化學(xué)異常實驗創(chuàng)設(shè)可行性分析

李 華

（合肥幼兒師范高等?？茖W(xué)校，安徽合肥 230013）

化學(xué)實驗由于受各種因素的影響，容易出現(xiàn)各種異常現(xiàn)象，對異常實驗現(xiàn)象的研究，可以提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，尤其是探究能力。在此基礎(chǔ)上，教師根據(jù)學(xué)生的知識體系系統(tǒng)，創(chuàng)設(shè)化學(xué)異常實驗，補充和延伸“偶然的異?，F(xiàn)象”，有利于學(xué)生產(chǎn)生探究欲望，提升其科學(xué)探究能力。

1 創(chuàng)設(shè)化學(xué)異常實驗的背景

在新課程改革的背景下，化學(xué)實驗教學(xué)依然存在著一些嚴(yán)重問題，化學(xué)教師對實驗不重視，缺乏引導(dǎo)性；學(xué)生實驗?zāi)芰τ胁町?，實驗興趣不足；實驗器材不完整，無法滿足日常需求等。即使能正常開展實驗教學(xué)，無論是演示實驗還是分組實驗，實驗形式基本上是仿照書本實驗內(nèi)容進(jìn)行，即使是教師精心設(shè)計的實驗也是遵循“提出問題、猜測假設(shè)、設(shè)計實驗方案、實驗驗證、得出結(jié)論”的流程來驗證所學(xué)知識。這種實驗教學(xué)在一定程度上能提升學(xué)生的知識體系，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力。隨著新課程改革的不斷深入，科學(xué)探究已經(jīng)成為化學(xué)實驗教學(xué)中的重要內(nèi)容之一，但教師對教材中的科學(xué)探究實驗開展的情況并不樂觀。尤其是實驗過程中偶爾會出現(xiàn)與書本內(nèi)容相?；虿顒e較大的異?，F(xiàn)象，很多教師以時間不足、學(xué)生探究能力弱等為由置之不理，只讓學(xué)生記住“正確”的結(jié)論以應(yīng)付考試，失去了引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探究的機(jī)會。這種做法達(dá)不到實驗教學(xué)的最終目的，不能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，勢必影響學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。

2 創(chuàng)設(shè)化學(xué)異常實驗的可行性

2.1 實施實驗教學(xué)改革使創(chuàng)設(shè)具有可行性

探究式實驗的開展是新課程改革的一個重點，同時也是一個亮點，新課程更加強(qiáng)化了化學(xué)實驗對學(xué)生實驗探究能力的培養(yǎng)提升，教師很有必要增加實驗探究的內(nèi)容，如：實驗裝置的改進(jìn)、實驗異常現(xiàn)象的解釋等。由此可見對化學(xué)實驗異常實驗的重視和研究有助于提升學(xué)生科學(xué)探究能力。部分研究者從理論層面對化學(xué)實驗教學(xué)出現(xiàn)的異常實驗現(xiàn)象進(jìn)行深入研究，呼吁一線教師要重視學(xué)生體驗，把握課堂生成。徐志萍在《利用化學(xué)實驗中的異?，F(xiàn)象培養(yǎng)學(xué)生綜合能力》一文中提到，“在化學(xué)教學(xué)中，實驗異常現(xiàn)象是實施素質(zhì)教育的好素材，教師應(yīng)善于抓住機(jī)會，充分挖掘其中蘊涵的教育功能和教學(xué)價值，從而取得從正常實驗中所得不到的效果”；谷小平在《善待化學(xué)實驗中的意外現(xiàn)象，促進(jìn)有效課堂的生成》一文中提到“利用意外現(xiàn)象的發(fā)生這一事實，可以啟迪思維，激活創(chuàng)新意識，增強(qiáng)探究能力，有助于科學(xué)態(tài)度的形成，可以提高課堂教學(xué)有效性”。但如果僅靠常規(guī)實驗中出現(xiàn)的異常實驗培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力必然存在偶然性，缺乏計劃性和系統(tǒng)性。故化學(xué)教師可以綜合考慮教學(xué)時間安排、學(xué)生課外學(xué)習(xí)需要和興趣、異常實驗產(chǎn)生原因等因素實施實驗教學(xué)改革，有效的開展第二課堂，教師有目標(biāo)、有計劃、系統(tǒng)地設(shè)計出一系列化學(xué)異常實驗，通過巧妙引導(dǎo)、適時點撥等方法，給予學(xué)生充分的思考時間和動手操作機(jī)會，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的提升。對于小學(xué)全科教育專業(yè)的化學(xué)老師，主要承擔(dān)教學(xué)和教科研任務(wù)，沒有高考成績等方面的壓力，實施實驗教學(xué)改革具有得天獨厚的優(yōu)勢，把教學(xué)與研究融合一體，以教促研、以研促教。

