化學(xué)實驗教學(xué)中“異常現(xiàn)象”的利用與研究

朱雪兵

（江蘇省吳江市松陵第三中學(xué) 江蘇 吳江 215222）

在化學(xué)課堂教學(xué)中的演示實驗或者學(xué)生分組實驗進行過程中，常常會出現(xiàn)一些實驗的現(xiàn)象與課本中對該實驗現(xiàn)象的描述有差異甚至完全不同的情況，遇到這種情況后，一些老師試圖尋找各種理由搪塞學(xué)生，以掩蓋實驗異常的尷尬，或者干脆不顧客觀事實地照搬課本中實驗現(xiàn)象的描述，引起學(xué)生的疑惑甚至對老師的不信任。給我們的課堂教學(xué)帶來了許多不利的影響。出現(xiàn)這種后果是因為這些老師課前的實驗準備不充分或者是沒能深入研究造成實驗異常的原因，對實驗現(xiàn)象的異常不能給出正確的解釋，當(dāng)然更談不上能對這些實驗的異常現(xiàn)象進行研究，并充分利用研究的過程及結(jié)果對學(xué)生探究能力和創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。

一、生成式教學(xué)與化學(xué)實驗的異常現(xiàn)象的概述

1.生成式教學(xué)的概念及理論基礎(chǔ)

生成式教學(xué)最早由葉瀾教授在他的《新基礎(chǔ)教育理論》一書中提出。“生成式教學(xué)”就是指課堂中不能機械地按原先確定的一種思路教學(xué)，而應(yīng)根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的情況，由教師靈活地調(diào)整，生成新的超出原計劃的教學(xué)流程，使課堂處在動態(tài)和不斷生成的過程中，以滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)的要求。而在課堂教學(xué)的過程中所生成一些即發(fā)性、非預(yù)期的教育性因素，也就成為了非預(yù)設(shè)的教學(xué)資源，即生成式教學(xué)資源。

生成式教學(xué)是以建構(gòu)主義教學(xué)理論為基礎(chǔ)，以高中化學(xué)新課程標準理念為指導(dǎo)，以探究式的學(xué)習(xí)方式為手段的新的教學(xué)模式。建構(gòu)主義認為學(xué)生之間共同針對某些問題共同探索的過程中，由于個體經(jīng)驗背景、環(huán)境、條件的差異的不可避免，各學(xué)生對問題的理解千差萬別。其實，這些差異本身就是一種課程資源；高中化學(xué)新課程強調(diào)關(guān)注學(xué)生個性的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識，要求學(xué)生敢于質(zhì)疑、勤于思索。能對自己的化學(xué)學(xué)習(xí)過程進行設(shè)計、反思和調(diào)控，進而提高探究學(xué)習(xí)的能力、形成創(chuàng)造性思維。

2.化學(xué)實驗的異常現(xiàn)象是一種生成式教學(xué)資源

課堂教學(xué)本是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，存在著許多不確定的因素，化學(xué)實驗的教學(xué)也不例外，不論是在老師演示實驗，還是在學(xué)生分組實驗的過程中都可能出現(xiàn)許多異常現(xiàn)象，這些現(xiàn)象對預(yù)設(shè)式教學(xué)的課堂情景和實驗結(jié)論或現(xiàn)象來講，也許是意外、是噪音，甚至是失敗。但是我們?nèi)绻屑毞治鲞@些異常現(xiàn)象，會發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生異常現(xiàn)象的原因不外乎兩種：一是由于藥品的純度、用量不對或者反應(yīng)條件的控制不當(dāng)、操作不當(dāng)?shù)纫蛩禺a(chǎn)生了其他的副反應(yīng)；二是教材的編寫存在科學(xué)性問題。而這些異常現(xiàn)象從學(xué)科知識和科學(xué)研究的方法角度來省視，都是能夠創(chuàng)設(shè)出新的教學(xué)情景的，由于它生成的即發(fā)性、非預(yù)期性的特征決定，所以可用于我們在進行生成式教學(xué)的教學(xué)資源。

