例談克服教學中的“想當然”

錢勝

摘要：以教學中的一些實際案例說明，教師不能憑著自己對一些化學知識的片面理解，主觀臆想出一些反應的現象或實驗的結論，以致傳遞給學生不科學的信息。應當注意到化學問題的復雜性，導致了化學反應現象的多樣性。本文以教學中的一些實際案例以說明教學中不應“想當然”地認為某些實驗現象就應該是這樣，而應當親身實踐，以達到自然科學教育的真正目的。

關鍵詞：“想當然”；化學教學

文章編號：1005-6629（2013）7-0017-03

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

自然科學（natural science）是研究無機自然界和包括人的生物屬性在內的有機自然界的各門科學的總稱。自然科學的任務在于揭示自然界發生的現象以及自然現象發生過程的實質，進而把握這些現象和過程的規律性。同樣，化學作為一門基礎的自然科學，也應遵循自然科學的本質屬性。換言之，在化學教學過程中，所傳遞給學生的概念、規律、原理都應符合客觀事實、經得起實踐（驗）的檢驗，這也正是化學教學義不容辭的責任所在。

然而，筆者經常從一些論文、某些一線老師的課堂教學中發現，他們不是基于事物的客觀事實，而是僅憑自己已有的知識、經驗、直覺，主觀地設計出實驗方法、臆造出看似正確的結論，把這些東西想當然地當成真理傳遞給學生。殊不知，這些信息將對學生后續學習造成誤導，對培養學生科學的、理性的、辯證的思維帶來負面的影響。所以，筆者想結合自己的教學實際和一些專業論文，舉出幾個教學實例，權作拋磚引玉，愿與同行共同切磋，從而共同克服教學中的“想當然”。

1 氧化鐵與稀鹽酸反應情況中的“想當然”

這是筆者的一次親身經歷，課堂中的尷尬場面給筆者留下了極其深刻的印象。

有一次，筆者在講金屬氧化物與稀鹽酸反應時，首先給學生演示了黑色氧化銅與稀鹽酸反應的實驗，當溶液中呈現出絢麗迷人的藍綠色時，學生情不自禁地響起熱烈掌聲，筆者興致也高漲起來。繼而引導學生類比氧化鐵與氧化銅的共同點：兩者都屬于金屬氧化物，那么氧化鐵與鹽酸反應又會呈現出怎樣的現象呢？學生七嘴八舌地說出了一些類似于氧化銅與稀鹽酸反應現象的猜測……片刻后，學生都向筆者投來期待的眼神，課堂氛圍逐漸被推向高潮。筆者從容而自信地向學生展示一瓶課前準備好的氧化鐵粉末，取一小藥匙氧化鐵粉末加入試管底部，倒入適量稀鹽酸，并在酒精燈上加熱試管底部以提高反應速率，同時引導學生觀察實驗的現象。但意想不到的事情卻發生了，盡管試管中的混合物很快沸騰起來，紅色的氧化鐵卻在稀鹽酸中巋然不動，溶液的顏色也沒有發生任何變化，與筆者想要預設的情形相去甚遠，跟學生的期待形成了強烈反差。在學生失望的嘆息聲中，筆者只能自我打趣地說：“這批藥品比我想象的更加頑強。藥品是不是有些問題？等我課后再進行一番研究，說不一定還會有意想不到的發現。”上課前筆者并沒有準備銹鐵釘，這次實驗表演只能以筆者的外表鎮靜、內心尷尬而草草收場。但筆者的疑問是：明明試劑瓶上寫的是氧化鐵，為什么不能與稀鹽酸發生反應呢？

課后，筆者立即查閱文獻才了解到：原來氧化鐵有α-Fe₂O₃、γ-Fe₂O₃兩種不同構型，它們的活性并不一樣。普通的鐵銹用稀鹽酸可以溶解，而筆者在上課使用的試劑氧化鐵需要用濃鹽酸并加熱較長時間才能出現明顯的現象。看來，筆者想當然地認為只要是氧化鐵就能與稀鹽酸反應是一個美麗的錯誤。

這次經歷留給筆者深刻的教訓。第一，課前要認真做好各項準備，因為化學實驗能否成功受多種因素影響，如實驗的環境、操作的順序、藥品的選取與藥品的用量等等。課前應該把實驗藥品和儀器準備充分，然后還應把課堂中所涉及的實驗預先演示，確保實驗能成功才能走上講臺；第二，應當不斷地加強學習，除閱讀大量各類書籍特別是一些專業論文外，還應積極思考，加深對化學問題及相關實驗現象的認識和理解，以拓寬自己的知識面，逐漸提高自身的專業水準、業務修養，只有讓自己成為裝備有“一桶水”的教師，才能真正在課堂教學中充滿教學機智、游刃有余。

