“失敗實驗”在化學教學中的應用

一、問題的提出

“提出問題比解決一個問題更重要”“失敗是成功之母”這些話大家耳熟能詳，但我們的教學實際卻是：學生不善于提問，不會提問；我們的教師害怕失敗：害怕自己演示實驗失敗；害怕學生實驗失敗：學生獨立實驗或分組實驗時，再三強調注意事項，擔心學生達不到教材或實驗手冊提供的實驗的現象及目的。潛移默化中，學生也把能否做出和教材一樣的實驗結果作為實驗是否成功的依據。其實，這里面是有因果關系的。教師缺乏對自然科學學習過程中“失敗”的正確認識，無形中影響了你的學生：害怕失敗，因此不敢提問；教師缺少對“失敗”的藝術性利用，導致學生失去了提出問題的機會，這對學生自身知識體系的構建、科學素養的提高、科學品質的提升都有很大影響的。其實，求知過程中的“失敗”與“成功”，我們的先哲早就有了精辟的認識，現代教育家、學者更是做了系統的闡述。本文就如何借鑒古今大師的“必須失敗，并從失敗中學習”思想，在化學教學中，充分利用預設或生成的“失敗”，作為學生主動質疑的契機，培養學生的科學素養和人文精神，筆者在教學實踐中進行了探索。

二、“失敗實驗”在化學教學中的應用

教學實踐過程中，筆者一般采用如下的教學程序，進行“失敗實驗”的嘗試。

1. 教師演示實驗“失敗”——“失敗并不可怕”

教師在課堂演示實驗前，一般都要認真準備，確保課堂上演示成功。萬一課堂上演示實驗失敗了，有些教師會很著急：可能儀器或藥品出了問題；下次有機會我們再做一次；同學們課后去想想是什么原因？學生失望不說，他們就會把沒有出現書上所描述的實驗現象稱為“實驗失敗”，而且僅僅當做“教師演示實驗失敗”，這才是教師真正的失敗。萬一實驗失敗，教師何不把這種“生成的失敗”轉變為“預設的成功”呢。

案例1 “柳暗花明又一村”——“含硫化合物的性質和應用”中涉及SO2的性質，在課堂演示實驗中，為了說明“弱酸不能制強酸”，筆者先演示了將CO2通入BaCl2溶液的實驗，無明顯現象。于是我問學生：“為什么呢？”學生回答：“弱酸不能制強酸。”我又問：“如果將SO2通入BaCl2溶液會有什么現象呢？”學生認為無明顯現象。于是教師接著演示了該實驗。師生意料之外的現象出現了：明顯看到了白色渾濁。學生愣住了，我一時也愣了一下，我引導學生分析可能的原因：學生1：BaSO3不溶于強酸；學生2：生成的BaSO3被空氣中的氧氣氧化成了BaSO4；學生3：溶液中有溶解氧，通入的SO2被氧化，生成的是BaSO4沉淀。我對學生的猜想不做任何評價，接著引導：如何設計方案驗證你的假設呢？學生經過思考討論后提出了方案：“在BaSO3固體中加入足量鹽酸，觀察是否溶解。”“在BaCl2溶液上方覆蓋一層煤油，再通入SO2氣體。”“將BaCl2溶液煮沸后，再通入SO2氣體。”我對學生提出的方案給予了肯定和表揚，并請同學們課后繼續討論思考并完善自己的方案，下堂課我們將進行課堂實驗驗證，看看究竟是哪種原因。學生充滿了期待。課后，我去實驗室重新做了實驗。第二節課堂上，同學們踴躍發言，根據他們的方案做了如下實驗:

實驗1 往Ba（OH）2溶液中通入SO2氣體，明顯渾濁，加入足量鹽酸后，只有少許渾濁，說明BaSO3可溶于強酸；實驗2、用右圖裝置，試管中裝入煮沸過的BaCl2溶液，結果溶液中仍然出現了輕微的白色沉淀！

師生得出結論：SO2氣體通入BaCl2溶液的預期現象確實是“無白色沉淀，溶液保持澄清”，但采取了防氧化措施，還有些微渾濁呢？終于有學生提出系統中還有空氣。最后先向燒瓶內通入氫氣，然后再滴加濃硫酸進行實驗，達到了預期的實驗現象。

2. 學生分組實驗“失敗”——置之死地而后生

元素化合物知識是高中化學中的重要內容之一，而且部分內容具有“多”而“散”的特點，不少教師也認為這部分知識是學生必須“記住”的知識，教材提供的一些實驗，教師也僅僅是把它作為加強學生能“記住”相關知識的手段來使用，往往出現高三復習課時教師說這是以前做過的實驗而學生一臉茫然的情景。筆者認為這部分內容可根據情況，改為學生的分組實驗，并且故意設置障礙，導致學生實驗失敗，而激發強烈的認知沖突和探究欲望，學生在教師的適當引導下通過小組討論，完成分析、假設、實驗驗證等探究過程，自主進行意義建構，同時也提高了科學探究能力和動手能力。