例如，在高一化學(xué)Na2CO3和NaHCO3的鑒別實驗教學(xué)中，實驗要求鑒別這兩種物質(zhì)。從外觀看兩者均為白色固體，教學(xué)過程中教師或?qū)W生常將其設(shè)計成將兩種白色固體加水溶解配成兩種無色溶液進行檢驗，采用的方法通常是滴加BaCl2或CaCl2溶液，根據(jù)是否產(chǎn)生白色沉淀給出結(jié)論，出現(xiàn)白色沉淀的是Na2CO3，不出現(xiàn)白色沉淀的是NaHCO3。不做實驗時，在理論上這似乎是一種非常成熟的方法，可在實際的實驗過程中常常會發(fā)現(xiàn)兩種溶液在滴加BaCl2或CaCl2溶液后都出現(xiàn)了白色沉淀，其原因是HCO3－電離出的少量CO32－與Ba2+和Ca2+發(fā)生反應(yīng)生成BaCO3和CaCO3沉淀，這種異常現(xiàn)象的產(chǎn)生，包含了弱電解質(zhì)的電離平衡、反應(yīng)物的濃度、溫度及過量的問題、物質(zhì)在溶解度方面及物質(zhì)易溶、可溶、難溶的劃分等許多方面的知識，而這每一個方面知識及探究過程都可以創(chuàng)設(shè)出我們所需要的教學(xué)資源。

二、利用化學(xué)實驗異常現(xiàn)象進行生成式教學(xué)的實踐

生成式教學(xué)的過程是基于探究學(xué)習(xí)的基本過程進行的，它的基本模式為：準備階段→醞釀階段→明朗階段→驗證階段。在利用化學(xué)實驗異常現(xiàn)象進行生成式教學(xué)的過程中，只要能夠引導(dǎo)學(xué)生對異常實驗現(xiàn)象進行深入探究，不管結(jié)果怎樣，只要重過程、重參與、重探究，其創(chuàng)造性思維和探究能力就能得到培養(yǎng)。如何引導(dǎo)學(xué)生深入探究實驗中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象，進行生成式的教學(xué)，我有如下幾點體會：

1.環(huán)環(huán)設(shè)疑，及時捕捉生成式教學(xué)資源

教學(xué)過程由許多環(huán)節(jié)組成，環(huán)節(jié)互相關(guān)聯(lián)，有著一定的先后次序。環(huán)節(jié)可以預(yù)設(shè)，但課堂教學(xué)的資源如果不考慮學(xué)情，不考慮課堂環(huán)境變化，那么必定落入僵化、機械、沉悶的泥潭。如果教師能對教學(xué)過程中出現(xiàn)的一些節(jié)外生枝的現(xiàn)象，及時應(yīng)對，怡當(dāng)?shù)卦O(shè)疑，則不但可以化解矛盾，讓這些意外和不確定性變成新的教學(xué)資源。