2 結晶法提純硝酸鉀實驗結果中的“想當然”

最近，筆者在某專業雜志上閱讀到如下一段文字：若硝酸鉀晶體中混有少量氯化鈉晶體，欲從此混合物中提純出硝酸鉀可采取冷卻熱飽和溶液的方法。學生對“冷卻熱飽和溶液法提純物質”的理解比較含糊，所以可以增加一個實驗，在沸水中放置一個盛有熱水的大試管，然后往試管中加入上述混合物，直到固體不溶解為止。然后把大試管從熱水中取出，并放在冷水中，一段時間后，試管底部有大量晶體析出，然后將晶體和液體進行分離。（此時提示一個信息：氯化鈉可以與硝酸銀溶液反應產生白色沉淀，學生還不知道這個反應）

取上述少量液體，然后滴加入硝酸銀溶液中，發現有大量白色沉淀生成。再取上述晶體少量溶于水，然后滴加硝酸銀溶液，發現沒有白色沉淀生成。由此得出結論，硝酸鉀晶體中混有少量氯化鈉晶體時，可以通過冷卻熱的飽和溶液法提純硝酸鉀。

以上一段文字的不科學性是顯而易見的。乍一看上述內容，似乎并不存在科學性問題，其所述方法好像也可以運用到實際的課堂教學中。的確，據推理用冷卻結晶法提純后的硝酸鉀晶體中不會混有氯化鈉，所以把提純后的晶體溶于水再滴加入硝酸銀溶液，如果沒有白色沉淀，也就能確定晶體中不含氯化鈉。而事實上，用冷卻結晶的方法要完全除去硝酸鉀中混有的少量氯化鈉并不是一件容易的事情。筆者曾把10g硝酸鉀與氯化鈉的混合物（其中含有0.1g氯化鈉）溶于適量蒸餾水，經過兩次冷卻結晶后，把所得晶體溶于蒸餾水，滴入硝酸銀溶液仍然觀察到有白色沉淀生成。當然，筆者不太清楚上面一段文字中所說的少量的氯化鈉到底少到了什么程度，若以10g混合物為準，是指10g混合物中含有0.1g氯化鈉叫做少量？或0.01g或更少的氯化鈉叫做少量？但筆者所用的10g混合物中氯化鈉的含量只有1%，說成是少量似乎并無不妥之處。

硝酸銀溶液是檢驗CF的靈敏試劑，這是筆者思考的切入點。比如，在含有極微量的Cl^-的自來水中滴入硝酸銀溶液仍然可以觀察到少量白色沉淀生成。從相關資料中查閱到：氯化銀的溶度積常數K_sp=1.8×10^-10。假定實驗所用的硝酸銀溶液的濃度為1mol/L（并不算濃溶液），在滴入氯化鈉溶液的過程中被稀釋100倍，仍然可以跟Cl^-濃度為10^-8mol/L數量級的溶液反應生成沉淀。所以，通過一次結晶就把混在硝酸鉀中的氯化鈉除去，以至于無法用硝酸銀檢驗到氯化鈉的存在的說法的確有“想當然”之嫌。

3 苯酚與乙醇中羥基氫原子活潑性比較實驗設計中的“想當然”

對于羥基氫原子的活潑性，其電離難易程度在中學化學中最為人們所關注。相同條件下，苯酚分子里羥基上的氫原子由于受到苯環的影響變得比乙醇羥基上的氫原子活潑，表現為苯酚的溶液呈現弱酸性，而乙醇的溶液是中性的，這是無可爭辯的事實。但由于苯酚特殊的物理性質，比如在常溫下是固體，溶解度小，熔化后的粘性較大等特性，使得用實驗方法來比較苯酚和 乙醇中氫原子的活潑性顯得比較困難。

最近，有老師撰文想當然地設計出如下實驗：將苯酚和乙醇分別溶于苯或四氯化碳等有機溶劑中配制成濃度相近的溶液，再分別與鈉反應，通過反應速率的快慢來確定哪種物質中的氫更活潑。實驗的結果是鈉與苯酚的反應速率較慢而鈉與乙醇的反應速率較快。然后，這位實驗者得出如下結論：苯酚、乙醇跟鈉的反應的有關事實不能作為判斷分子里羥基上氫原子哪個更活潑的依據。

