高中化學教學中“實驗—演繹”模式探索

陳天云

（張家港高級中學 江蘇 張家港 215600）

實驗教學作為化學教學的重要組成部分，在對學生的知識傳授、技能訓練、學習興趣激發、思維能力培養、學科素養培育和科學態度、價值觀培養等方面起著無可替代的作用。 在新課標中明確提出要突出化學學科以實驗為基礎的特征，更好地發揮實驗的教育功能，所以說實驗教學在新課程改革的推進和踐行中也是尤為重要的一個方面。 目前，常用的實驗教學模式有演示講授模式、實驗—歸納模式、實驗—演繹模式、實驗—探究模式等，其中“實驗—演繹”模式在知識生成和三維目標的達成方面有著特殊的作用和效能，筆者愿意和各位同仁共同討論之。

一、關于“實驗—演繹”模式的認識與理解

“實驗—演繹” 模式是將典型實驗納入論證檢驗習得知識或原理的一種教學范型。 該模式最大的特點是體現了師生共同參與實踐、認識、再實踐、再認識的發展過程，踐行的是科學認識發展觀和辯證唯物主義發展觀。 在逐步推廣演繹的發展過程中，學生的好奇心和學習興趣會得到充分的激發，學生可以最大程度地感受知識的生成過程，其觀察、動手、思維能力及分析和解決問題的能力會得到充分的提高， 與此同時，學生能夠真正體驗到科學的真理來自實踐的檢驗，其創造力和科學精神會得到一定程度的提升。 該模式以“知識是無限的，能力是發展的”為指導思想，明確演繹并不是目的，使學生的知識增值、能力發展才是其真正的歸宿。

二、關于“實驗—演繹”模式的探索與實踐

在實驗教學中，筆者認真思考并實踐“實驗—演繹”模式，下面舉兩實例對該模式的教學加以說明：

［案例1］Na 置換Cu 的實驗

（1）教學目標：通過Na 一定條件下置換Cu 加深理解強制弱的原理

（2）教學過程

教學程序（師生活動）

［問題］大家通過Na 與H2O 的劇烈反應對金屬鈉的活潑性感悟尤深， 那么，Na 可以從含有Cu2＋的鹽溶液中置換出Cu 嗎？

［實驗］用鑷子取出金屬鈉置于玻璃片上，用小刀切下綠豆粒大小一塊并用濾紙吸干表面的煤油，投入0.1mol/L 的CuCl2溶液中。

［觀察］與鈉和水反應的現象基本相似，另外有藍色沉淀生成。

［疑問］根據金屬活動性順序和強制弱的原理，毋庸置疑，Na 能夠置換Cu，應該可以看到有紅色固體析出的現象，事實卻并非如此，這是否違背了基本反應原理呢？

［分析］鈉的密度比水小，所以鈉浮于表面，又因為鈉與水反應是放熱反應， 事實上產生的溫度比97.8℃高許多，所以鈉熔成了小球，且鈉球所經之處液面上的水被汽化， 在汽化水和反應產生H2的共同作用下，鈉球事實上就懸浮在液面上了，此時鈉球實際上是和水發生反應，而很難與溶液中的Cu2＋直接發生接觸反應，當然就不能從溶液中置換出銅了。 那么，產生藍色沉淀的原因顯然是由于鈉與水反應生成的NaOH 與CuCl2發生復分解反應產生了Cu（OH）2。

［討論］如果增大溶液中Cu2＋濃度，能否有Cu 被置換出來呢？

［實驗］在上述實驗基礎上，改用飽和CuCl2溶液。

［觀察］反應更加劇烈，在鈉球所經之處，除有藍色沉淀生成以外，還會有黑色固體生成，同時會有爆炸現象，在爆炸點會有亮紅色固體產生。

［分析］溶液濃度越大，反應越劇烈，放出的熱量使Cu（OH）2沉淀分解產生了黑色的CuO，另外由于爆炸濺起的溶液接觸到鈉球，其中Cu2＋與Na 發生反應，置換出了紅色固體Cu。

［討論］從含Cu2＋的水溶液中置換出Cu 較困難且不夠安全，如果改變溶劑能否更好地置換出Cu 呢？

［實驗］取綠豆粒大小金屬鈉于蒸發皿中，將固體CuCl2少量加入試管， 向其中加入有機溶劑丙酮形成飽和溶液，取該飽和溶液滴入蒸發皿至恰好浸沒Na。

［觀察］反應并不劇烈，液體沒有飛濺，鈉表面有紅色固體出現。

［分析］排除了鈉與水劇烈反應的干擾，采用有機試劑，保證了實驗的安全性，同時確保Na 順利地置換出Cu。

［總結］反應中一些異常現象的出現，并不是說明反應違背了基本反應原理，只要控制反應條件，排除某些因素的干擾，能使Na 順利置換出Cu，這正是符合金屬活動性順序和強制弱的反應原理。

［案例2］沉淀轉化的實驗

（1）教學目標

應用沉淀溶解平衡原理解釋沉淀之間的轉化。

（2）教學過程

教學程序（師生活動）

［問題］在科學研究和工農業生產中，我們經常需要將一種沉淀轉化為其他沉淀。 有人斷言，要實現轉化，一定要滿足溶解能力相對較強的物質轉化為溶解能力相對較弱的物質，反之則不行，事實是這樣的嗎？

［實驗］ 向試管中加入0.5mL 0.1 mol/LAgNO3溶液，再滴加0.5mL 0.1 mol/L NaCl 溶液，振蕩、觀察現象；再向其中滴入0.5mL 0.1 mol/L KI 溶液，振蕩、觀察現象， 最后再向其中加入0.5mL 0.1 mol/L Na2S 溶液，再振蕩。 （已知：在25℃時，AgCl、AgI、Ag2S 的溶解度分別為1.5×10-4g、2.1×10-7g、1.3×10-16g）