案例2 “預料之外，意料之中”——“鐵及其化學的性質及應用”中，Fe2+與Fe3+之間的相互轉化是一個重要內容。

課堂上我進行了學生的分組實驗。提供了下列試劑和儀器：KSCN溶液、FeSO4溶液、鐵粉、溴水、KI溶液、雙氧水、NaOH溶液、煤油、試管若干、長膠頭滴管、鑰匙、紙槽。要求學生4人一組探究Fe2+與Fe3+之間的相互轉化。

實驗前，先給出Fe2+與Fe3+的有關信息資料：含Fe3+的溶液遇KSCN溶液會呈現血紅色；而含Fe2+的溶液遇KSCN溶液不變色。并且我故意給學生準備的是沒有用鐵粉保護的FeSO4溶液。

實驗剛開始就炸開了鍋：學生在FeSO4溶液中滴加KSCN溶液時，發現出現了血紅色！“老師，是不是藥品弄錯了？”“沒錯啊，我提供給你們的確實是FeSO4溶液啊。那為什么會出現紅色呢？”學生經過思考，恍然大悟：Fe2+被空氣中的氧氣氧化成了Fe3+。我繼續引導：怎樣驗證是被氧氣氧化了呢？又如何重新得到FeSO4溶液呢？配制FeSO4溶液的時候得采取什么措施呢？學生熱情高漲，用所提供的試劑完成了實驗任務。我接著要求學生增做一個實驗：制取Fe（OH）2并能較長時間看到白色沉淀。學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。因為有了前面的感性認識，很多組的同學迅速意識到了問題：被氧氣氧化了。有的學生直接將長膠頭滴管伸入試管底部；有的學生先在FeSO4溶液表面覆蓋一層煤油再滴入NaOH溶液，效果明顯改觀，但還是不十分理想。我建議學生分析討論可能的原因，課后繼續思考有沒有更好的方法可以更長時間的看到白色沉淀，第二節課堂上師生進行了交流。

若沒有“出現紅色”這個意外現象的刺激，學生進行實驗可能是機械的，思維層次上也是低級的。而出現這種情況的“實驗失敗”，讓學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，才會真正地進行實驗探究。

3. 學生自主實驗“失敗”——失敗的背后是成功的喜悅

高中學生進實驗室的機會并不多，而且絕大多數實驗是課堂上教師演示過的實驗，學生進了實驗室也是照方抓藥，盡管起到了提高學生動手能力的目的，但學生是不用太動腦筋的，因為實驗前教師一般會交代實驗的注意事項，學生只要“不越雷池半步”，都能順利地完成實驗。學生實驗除了起到提高學生動手能力的作用之外，還應該起到提高學生質疑能力、實驗探究能力、科學素養等作用，教師在學生實驗前，除了交代安全方面的問題，對實驗本身不應做過多的交代，甚至可以故意“引導”學生出錯。面臨錯誤，才會激發學生探究的欲望和解決問題的嘗試，在學生自己解決問題的過程中，會有教師意想不到的收獲。

案例3 “給學生一點犯錯誤的空間”——片段一：在實驗室做乙酸乙酯的制取實驗時（實驗前我故意沒有強調不能把導管伸入飽和碳酸鈉溶液中），有四、五組學生將導管伸入了液面下，結果引起了倒吸——有的學生驚慌失措，急喊問我該怎么辦；有的學生急忙撤掉了酒精燈，結果倒吸得更厲害了；有的學生取出了導管，一臉的無奈，引來了其他同學們的哄堂大笑。我問同學們“這些同學的錯誤出在哪？”同學們笑著回答：“把導管伸入了溶液中。”“為什么不能伸入液面下呢？”我接著問。“會引起倒吸。”多數同學異口同聲地回答。有的學生開始了懷疑：“不是只有極易溶于水的氣體才會引起倒吸嗎？”同學們沒有了聲音，他們用質疑的眼光看著我。“大家想不想知道答案呢？”看著同學們期待的目光，我布置了課后作業，鼓勵他們自己去查閱資料找答案：（1）倒吸的原理是什么？（2）引起倒吸的條件有哪些？（3）可以采取什么措施防止倒吸？