我們不去討論如何用實驗來證明苯酚與乙醇酸性強弱，但上述實驗過程的科學性是值得質疑的。通常我們所說的酸堿性，是指物質在水溶液中的酸堿性，對于苯酚與乙醇酸性強弱的比較也不例外。水作為一種作用強烈的“拉平試劑”，使得像HCl、HNO₃等的水溶液呈現出強酸性，幾乎無法比較等濃度的稀鹽酸和稀硝酸的酸性強弱；而在乙酸作為溶劑的溶液中HCl、HNO₃卻都變成了弱酸，且酸性的強弱為HCl>HNO₃。所以，以上操作中想當然地選用苯和四氯化碳等非極性的有機物作為溶劑，已經破壞了比較苯酚與乙醇酸性強弱的前提，后面的討論也會因為實驗前提的不科學性，而失去討論的意義。

物質的化學活性與熱力學有關，化學反應的速率屬于化學動力學的范疇，不應簡單地將動力學的實驗結果得出熱力學的結論。所以，對于筆者提出的問題還有待更有說服力的實驗加以證明。

4 吸熱反應實驗設計中的“想當然”

根據元素周期律，鈣元素和鋇元素及它們的同類化合物具有很多相似的理化性質。的確，在很多化學反應中，氫氧化鈣與氫氧化鋇具有相似的性質，甚至有些時候可以互換使用。比如在檢驗二氧化碳的實驗中，如用氫氧化鋇溶液替代石灰水也會取得同樣的實驗效果，氫氧化鋇在常溫下的溶解度比氫氧化鈣大使得實驗現象更加明顯。正是由于同處于ⅡA族的相似性，使得分離鈣、鋇、鐳的化合物成了一項十分繁雜的工作。當年居里夫婦，正是用盡了各種辦法才把鐳與鋇、鈣的化合物分開，而得到100mg氯化鐳。

但如果把這種相似性想當然地推廣，似乎并不能取得預想的效果。《化學2》（人教版）在講述化學能與熱能的相互轉化中，用Ba（OH）₂·8H₂O（20g）與NH₅Cl（10g）混合反應取得了良好的實驗效果，對學生感性地認識吸熱反應提供了極佳的實證。但有的老師根據元素周期律來推導，由氫氧化鈣和氫氧化鋇的相似性，想當然地把氫氧化鋇換成熟石灰，結果注定以失敗而告終，而失去了演示實驗應有的教學價值。其實，物質問相互反應而吸收熱量現象普遍存在，尤以Ba（OH）₂·8H₂O與NH₄Cl反應的吸熱效果最好。筆者從一些老師對吸熱反應的研究成果中節選出以下表：

注：溫度≈室溫20℃左右，溫度的測定與使用的溫度計（直徑不同）以及試劑用量有關。

氫氧化鋇與氫氧化鈣本身的差異性，導致大相徑庭的實驗結果。所以，在這個實驗中的“想當然”帶給筆者的教訓也是深刻的。

不可否認，由實驗知識總結規律，進而再指導實驗，是當代科學發展的一條道路。但同時我們應當充分認識到化學反應本身的多樣性、復雜性、多變性。特別是在中學階段，我們所引導學生認識到的化學反應往往只是這些反應所呈現出來的最表觀、最主要的反應特征，而到目前為止，對于許多最常見、最基礎的化學反應，人類尚無法弄清其反應的機理。因而，教師在課堂教學中不應盲目地進行物質間的類比，正如北師大的知名教授吳國慶教授所講：“化學本身是有規律的，而化學中的不規律比規律更加普遍，這正是化學的魅力所在。”我們也不應只憑自己的所謂的經驗和主觀想像設計出一些實驗，正如偉大的革命導師恩格斯告誡我們：“單憑觀察所得的經驗，是決不能充分證明其必然性的”。同樣，筆者想說單憑想象或不依靠理論知識，而得出的結論是決不能充分證明其必然性的。所以，看似簡單的實驗我們也應當抱著“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”的科學態度去加以實證。教學過程中應該以理論知識為基礎，實驗現象為依據，反應本質為準繩，克服教學中的想當然。我們應當成為具有堅實的專業基礎、具有精通教材的功底、具有深厚的教育教學素養的教師，只有這樣才能成為蘇霍姆林斯基所講的故事中，那位只用一刻鐘就能上出一堂令人嘆為觀止的課的人。