讓問(wèn)題成為學(xué)生探究的催化劑

我們知道，催化劑是化學(xué)反應(yīng)速率的重要影響因素，是現(xiàn)代化工生產(chǎn)中加快反應(yīng)速率的重要、有效的手段。本課題取材于新教材高中《化學(xué)》必修2（人教版）第二章第3節(jié)“化學(xué)反應(yīng)的速率和限度”。但教材通篇只提供了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，且不足以支持教材上本身的結(jié)論。如何解決這種矛盾？執(zhí)教者最后確定為：充分挖掘教材的價(jià)值，圍繞變量控制，設(shè)計(jì)補(bǔ)充大量實(shí)驗(yàn)。既從邏輯上完善教材，又遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，完美發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在設(shè)問(wèn)、探究、取證、追問(wèn)方面的功能，讓問(wèn)題成為學(xué)生探究的催化劑。

【片段一】在實(shí)驗(yàn)情境中生成問(wèn)題

師（課件上展示3張照片）：同學(xué)們，你們知道他們嗎？

生 1：知道，上星期公布的化學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。

生 2：是研究催化劑的。

師：那我們也來(lái)研究催化劑，好不好？

生：好！

師：老師下面做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，你們仔細(xì)觀察一下，描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（教師演示課本上實(shí)驗(yàn) 2-6：將FeCl3溶液2滴滴入15 ml 5%H2O2溶液中，并投影于白板上）

生3：有氣泡生成。

生 4：應(yīng)該說(shuō)“立即有大量氣泡生成”。

師：像科學(xué)家一樣，你試一試，看看能得出什么結(jié)論？

生5：FeCl3加快該化學(xué)反應(yīng)速率；FeCl3起了催化作用。

生 6：不對(duì)。FeCl3是一般的反應(yīng)物，與5%H2O2發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。

【賞析】教師先介紹熱點(diǎn)話題，引起同學(xué)們的興趣。然后，開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能——展示一個(gè)實(shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作出判斷。這樣就自然生成了問(wèn)題：“FeCl3起了催化作用”抑或“FeCl3是一般的反應(yīng)物”？讓學(xué)生與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了直接的“對(duì)話”，提出了一個(gè)使全班學(xué)生一下進(jìn)入本節(jié)課的中心問(wèn)題。所以說(shuō)，實(shí)驗(yàn)不只是釋疑，也可以設(shè)疑。

【片段二】在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中探求問(wèn)題

師：FeCl3是一般的反應(yīng)物還是催化劑呢？要得到這個(gè)結(jié)論，需要我們尋找新的證據(jù)。

師：請(qǐng)觀察上述反應(yīng)后溶液中的顏色，并“曬出”你的觀點(diǎn)。

生1：溶液是紅色的，應(yīng)該含有Fe3+。

生2：如果是Fe3+，那么FeCl3就是催化劑。

生3：不對(duì)，Cl-也可以做催化劑。

生4：應(yīng)該檢驗(yàn)這些離子是否存在，才好判斷。

師：那如果FeCl3不是催化劑，而是一般反應(yīng)物呢？

生：那會(huì)生成其他物質(zhì)，所以還是要檢驗(yàn)Fe3+和Cl-。

師：同學(xué)們的分析非常精彩！那怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)Fe3+呢？

生1：用硫氰化鉀檢驗(yàn)鐵離子。

生2：如果加入硫氰化鉀溶液，有紅色，則為鐵離子，反之，沒(méi)有。

師：你的答案非常嚴(yán)密完整！那又怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)Cl-呢？

生：滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，有白色沉淀，則有Cl-，反之則沒(méi)有。

師：不一樣的方案，同一樣的精彩！請(qǐng)同學(xué)們做分組實(shí)驗(yàn)，并得出結(jié)論。

（學(xué)生實(shí)驗(yàn)，2分鐘后各組同學(xué)紛紛舉手，得出了相同的答案）

師：FeCl3在溶液中易電離出Fe3+和Cl-，那究竟是Fe3+做催化劑還是Cl-做催化劑呢？我們?cè)鯓釉O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明呢？

生1：如果是Fe3+做催化劑，那么硫酸鐵、硝酸鐵也可以加快雙氧水分解。

生2：如果是Cl-做催化劑，那么氯化鈉、氯化鉀也可以加快雙氧水分解。

師：對(duì)。請(qǐng)同學(xué)們分組實(shí)驗(yàn)，并記錄現(xiàn)象得出結(jié)論。

（學(xué)生實(shí)驗(yàn)，2分鐘后各組紛紛舉手，結(jié)論是鐵離子作催化劑）

【賞析】實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是落實(shí)本節(jié)課教學(xué)目的的關(guān)鍵，也是探究學(xué)習(xí)的“創(chuàng)造性”環(huán)節(jié)。第一個(gè)問(wèn)題是引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)“FeCl3是催化劑還是一般反應(yīng)物”的實(shí)驗(yàn)方案，同學(xué)們大膽猜想，引出了精彩的師生對(duì)話和生生對(duì)話，然后分組實(shí)驗(yàn)小心求證，得出答案。接下來(lái)，教師進(jìn)行了如下追問(wèn)：“究竟是Fe3+做催化劑還是Cl-做催化劑呢？我們?cè)鯓釉O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明呢？”在教學(xué)中，教師往往缺乏這種用實(shí)驗(yàn)去追問(wèn)本質(zhì)的科學(xué)探索精神，更難落實(shí)于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)之中。分組實(shí)驗(yàn)時(shí)要求記錄、分析并得出結(jié)論，這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性是非常重要的。執(zhí)教者兩次設(shè)計(jì)活動(dòng)、4組實(shí)驗(yàn)活動(dòng)把教學(xué)推向第一次高潮。