片段二：接下來我在課堂上讓學生討論倒吸的問題。學生在課堂上踴躍發言，特別是那些曾引起“倒吸”的同學：“壓強差是引起倒吸的原因。”有同學馬上提出反駁：“不對，應該是足夠的壓強差才會引起倒吸。如果受熱裝置后面將導管直接伸入液面下，由于受熱不均造成壓強差而引起倒吸，如果將極易溶于水的氣體直接導入液面下也會引起倒吸。”看樣子，有些同學課后是認真查資料、鉆研過的，我向他們投以贊許的目光。我接著問：“不易溶于水的氣體就不能引起倒吸了嗎？”“也可以，如果將氣體導入特定的溶液中。”然后我請同學們歸納學過的常見氣體中，哪些直接導入水中會引起倒吸？哪些直接導入特定溶液中會倒吸？最后同學們在下面兩點上產生了分歧：（1）NO2、SO2等易溶于水的氣體導入水中是否會倒吸？（2）O2、空氣等難溶于水的氣體能發生倒吸嗎？同學們爭得面紅耳赤，我提出了解決的辦法：“同學們想不想去實驗室驗證一下呢？”一部分同學舉起了手（看樣子學生對實驗有點“畏懼”心理），但曾引起“倒吸”的同學中，多數都舉了手。

片段三：課后時間，我選定的4個曾經“倒吸”的同學去實驗室“驗證”和“探究”。我事先準備好了制取常見氣體的藥品和儀器以及噴泉實驗的有關儀器。這些同學對NO2、SO2等易溶于水的氣體導入水中是否會倒吸一一做了驗證，在我的引導下，做成功了利用白磷自燃的空氣噴泉和利用右圖裝置的空氣噴泉。實驗結束后，我要求他們根據今天的實驗和上網查閱相關資料，寫出一份有關倒吸問題的實驗報告：（1）倒吸的原理是什么？（2）引起倒吸的條件有哪些？（3）可以采取什么措施防止倒吸？（4）倒吸問題對你有哪些啟發？）

片段四：課堂上，四位同學向全班同學匯報他們的實驗報告：“只要有壓強差就會有倒吸現象，如果有足夠的壓強差就會明顯倒吸，一般在水(或你要通入氣體的那種液體)中的溶解度大(≥10體積)的氣體就需要防倒吸。……防倒吸的方法有多種，關鍵是能夠平衡壓強差……這給了我們很多啟示：利用手握法檢驗裝置的氣密性和噴泉的發生本質就是倒吸……”他們在同學們的熱烈掌聲中回到自己的座位，一臉的自豪和成功的喜悅。看樣子，“失敗是成功之母”啊！

三、教學感悟

我們進行“失敗實驗”的教學，給學生一點合適的“犯錯誤”機會，是為了讓他們經歷錯誤——發現錯誤——提出問題——解決問題，提高學生的質疑能力、分析問題和解決問題的能力。我覺得教師要把握下面幾點：

1. 把握好合適的“失敗”

第一，不能出現安全問題。第二，能夠引發學生的思考和探究欲，有利于學生進行意義建構。托爾斯泰說過：“成功的教學所需要的不是強制，而是激發學生的興趣。”學生只有對問題產生興趣，才能有探究問題的欲望。總之，學生要具有和“失敗”有關的知識基礎，還必須引起和他們原有認知的強烈沖突。

2. 把“從失敗中站起來”的權利交給學生

新課程理念下，學生是學習的主體，教師是教學的組織者、引導者，要讓學生參與知識的形成過程。“實驗失敗”時，教師不能馬上作出解釋，而是鼓勵和引導學生進行假設、分析、討論或自己查閱資料去尋求答案。

3. “失敗”是為了“成功”

學生的學習過程就是不斷犯錯誤然后不斷更正錯誤的進步過程。教師設置“錯誤點”不是漫無目的的，而是為了激發學生的興趣和質疑，是為了給學生思考、體驗、發現、發展的空間，是為了下次不犯錯誤，并且從失敗走向成功的過程中，獲取知識，提高能力。因此教師要做一個有心人，在平時的教學中注意研究和積累素材，尋找合適的“失敗實驗”。

4. “犯了錯誤”才會更想“不犯錯誤”

在案例3解決倒吸問題的整個過程中，實驗時發生倒吸的那些學生是最積極也是收獲最大的。有了“錯誤”才會渴求“正確”，有了“正確”的渴求才有解決問題的動力，在解決問題的過程中強化了對知識的認識和提高了科學探究能力，體驗了科學探究的艱辛和喜悅。

5. 控制好“失敗實驗”的“時間和空間”

進行“失敗實驗”的教學會產生和教學課時的沖突，需要教師控制好合適的時機，也是我在今后的化學實驗教學中有待進一步思考和解決的問題。

參考文獻：

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[2] 蘇霍姆林斯基. 給教師的建議[M]. 北京：教育科學，2010．

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