［案例1］ 探究Fe2+和Fe3+的互相轉(zhuǎn)化時，實驗提供的試劑：鐵粉、0.1mol/L FeCl2溶液、0.1mol/L FeCl3溶液、KSCN溶液、新制氯水。學(xué)生在做Fe2+轉(zhuǎn)化成Fe3+時，一般采用取少量0.1mol/L FeCl2溶液，先加入無色KSCN溶液，理論上應(yīng)該沒有顏色變化，可在實際操作中，學(xué)生往往加入KSCN后溶液就變成了血紅色。這種時候，老師要抓住機會首先設(shè)疑，為什么會出現(xiàn)這樣的異常的實驗現(xiàn)象呢？是不是由于FeCl2溶液容易被空氣中氧氣氧化生成了Fe3+，引起藥品變質(zhì)，導(dǎo)致出現(xiàn)異常的實驗現(xiàn)象，還是有其它的原因呢？針對第一個設(shè)問，學(xué)生就設(shè)計在FeCl2溶液中加入還原鐵粉，取上層清液再重新操作，希望還實驗以本來面目。通過對這個情況的分析，生成的教學(xué)資源可以進一步強調(diào)試劑保存的正確做法，同時復(fù)習(xí)Fe2+中混有Fe3+時的除雜方法，顯然不回避異常現(xiàn)象反而使學(xué)生收獲更多。接下來學(xué)生繼續(xù)上述實驗，即加入無色KSCN溶液，溶液顏色沒有明顯變化，繼續(xù)加入新制氯水，又出現(xiàn)異常的實驗現(xiàn)象：理論上可以觀察到溶液顯血紅色，而實際觀察到的現(xiàn)象往往是溶液顯橙黃色。老師馬上又問學(xué)生是什么原因：是不是因為藥品變質(zhì)如氯水失效？是不是因為反應(yīng)條件控制不當(dāng)？是否因為加入氯水，除了把FeCl2氧化外，還發(fā)生了其他的反應(yīng)？接著學(xué)生設(shè)計了如觀察氯水顏色，用淀粉碘化鉀試紙檢驗等一系列實驗排除了藥品變質(zhì)的可能性；考慮到反應(yīng)在室溫下進行，反應(yīng)條件控制不當(dāng)?shù)目赡苄圆淮螅蛔詈罂紤]到Cl2有強的氧化性，則很可能是加入氯水后，把KSCN也氧化了，因而不會出現(xiàn)血紅色。但是氯水能否把KSCN氧化，這是中學(xué)教材中沒有涉及的知識，又是在探究的過程中生成的教學(xué)資源。針對這種情況學(xué)生又興趣盎然地繼續(xù)往下探究。①學(xué)生取1mL氯水，滴入KSCN溶液，發(fā)現(xiàn)溶液由淺黃綠色變?yōu)闊o色，說明Cl2確實能把KSCN氧化 （有的學(xué)生提出可能是由于滴入KSCN溶液，起到了稀釋的作用而使溶液由淺黃綠色變?yōu)闊o色，于是補做了等量氯水中加入等量水的對照實驗，溶液并沒有由淺黃綠色變?yōu)闊o色）。②有的學(xué)生認為氯水顏色變化不明顯，又設(shè)計了用橙黃色的溴水代替氯水，重復(fù)上述實驗操作，結(jié)果觀察到明顯的實驗現(xiàn)象，溶液由淺橙黃色變?yōu)闊o色，而加入水稀釋的對照實驗沒有出現(xiàn)由淺橙黃色變?yōu)闊o色，說明了Br2能把KSCN氧化，而Cl2氧化性比Br2強，也證實了Cl2確實能把KSCN氧化。學(xué)生繼續(xù)往溶液中滴加KSCN溶液，果然看到溶液變?yōu)檠t色，進而得出最佳的實驗方案：FeCl2溶液加入KSCN溶液，再滴入氯水，最后再加入KSCN溶液，實驗現(xiàn)象明顯。

2.動態(tài)彈性，精心設(shè)計生成式教學(xué)過程

課前對自己的教學(xué)任務(wù)有一個清晰的合理思考和安排，因此課前預(yù)設(shè)是教學(xué)的基本要求。但每一次的教學(xué)過程都是一次新探究過程，課堂上必然有偶然和不可預(yù)測的情況出現(xiàn)，所以我們的教學(xué)預(yù)設(shè)教案和教學(xué)設(shè)計也不應(yīng)該是太自我的、靜態(tài)的固化教案，而是靈活的、開放的、動態(tài)的彈性教案設(shè)計。

［案例2］ 在學(xué)習(xí)元素周期律內(nèi)容時，學(xué)生在探究鈉、鎂、鋁的活動性強弱時，做了以下實驗：將已用砂紙打磨除去氧化膜的一小段鎂條放入試管中，向試管中加入適量的水，再向水中滴兩滴酚酞溶液，觀察實驗現(xiàn)象。再加熱試管，觀察并記錄實驗現(xiàn)象。為了便于學(xué)生對實驗現(xiàn)象的觀察，加深印象，教學(xué)中我安排學(xué)生同時做了鎂與冷水和沸水的對照實驗。高中化學(xué)教材中都寫的鎂與冷水不反應(yīng)，但實際上在實驗過程中學(xué)生觀察到的現(xiàn)象是：鎂條表面產(chǎn)生了少許的氣泡，但不逸出；鎂條表面局部的溶液出現(xiàn)一縷縷的紅色（像彩帶）；振蕩，紅色消失，過會又重新出現(xiàn)；放置一段時間，溶液又變紅。這是什么原因造成了這種異常現(xiàn)象呢？針對這種異常現(xiàn)象，我在教學(xué)過程的設(shè)計上改變傳統(tǒng)思路，根據(jù)學(xué)生的實際情況編寫“彈性”教案動態(tài)的對課進行設(shè)計，由學(xué)生“自我歸納——合作探究——展示評價——歸納總結(jié)”，在“時空”上彈性預(yù)設(shè)，對學(xué)生可能出現(xiàn)的動態(tài)信息做出多種預(yù)想策略，在掌握理解鎂與水的反應(yīng)知識的基礎(chǔ)上，同時也能將各種相關(guān)的知識點鞏固和綜合運用。