2.2 滿足學(xué)生探究需要使創(chuàng)設(shè)具有可行性

教師的教是為了滿足學(xué)生的學(xué)，教學(xué)要考慮學(xué)生的年齡、知識、興趣等特征，圍繞著教學(xué)內(nèi)容展開，對于化學(xué)實驗教學(xué)也不例外。通過對我校629名學(xué)生“關(guān)于對化學(xué)異常實驗現(xiàn)象的探究的認(rèn)識”方面的調(diào)查，結(jié)果如下：在“你認(rèn)為化學(xué)實驗中的異?，F(xiàn)象是實驗失敗了嗎？”問題上，有471名學(xué)生（占比74.88%）認(rèn)為不是，如圖1所示；在“你認(rèn)為出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，老師應(yīng)該怎么做？”問題上，有415名學(xué)生（占比65.98%）認(rèn)為“應(yīng)該找出異常原因”，如圖2所示。

圖1 異常實驗判斷

在“你認(rèn)為對異常現(xiàn)象的探究，會不會提升自身的化學(xué)實驗素養(yǎng)？”問題上，有481名學(xué)生（占比76.47%）持肯定態(tài)度，如表1所示；在“作為將來的小學(xué)全科教師，在上科學(xué)課時會出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，你將會怎么做？”問題上，有461名學(xué)生（占比73.29%）認(rèn)為“應(yīng)該帶自己的學(xué)生進(jìn)行探究”，如表2 所示。

圖2 異常實驗處理辦法

表1 異常實驗提升學(xué)生素養(yǎng)調(diào)查

表2 學(xué)生對異常實驗處理態(tài)度調(diào)查

從調(diào)查結(jié)果可以看出，大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為應(yīng)該重視化學(xué)異常實驗，確信對異常實驗現(xiàn)象的探究會提升自身的化學(xué)素養(yǎng)；對于實驗教學(xué)中出現(xiàn)的異常實驗現(xiàn)象期待教師引導(dǎo)他們探究，找出異常原因；對于未來從事科學(xué)教學(xué)過程中出現(xiàn)的異常實驗現(xiàn)象，會引導(dǎo)自己的學(xué)生深入研究，以此提升小學(xué)生的科學(xué)探究能力。且對于小學(xué)全科教育專業(yè)的學(xué)生來說，沒有高考的壓力，也有很多自由支配的時間，教師應(yīng)組織學(xué)生形成研究小組。教師有目標(biāo)、有計劃、系統(tǒng)地設(shè)計出一系列化學(xué)異常實驗，開展第二課堂引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究具有可行性。

