效果。

總之，將化學(xué)教學(xué)中出現(xiàn)的“異常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”作為引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)質(zhì)疑的契機(jī)，創(chuàng)設(shè)問題情景，喚起學(xué)生的求知欲，這樣的化學(xué)課堂才能成為學(xué)生創(chuàng)造性思維發(fā)展的殿堂。

（收稿日期：2016-12-13）