學(xué)生可能首先歸納出幾種假設(shè)：①鎂條含有與水反應(yīng)的雜質(zhì)；②鎂條表面的氧化膜未除盡，氧化鎂與水反應(yīng)生成氫氧化鎂使溶液呈堿性，酚酞變紅；③水質(zhì)有問題，可能含有酸；④鎂與冷水不反應(yīng)，這些氣泡是由于鎂條表面吸附空氣產(chǎn)生的；⑤鎂和酚酞反應(yīng)生成紅色的物質(zhì)（這個知識課本沒有介紹，教師可以提供給學(xué)生結(jié)論，鎂與酚酞是不反應(yīng)的）。針對幾種假設(shè)，我讓學(xué)生分成三組進行對應(yīng)的探究，①組學(xué)生在查閱鎂條產(chǎn)品信息資料后知道，鎂條中鎂的含量達99%以上，不含有比鎂活潑的金屬，所以①不可能發(fā)生；②組學(xué)生又用砂紙認真打磨除去氧化膜再做實驗，還是看到同樣的現(xiàn)象，而且學(xué)生進一步分析如果是由于氧化鎂的原因，不好解釋鎂條表面產(chǎn)生的少許氣泡，所以②也不可能發(fā)生；③組學(xué)生又改用蒸餾水做實驗，結(jié)果一樣，而且若因消毒的原因水中含有鹽酸，酚酞是不可能變紅的。④組學(xué)生學(xué)生設(shè)計了對照實驗：取大小基本相等的鋁片和銅片，同樣用砂紙打磨后放入試管，加入適量的水，結(jié)果表面沒有氣泡，說明這些少許氣泡是由于鎂與冷水反應(yīng)產(chǎn)生的。

當(dāng)提出的種種假設(shè)被排除之后，于是學(xué)生大膽歸納總結(jié)出自己的觀點：鎂與冷水會發(fā)生反應(yīng)，只不過反應(yīng)很緩慢，因此我們可以看到鎂條表面產(chǎn)生少許的氣泡，但不逸出。由于反應(yīng)很緩慢，生成氫氧化鎂的量很少，且集中在鎂條表面，因此我們只能在鎂條表面局部的溶液觀察到一縷縷紅色，振蕩后氫氧根（OH-）擴散到整個溶液中，由于此時氫氧根濃度不足以使酚酞變紅，故紅色消失；放置一段時間，隨著反應(yīng)的繼續(xù)進行，氫氧根濃度增大到一定程度，溶液變紅。

3.平等民主，努力創(chuàng)設(shè)生成式教學(xué)氛圍

教學(xué)過程是師生交往、共同推進、共同發(fā)展的互動過程。沒有交往，沒有互動，就不是真正意義上的教學(xué)。教師的對象是有思想、有個性的生命群體，他們帶著自己的知識、經(jīng)驗、思考、靈感、情感與心理參與課堂教學(xué)。只有平等地建立寬松、民主的氛圍，在人格平等的心靈對話中，才能真正實現(xiàn)課堂教學(xué)時空共有、內(nèi)容共創(chuàng)、意義共生、成功共享。教學(xué)過程不論是從教師的設(shè)想、計劃、到實施的過程，還是學(xué)生發(fā)展的過程，都要求教師必須有科學(xué)求實的精神、開放的心態(tài)、容納百川的氣量，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)寬松的心理環(huán)境和空間。