2.3 研究性成果支撐使創(chuàng)設(shè)具有可行性

對化學(xué)異常實驗的創(chuàng)設(shè)不是憑空產(chǎn)生，而要依據(jù)一定的研究性成果作為理論指導(dǎo)。關(guān)鳳華在《化學(xué)實驗中異?，F(xiàn)象的分析研究》中，深入分析引起異?，F(xiàn)象的原因，即試劑用量不同、試劑變質(zhì)、試劑加入順序、試劑的純度、副反應(yīng)的存在等；孫樂杰在《高中化學(xué)實驗異常現(xiàn)象分析》中呈現(xiàn)出引起異常實驗現(xiàn)象的因素，即天氣原因、試劑的純度、試劑長期保存失效等；趙三銀在《無機(jī)化學(xué)實驗現(xiàn)象異常的剖析》中不僅深入探究了試劑因素引起化學(xué)異常現(xiàn)象，而且提出了酸堿性條件、溫度、催化劑等也會引起異?，F(xiàn)象；張英英在《對化學(xué)異常實驗現(xiàn)象探究的案例》中列舉出的典型案例進(jìn)行分析。這些研究成果為創(chuàng)設(shè)化學(xué)異常實驗提供了理論指導(dǎo)?？梢匀诤细鞣矫娴难芯浚凑找甬惓嶒灛F(xiàn)象的因素創(chuàng)設(shè)異常實驗。如在探究過氧化氫溶液分解制取氧氣的實驗中，化學(xué)教師人為地創(chuàng)設(shè)異常實驗，讓學(xué)生達(dá)不到制取氧氣的目的，以引導(dǎo)學(xué)生分析引起異常的因素。首先引導(dǎo)學(xué)生檢查裝置的密封性是否良好，其次引導(dǎo)學(xué)生討論導(dǎo)致異常的可能因素，如試劑的濃度、催化劑二氧化錳的用量等；最后教師提供相應(yīng)的實驗用品，引導(dǎo)學(xué)生按照討論結(jié)果，采用控制變量法、定量的進(jìn)行探究，找出異常原因，如表3和4所示。這種創(chuàng)設(shè)方法不僅可以讓學(xué)生找到異常因素，而且能引導(dǎo)學(xué)生探究出制取氧氣時過氧化氫溶液和二氧化錳最佳濃度和質(zhì)量的配比。學(xué)生經(jīng)歷了科學(xué)探究的歷程，體驗到了科學(xué)探究的艱辛和成功的喜悅，對學(xué)生科學(xué)興趣的培養(yǎng)和科學(xué)探究能力的提升發(fā)揮著重要的功能。

表3 控制過氧化氫溶液的體積和濃度不變，改變二氧化錳的質(zhì)量

表4 控制過氧化氫溶液的體積和原二氧化錳的質(zhì)量不變

3 創(chuàng)設(shè)化學(xué)異常實驗注意事項

3.1 創(chuàng)設(shè)異常實驗內(nèi)容需遵循“最近發(fā)展區(qū)”理論

著名教育家維果斯基將學(xué)生的能力發(fā)展分為兩種：

（1）學(xué)生已有的能力發(fā)展水平，包括已經(jīng)具備的能力，以及通過自己獨立探索解決問題從而達(dá)到的能力發(fā)展水平；

（2）指通過教師、同學(xué)的協(xié)助，個體能結(jié)合已有經(jīng)驗努力達(dá)到的潛在能力發(fā)展水平，而兩者之間的差距就是學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)。人的認(rèn)知區(qū)域分為3個區(qū)，即已知區(qū)、最近發(fā)展區(qū)和未知區(qū)。人的認(rèn)知水平就是在這3個區(qū)域由低到高循環(huán)往復(fù)，不斷轉(zhuǎn)化，螺旋式上升。教學(xué)設(shè)計不宜停留在已知區(qū)，也不能單刀直入未知區(qū)，而應(yīng)著眼于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)。在新課改革背景下，創(chuàng)設(shè)化學(xué)異常實驗，要改變傳統(tǒng)的實驗設(shè)計方式，為學(xué)生設(shè)計的實驗內(nèi)容應(yīng)該是基于學(xué)生原有知識基礎(chǔ)上的新知識，將實驗活動設(shè)計在學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”中，且新舊知識間要存在一定的聯(lián)系，這樣學(xué)生不會因太易而沒有激情，也不會因太難而放棄，學(xué)生始終會產(chǎn)生適當(dāng)認(rèn)知壓力，對探究產(chǎn)生期待，實現(xiàn)自我發(fā)展。