［觀察］一開始產生白色沉淀，然后轉化為黃色沉淀，最終變為黑色沉淀。

［分析］AgNO3溶液與NaCl 溶液反應， 生成AgCl沉淀；當向體系中滴加KI 溶液時，溶液中的Ag＋和I-結合生成了更難溶的AgI，由于溶液中Ag＋濃度減小，促進了AgCl 的溶解， 最終AgCl 全部轉化為AgI。 同樣，由于Ag2S 的溶解度比AgI 的溶解度更小，因此向體系中滴加Na2S 溶液時，AgI 轉化為Ag2S。

［疑問］那么，沉淀的轉化與溶解度大小有必然的聯系嗎？ 是否一定要滿足溶解能力相對較強的物質轉化為溶解能力相對較弱的物質？

［實驗］ 向試管中加入2mL 0.2 mol/LBaCl2溶液，再滴加2mL 0.2 mol/L H2SO4溶液，振蕩、靜置，傾去上層清液；繼續向試管中加入2mL 飽和Na2CO3溶液，振蕩、靜置，傾去上層清液；向沉淀中滴加稀鹽酸，觀察現象。

［觀察］開始有白色沉淀生成，滴加鹽酸后有部分沉淀溶解且產生氣泡。

［分析］開始生成BaSO4沉淀，加入飽和Na2CO3溶液后，部分轉化成了BaCO3沉淀，滴加鹽酸后BaCO3沉淀溶解同時產生CO2氣體。 具體解釋如下：根據常溫下Ksp（BaSO4）＝1.07×10-10，那么加入Na2CO3溶液后，此時溶液中BaSO4是飽和的，所以1.03×10-5mol/L；根據常溫下溶解度S（Na2CO3）＝21.5g（此時飽和Na2CO3溶液密度與水接近）， 所以c （CO32-）≈1.67mol/L；那么c（Ba2＋）·c（CO32-）＝1.72×10-5＞Ksp（BaCO3）＝2.58×10-9，即沉淀BaSO4能轉化為BaCO3，同時促進了BaSO4的溶解；同理，雖然BaSO4比BaCO3更難溶，但是如果用飽和Na2CO3溶液進行多次處理， 可以實現把BaSO4完全轉化為BaCO3。

［總結］ 沉淀的轉化并不一定是溶解能力相對較強的物質轉化為溶解能力相對較弱的物質，本質上要應用沉淀溶解平衡原理來分析和解釋，關鍵只要滿足難溶物在溶液中離子積Q（c）＞Ksp即可以實現轉化。

三、關于“實驗—演繹”模式的實踐后反思

1. 對知識的生成過程體驗更加深刻：該模式中實踐、認識、再實踐、再認識的發展過程，實際上正是伴隨著知識的生成過程，也是學生完成體驗的過程。 學生在實踐中深入體驗，在體驗中達成認識，在認識中理解知識。 通過案例1 的教學，學生對金屬鈉的活潑性以及如何控制條件置換銅的認識是全面而深刻的。在案例2 的教學中， 學生通過對實驗中疑問的解決，充分體驗了沉淀之間的轉化歸根結底要應用沉淀溶解平衡原理解釋。

2. 思維能力得到充足的發展：隨著演繹的層層推開，學生的思維也緊跟著步步深入，尤其是推演和分析思維能力得到了很好的鍛煉發展。 案例1 中從“鈉為何不能從水溶液中置換出銅”到“思考如何從不同角度改變條件最終置換出銅”， 學生不僅體驗了成功的快樂，而且思維推演能力得到了提高。 案例2 中從實驗中提出問題，又通過實驗解決了問題，演繹了應用沉淀溶解平衡原理解釋沉淀之間的轉化，學生的分析思維能力得到了發展。

3. 學科素養和科學精神得到很大的提升： 通過“實驗—演繹”模式，學生的觀察、動手、學科思維方法等學科素養得到了培養， 如讓學生體驗案例1、2中強制弱的原理和沉淀溶解平衡應用于沉淀轉化的原理，培養了學生嚴謹的思維習慣和治學態度，同時也有利于學生形成科學認識發展觀和辯證唯物主義發展觀。

4. 該模式的適用范圍：“實驗—演繹”模式主要是采用典型實驗來論證習得知識或原理，所以該模式主要適用于元素化合物知識和化學反應原理內容的教學，通過實驗演繹有助于學生加深理解知識和相關原理。

5. 實驗現象與理論指導相結合：“實驗—演繹”模式的目的是充分運用理論指導實驗，在學生現有理性認識的基礎上對認識進行發展、提高，同時利用實驗反過來又檢驗相關理論。 不通過指導學生觀察實驗現象將無法真正懂得講解的化學知識；相反，學生只是一味感知外在現象，忽視理論的指導作用，學習就背離了發展概念和把握規律性知識的過程，對于學生智能的發展顯然是無益的。

［1］ 范杰． 化學實驗論［M］． 太原：山西科學技術出版社，2001

［2］ 王祖浩． 化學反應原理 ［M］． 南京： 江蘇教育出版社，2009：89－92

［3］ 梁亞鳳． 注重實驗過程構建有效課堂 ［J］． 中學化學教學參考，2011，（9）：16－17

［4］ 保志明． 對元素化合物實驗教學功能的思考 ［J］． 中學化學教學參考，2012，（6）：20－21

［5］ 黃稀宏． 金屬置換反應的完美終結—鈉如何置換出銅［J］．中學化學教學參考，2013，（5）：51