【片段三】在控制實(shí)驗(yàn)中正確理解問(wèn)題

師：FeCl3可加快該反應(yīng)，我們所熟悉的還有哪些催化劑可加快該反應(yīng)呢？

生：MnO2。

師：那同學(xué)們根據(jù)桌上的藥品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)看看哪種催化劑更“溫和”，哪個(gè)更“暴躁”？

（學(xué)生分組討論、設(shè)計(jì)方案，并用紙展示于投影臺(tái)上）

師：同學(xué)們對(duì)比各組投影出的方案，進(jìn)一步思索，哪些是有效實(shí)驗(yàn)方案？為什么？

生：用“濃度為30%溶液加兩種催化劑、濃度為10%溶液加兩種催化劑、濃度為5%溶液加兩種催化劑”這3種是有效實(shí)驗(yàn)方案。

師：很好！現(xiàn)在叫你選擇上述3種方案的一種，你選擇哪一種？

生：我選擇第一種。

師：你的理由呢？

生：濃度大，效果好。

師：其他同學(xué)還會(huì)有其他選擇嗎？

生：我選擇第三種，濃度小，低碳環(huán)保。

師：很好的理由，很好的環(huán)保理念。大家給點(diǎn)掌聲！

（同學(xué)們點(diǎn)頭，鼓掌）

師：還有其他選擇嗎？

生：我選擇中間一種，理由是：實(shí)驗(yàn)以現(xiàn)象清楚為宜，濃度過(guò)大過(guò)小都可能不明顯。

師：好，想法獨(dú)特！

（學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告：記錄、對(duì)比、結(jié)論）

師：通過(guò)剛才的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，你觀察到什么現(xiàn)象？

生：都有氣泡，但加入二氧化錳的氣泡更快更多。

師：你能得到什么結(jié)論？

生：MnO2催化能力更好。

師：其實(shí)過(guò)氧化氫分解還有一種生物催化劑，存在于動(dòng)物的肝臟，叫過(guò)氧化氫酶。生物學(xué)家研究表明，它的催化能力是化學(xué)催化劑的107至1 012倍，如果用它催化，其情形會(huì)怎樣呢？

生1：很劇烈。是現(xiàn)在反應(yīng)速率的107至1 012倍。

生2：會(huì)爆炸。

師：還是讓我們用實(shí)驗(yàn)做一個(gè)對(duì)比驗(yàn)證吧。

（教師用豬肝和二氧化錳做對(duì)比催化劑實(shí)驗(yàn)）

【賞析】這是本節(jié)課第三次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)——“那同學(xué)們根據(jù)桌上的藥品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)看看哪種催化劑更‘溫和’，哪個(gè)更‘暴躁’？”但這次與前兩次不同：教師帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷了“設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)”的過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)中，滲透了變量控制和環(huán)保理念，評(píng)價(jià)過(guò)程中，沒(méi)有回避不同答案：對(duì)3種選擇都給予了肯定。教師補(bǔ)充的“豬肝實(shí)驗(yàn)”，一下擴(kuò)大了學(xué)生的學(xué)科視野。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)有驚奇、有波折、有期待、有反思、有體驗(yàn)。整個(gè)教學(xué)過(guò)程一波三折，充滿了戲劇性。

【片段四】在實(shí)驗(yàn)拓展中挑戰(zhàn)問(wèn)題

師：我們?cè)诘谝粋€(gè)實(shí)驗(yàn)中就提出了挑戰(zhàn)。同學(xué)們有沒(méi)有勇氣對(duì)同一個(gè)課本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行第二次挑戰(zhàn)？

生：有勇氣。

師：那我們看看[實(shí)驗(yàn)2-6]：一個(gè)是固體二氧化錳，一個(gè)2 mol/ LFeCl3溶液，能不能比較催化能力強(qiáng)弱？

生：不能。

師：為什么？

生：教材用了兩個(gè)變量——催化劑的種類(lèi)和濃度，所以也不具備可比性。

師：非常棒！我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)使其具有可比性呢？

生1：比較催化劑的強(qiáng)弱只能控制一種變量，即催化劑的種類(lèi)。要不都用同濃度的液體，要不都用固體。

生2：氧化鐵粉末與二氧化錳粉末比較，保持5%過(guò)氧化氫不變。

生3：兩個(gè)相同濃度的鹽溶液，比如氯化鐵、四氯化錳，也保持5%過(guò)氧化氫不變。

生4：四氯化錳不穩(wěn)定，會(huì)分解，生成氯氣、二氯化錳。

生5：那只有選擇氧化鐵與二氧化錳固體。

師：請(qǐng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

(學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論：二氧化錳催化能力強(qiáng))

……

【賞析】這個(gè)教學(xué)片段安排“對(duì)同一個(gè)課本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行第二次挑戰(zhàn)”，繼續(xù)應(yīng)用變量設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，控制濃度為5%，氧化鐵與二氧化錳都是固體，增加了證據(jù)的說(shuō)服力。有教師聽(tīng)完課深有感觸地說(shuō)：“我做了二十多年的實(shí)驗(yàn)，也用了好多次的二氧化錳做催化劑，從來(lái)都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種情況。太精彩了！”用實(shí)驗(yàn)突破知識(shí)難點(diǎn)、用實(shí)驗(yàn)超越書(shū)本、用實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)思維，這一切充分展示了“化學(xué)的魅力、實(shí)驗(yàn)的魅力和探究教學(xué)的魅力”。（作者單位：江西省南昌外國(guó)語(yǔ)學(xué)校）

□責(zé)任編輯 周瑜芽

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