現(xiàn)以高中化學(xué)必修1第三章金屬及其化合物探究“Al的性質(zhì)”為例創(chuàng)設(shè)異常實驗，創(chuàng)設(shè)實施異常實驗要在學(xué)習(xí)鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)之前進(jìn)行。首先，分析學(xué)情，確定“最近發(fā)展區(qū)”。我校是安徽省定向培養(yǎng)小學(xué)全科教師的基地之一，大多數(shù)學(xué)生來自農(nóng)村，整體上基礎(chǔ)知識較薄弱，學(xué)習(xí)熱情不高，實驗操作和探究能力也較弱，因此創(chuàng)設(shè)異常實驗要立足于教材，循序漸進(jìn)，逐步深入。針對本節(jié)課，學(xué)生現(xiàn)有知識水平呈現(xiàn)如下特點：學(xué)生已掌握了金屬活動順序表，鋁元素排在氫元素之前，金屬鋁可以和稀鹽酸，置換出氫氣，會書寫相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式，并掌握了檢驗和收集氫氣的方法；學(xué)生只知道鋁的化學(xué)性質(zhì)是能與氧氣、酸、金屬鹽等反應(yīng)；學(xué)生通過幫助可達(dá)到的知識水平：鋁能與強(qiáng)堿（氫氧化鈉溶液）反應(yīng)。其次，利用最近發(fā)展區(qū)，完善異常實驗設(shè)計。實驗創(chuàng)設(shè)的目的是讓學(xué)生了解鋁的特殊的化學(xué)性質(zhì)：能與強(qiáng)堿（氫氧化鈉溶液）反應(yīng)；此性質(zhì)與鋁元素在周期表中的位置有關(guān)。設(shè)計流程如圖3所示。

圖3 化學(xué)異常實驗設(shè)計流程圖

3.2 創(chuàng)設(shè)異常實驗需保證師生安全

化學(xué)是一門實踐性很強(qiáng)的基礎(chǔ)學(xué)科，實驗教學(xué)在化學(xué)學(xué)科教學(xué)中起著基礎(chǔ)性的關(guān)鍵作用，實驗室建設(shè)是所有學(xué)校建設(shè)的重點之一，同時，化學(xué)實驗又是學(xué)校中最容易發(fā)生事故的地方之一，很多學(xué)校采用了少做乃至不做學(xué)生實驗的方法被動地規(guī)避事故的發(fā)生，而這種做法或多或少會影響到教學(xué)質(zhì)量。因此，為了保證探究實驗的順利進(jìn)行，在創(chuàng)設(shè)異常實驗之前，化學(xué)教師要對學(xué)生進(jìn)行生命安全教育。在化學(xué)理論課堂上，夯實基礎(chǔ)知識，掌握化學(xué)原理，了解物質(zhì)相關(guān)的物理、化學(xué)特性；在平常的實驗課，要求學(xué)生了解一些安全事故的急救措施，并按照正確的實驗操作流程進(jìn)行實驗。在創(chuàng)設(shè)異常實驗時，①教師要充分考慮到實驗室安全保證設(shè)施健全、實驗內(nèi)容設(shè)計無風(fēng)險、危險化學(xué)藥品可被取代、師生操作正確、廢棄物處理得當(dāng)?shù)葐栴}，并在實驗設(shè)計中加入意外事故發(fā)生處理的預(yù)案；②教師要與教研室成員進(jìn)一步討論設(shè)計方案中還可能存在的安全隱患，修改設(shè)計方案；在操作異常實驗時，教師要在學(xué)生進(jìn)行探究實驗前親自實施實驗方案2～3次，檢驗實驗操作的安全性，學(xué)生進(jìn)行實驗操作時，教師要關(guān)注操作的正確性，防止意外事故的發(fā)生；實驗結(jié)束后，要合理地處理廢棄物，正確地保存試劑，切斷水源、電源，關(guān)閉好門窗。

4 結(jié)束語

有計劃有目的創(chuàng)設(shè)化學(xué)異常實驗，不僅能整合學(xué)生的化學(xué)知識體系，而且能提升學(xué)生的探究能力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)水平。