讓問題成為學生探究的催化劑

我們知道，催化劑是化學反應速率的重要影響因素，是現代化工生產中加快反應速率的重要、有效的手段。本課題取材于新教材高中《化學》必修2（人教版）第二章第3節“化學反應的速率和限度”。但教材通篇只提供了一個實驗，且不足以支持教材上本身的結論。如何解決這種矛盾？執教者最后確定為：充分挖掘教材的價值，圍繞變量控制，設計補充大量實驗。既從邏輯上完善教材，又遵循學生的認知規律，完美發揮實驗在設問、探究、取證、追問方面的功能，讓問題成為學生探究的催化劑。

【片段一】在實驗情境中生成問題

師（課件上展示3張照片）：同學們，你們知道他們嗎？

生 1：知道，上星期公布的化學諾貝爾獎獲得者。

生 2：是研究催化劑的。

師：那我們也來研究催化劑，好不好？

生：好！

師：老師下面做一個實驗，你們仔細觀察一下，描述實驗現象。

（教師演示課本上實驗 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：應該說“立即有大量氣泡生成”。

師：像科學家一樣，你試一試，看看能得出什么結論？

生5：FeCl3加快該化學反應速率；FeCl3起了催化作用。

生 6：不對。FeCl3是一般的反應物，與5%H2O2發生了化學反應。

【賞析】教師先介紹熱點話題，引起同學們的興趣。然后，開發實驗的教學功能——展示一個實驗情境，讓學生依據實驗現象作出判斷。這樣就自然生成了問題：“FeCl3起了催化作用”抑或“FeCl3是一般的反應物”？讓學生與實驗進行了直接的“對話”，提出了一個使全班學生一下進入本節課的中心問題。所以說，實驗不只是釋疑，也可以設疑。

【片段二】在設計實驗中探求問題

師：FeCl3是一般的反應物還是催化劑呢？要得到這個結論，需要我們尋找新的證據。

師：請觀察上述反應后溶液中的顏色，并“曬出”你的觀點。

生1：溶液是紅色的，應該含有Fe3+。

生2：如果是Fe3+，那么FeCl3就是催化劑。

生3：不對，Cl-也可以做催化劑。

生4：應該檢驗這些離子是否存在，才好判斷。

師：那如果FeCl3不是催化劑，而是一般反應物呢？

生：那會生成其他物質，所以還是要檢驗Fe3+和Cl-。

師：同學們的分析非常精彩！那怎樣設計實驗檢驗Fe3+呢？

生1：用硫氰化鉀檢驗鐵離子。

生2：如果加入硫氰化鉀溶液，有紅色，則為鐵離子，反之，沒有。

師：你的答案非常嚴密完整！那又怎樣設計實驗檢驗Cl-呢？

生：滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液，有白色沉淀，則有Cl-，反之則沒有。

師：不一樣的方案，同一樣的精彩！請同學們做分組實驗，并得出結論。

（學生實驗，2分鐘后各組同學紛紛舉手，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？我們怎樣設計實驗證明呢？

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。請同學們分組實驗，并記錄現象得出結論。

（學生實驗，2分鐘后各組紛紛舉手，結論是鐵離子作催化劑）

【賞析】實驗設計是落實本節課教學目的的關鍵，也是探究學習的“創造性”環節。第一個問題是引導學生設計“FeCl3是催化劑還是一般反應物”的實驗方案，同學們大膽猜想，引出了精彩的師生對話和生生對話，然后分組實驗小心求證，得出答案。接下來，教師進行了如下追問：“究竟是Fe3+做催化劑還是Cl-做催化劑呢？我們怎樣設計實驗證明呢？”在教學中，教師往往缺乏這種用實驗去追問本質的科學探索精神，更難落實于學生分組實驗之中。分組實驗時要求記錄、分析并得出結論，這對于培養學生實驗的嚴謹性是非常重要的。執教者兩次設計活動、4組實驗活動把教學推向第一次高潮。

【片段三】在控制實驗中正確理解問題

師：FeCl3可加快該反應，我們所熟悉的還有哪些催化劑可加快該反應呢？

生：MnO2。

師：那同學們根據桌上的藥品設計實驗看看哪種催化劑更“溫和”，哪個更“暴躁”？

（學生分組討論、設計方案，并用紙展示于投影臺上）

師：同學們對比各組投影出的方案，進一步思索，哪些是有效實驗方案？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種是有效實驗方案。

師：很好！現在叫你選擇上述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：其他同學還會有其他選擇嗎？

生：我選擇第三種，濃度小，低碳環保。

師：很好的理由，很好的環保理念。大家給點掌聲！

（同學們點頭，鼓掌）

師：還有其他選擇嗎？

生：我選擇中間一種，理由是：實驗以現象清楚為宜，濃度過大過小都可能不明顯。

師：好，想法獨特！

（學生分組實驗，完成實驗報告：記錄、對比、結論）

師：通過剛才的實驗對比，你觀察到什么現象？

生：都有氣泡，但加入二氧化錳的氣泡更快更多。

師：你能得到什么結論？

生：MnO2催化能力更好。

師：其實過氧化氫分解還有一種生物催化劑，存在于動物的肝臟，叫過氧化氫酶。生物學家研究表明，它的催化能力是化學催化劑的107至1 012倍，如果用它催化，其情形會怎樣呢？

生1：很劇烈。是現在反應速率的107至1 012倍。

生2：會爆炸。

師：還是讓我們用實驗做一個對比驗證吧。

（教師用豬肝和二氧化錳做對比催化劑實驗）

【賞析】這是本節課第三次實驗設計——“那同學們根據桌上的藥品設計實驗看看哪種催化劑更‘溫和’，哪個更‘暴躁’？”但這次與前兩次不同：教師帶領學生經歷了“設計、評價”的過程。在實驗評價中，滲透了變量控制和環保理念，評價過程中，沒有回避不同答案：對3種選擇都給予了肯定。教師補充的“豬肝實驗”，一下擴大了學生的學科視野。這兩個實驗有驚奇、有波折、有期待、有反思、有體驗。整個教學過程一波三折，充滿了戲劇性。

【片段四】在實驗拓展中挑戰問題

師：我們在第一個實驗中就提出了挑戰。同學們有沒有勇氣對同一個課本實驗進行第二次挑戰？

生：有勇氣。

師：那我們看看[實驗2-6]：一個是固體二氧化錳，一個2 mol/ LFeCl3溶液，能不能比較催化能力強弱？

生：不能。

師：為什么？

生：教材用了兩個變量——催化劑的種類和濃度，所以也不具備可比性。

師：非常棒！我們如何設計實驗使其具有可比性呢？

生1：比較催化劑的強弱只能控制一種變量，即催化劑的種類。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%過氧化氫不變。

生3：兩個相同濃度的鹽溶液，比如氯化鐵、四氯化錳，也保持5%過氧化氫不變。

生4：四氯化錳不穩定，會分解，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：請實驗驗證。

(學生分組實驗，得出結論：二氧化錳催化能力強)

……

【賞析】這個教學片段安排“對同一個課本實驗進行第二次挑戰”，繼續應用變量設計實驗，控制濃度為5%，氧化鐵與二氧化錳都是固體，增加了證據的說服力。有教師聽完課深有感觸地說：“我做了二十多年的實驗，也用了好多次的二氧化錳做催化劑，從來都沒有發現這種情況。太精彩了！”用實驗突破知識難點、用實驗超越書本、用實驗引導思維，這一切充分展示了“化學的魅力、實驗的魅力和探究教學的魅力”。（作者單位：江西省南昌外國語學校）

□責任編輯 周瑜芽

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