［案例3］ 鹽類水解實驗中，用pH試紙檢驗NaCl溶液或KNO3溶液的pH值，發(fā)現(xiàn)試紙并不能顯示黃綠色（pH：7），而是顯示淡黃色（pH：6）。 學(xué)生用試紙檢驗經(jīng)煮沸并冷卻了蒸餾水，仍然發(fā)現(xiàn)pH試紙呈淡黃色。為此，學(xué)生通過查閱資料、思考后提出自己的觀點：可能是pH試紙的檢測靈敏度不夠，一般中性溶液中的OH-的量極少，不足以改變混合指示劑中溴百里酚藍原來的酸型顏色，因此pH試紙的本底黃色（pH：5.5）不可能發(fā)生顯著的改變。而教材上用pH試紙檢驗中性溶液pH值的方法顯然是錯誤的。這個結(jié)果，是我事先沒有想到的，也還有需要進一步驗證的。但這種情況下，老師如果不尊重學(xué)生的探究結(jié)果，而盲目地相信課本上的結(jié)論，就不利于創(chuàng)設(shè)一個平等民主的生成式教學(xué)氛圍。不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)精神的養(yǎng)成。

4.學(xué)習(xí)反思，形成教師獨特的實踐智慧

生成式教學(xué)強調(diào)教學(xué)應(yīng)是持續(xù)生成教學(xué)內(nèi)容的過程，它應(yīng)該是引導(dǎo)學(xué)生在“生成”中建構(gòu)屬于自己的認知結(jié)構(gòu)，它所關(guān)注的是動態(tài)生成中的偶然性和不可預(yù)測性，因而這種教學(xué)模式更注重教師自由駕馭課堂這個復(fù)雜多變的動態(tài)生成系統(tǒng)，有效地調(diào)控動態(tài)的教學(xué)流程。作為教師，我們應(yīng)該做到：捕捉動態(tài)生成亮點，傾聽動態(tài)生成中的“雜音”。但教師的這一能力并不是憑空的靈機一動，而是要靠長期的教學(xué)經(jīng)驗和教學(xué)案例的積累，更是教師深厚學(xué)科素養(yǎng)和文化底蘊的自然迸發(fā)。如果我們教師沒有較高的素質(zhì)，那么這些都成為一種設(shè)想而已。所以教師應(yīng)不斷加強學(xué)習(xí)專業(yè)知識，積累理論知識；同時加強課堂的反思，增加積累，切實提高自身素質(zhì)和能力，創(chuàng)造性地利用教材，形成獨特的、富有個性的教學(xué)資源和資料體系，更合理地進行教學(xué)。

總之，在實驗教學(xué)過程中遇到實驗的異常現(xiàn)象時，老師不能簡單地敷衍過關(guān)，更不能粗暴地訓(xùn)斥學(xué)生沒按操作要求去做，老師要對實驗的異常現(xiàn)象認真對待，本著實事求是的態(tài)度去分析原因，并引導(dǎo)學(xué)生去認真分析并尋找出現(xiàn)異常現(xiàn)象原因，則能把這種對異常現(xiàn)象的疑惑轉(zhuǎn)變?yōu)楹闷妫珊闷婕ぐl(fā)學(xué)生進一步探究的興趣，同時老師要學(xué)會運用新課程的理念，現(xiàn)代的教育、教學(xué)理論、教育技術(shù)和手段進行教學(xué)實踐，去豐富我們的教學(xué)形式。這樣我們的化學(xué)課堂才會成為學(xué)生創(chuàng)造思維得到充分發(fā)揮的殿堂，我們的教學(xué)過程才會成為培養(yǎng)學(xué)生探究能力的有效途徑。

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標準（實驗）［S］.北京：人民教育出版社，2003

［2］ 華東師范大學(xué)《化學(xué)教育》編輯部編.化學(xué)活動課及微型實驗設(shè)計與實踐［M］.北京：民主與建設(shè)出版社，1999

［3］ 周仕東等.科學(xué)探究活動的類型、功能以及活動方式［J］.化學(xué)教育，2005，（4）