化學實驗教學中“異常現象”的利用與研究

朱雪兵

（江蘇省吳江市松陵第三中學 江蘇 吳江 215222）

在化學課堂教學中的演示實驗或者學生分組實驗進行過程中，常常會出現一些實驗的現象與課本中對該實驗現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象的描述，引起學生的疑惑甚至對老師的不信任。給我們的課堂教學帶來了許多不利的影響。出現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，對實驗現象的異常不能給出正確的解釋，當然更談不上能對這些實驗的異常現象進行研究，并充分利用研究的過程及結果對學生探究能力和創造性思維的培養。

一、生成式教學與化學實驗的異常現象的概述

1.生成式教學的概念及理論基礎

生成式教學最早由葉瀾教授在他的《新基礎教育理論》一書中提出。“生成式教學”就是指課堂中不能機械地按原先確定的一種思路教學，而應根據學生學習的情況，由教師靈活地調整，生成新的超出原計劃的教學流程，使課堂處在動態和不斷生成的過程中，以滿足學生自主學習的要求。而在課堂教學的過程中所生成一些即發性、非預期的教育性因素，也就成為了非預設的教學資源，即生成式教學資源。

生成式教學是以建構主義教學理論為基礎，以高中化學新課程標準理念為指導，以探究式的學習方式為手段的新的教學模式。建構主義認為學生之間共同針對某些問題共同探索的過程中，由于個體經驗背景、環境、條件的差異的不可避免，各學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；高中化學新課程強調關注學生個性的發展，培養學生的問題意識，要求學生敢于質疑、勤于思索。能對自己的化學學習過程進行設計、反思和調控，進而提高探究學習的能力、形成創造性思維。

2.化學實驗的異常現象是一種生成式教學資源

課堂教學本是一個復雜的系統，存在著許多不確定的因素，化學實驗的教學也不例外，不論是在老師演示實驗，還是在學生分組實驗的過程中都可能出現許多異常現象，這些現象對預設式教學的課堂情景和實驗結論或現象來講，也許是意外、是噪音，甚至是失敗。但是我們如果仔細分析這些異常現象，會發現產生異常現象的原因不外乎兩種：一是由于藥品的純度、用量不對或者反應條件的控制不當、操作不當等因素產生了其他的副反應；二是教材的編寫存在科學性問題。而這些異常現象從學科知識和科學研究的方法角度來省視，都是能夠創設出新的教學情景的，由于它生成的即發性、非預期性的特征決定，所以可用于我們在進行生成式教學的教學資源。

例如，在高一化學Na2CO3和NaHCO3的鑒別實驗教學中，實驗要求鑒別這兩種物質。從外觀看兩者均為白色固體，教學過程中教師或學生常將其設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，根據是否產生白色沉淀給出結論，出現白色沉淀的是Na2CO3，不出現白色沉淀的是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現兩種溶液在滴加BaCl2或CaCl2溶液后都出現了白色沉淀，其原因是HCO3－電離出的少量CO32－與Ba2+和Ca2+發生反應生成BaCO3和CaCO3沉淀，這種異常現象的產生，包含了弱電解質的電離平衡、反應物的濃度、溫度及過量的問題、物質在溶解度方面及物質易溶、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設出我們所需要的教學資源。

二、利用化學實驗異常現象進行生成式教學的實踐

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

1.環環設疑，及時捕捉生成式教學資源

教學過程由許多環節組成，環節互相關聯，有著一定的先后次序。環節可以預設，但課堂教學的資源如果不考慮學情，不考慮課堂環境變化，那么必定落入僵化、機械、沉悶的泥潭。如果教師能對教學過程中出現的一些節外生枝的現象，及時應對，怡當地設疑，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資源。

［案例1］ 探究Fe2+和Fe3+的互相轉化時，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。學生在做Fe2+轉化成Fe3+時，一般采用取少量0.1mol/L FeCl2溶液，先加入無色KSCN溶液，理論上應該沒有顏色變化，可在實際操作中，學生往往加入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疑，為什么會出現這樣的異常的實驗現象呢？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，導致出現異常的實驗現象，還是有其它的原因呢？針對第一個設問，學生就設計在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，生成的教學資源可以進一步強調試劑保存的正確做法，同時復習Fe2+中混有Fe3+時的除雜方法，顯然不回避異常現象反而使學生收獲更多。接下來學生繼續上述實驗，即加入無色KSCN溶液，溶液顏色沒有明顯變化，繼續加入新制氯水，又出現異常的實驗現象：理論上可以觀察到溶液顯血紅色，而實際觀察到的現象往往是溶液顯橙黃色。老師馬上又問學生是什么原因：是不是因為藥品變質如氯水失效？是不是因為反應條件控制不當？是否因為加入氯水，除了把FeCl2氧化外，還發生了其他的反應？接著學生設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的可能性；考慮到反應在室溫下進行，反應條件控制不當的可能性不大；最后考慮到Cl2有強的氧化性，則很可能是加入氯水后，把KSCN也氧化了，因而不會出現血紅色。但是氯水能否把KSCN氧化，這是中學教材中沒有涉及的知識，又是在探究的過程中生成的教學資源。針對這種情況學生又興趣盎然地繼續往下探究。①學生取1mL氯水，滴入KSCN溶液，發現溶液由淺黃綠色變為無色，說明Cl2確實能把KSCN氧化 （有的學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為無色，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為無色）。②有的學生認為氯水顏色變化不明顯，又設計了用橙黃色的溴水代替氯水，重復上述實驗操作，結果觀察到明顯的實驗現象，溶液由淺橙黃色變為無色，而加入水稀釋的對照實驗沒有出現由淺橙黃色變為無色，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。學生繼續往溶液中滴加KSCN溶液，果然看到溶液變為血紅色，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，實驗現象明顯。

2.動態彈性，精心設計生成式教學過程

課前對自己的教學任務有一個清晰的合理思考和安排，因此課前預設是教學的基本要求。但每一次的教學過程都是一次新探究過程，課堂上必然有偶然和不可預測的情況出現，所以我們的教學預設教案和教學設計也不應該是太自我的、靜態的固化教案，而是靈活的、開放的、動態的彈性教案設計。

［案例2］ 在學習元素周期律內容時，學生在探究鈉、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，觀察實驗現象。再加熱試管，觀察并記錄實驗現象。為了便于學生對實驗現象的觀察，加深印象，教學中我安排學生同時做了鎂與冷水和沸水的對照實驗。高中化學教材中都寫的鎂與冷水不反應，但實際上在實驗過程中學生觀察到的現象是：鎂條表面產生了少許的氣泡，但不逸出；鎂條表面局部的溶液出現一縷縷的紅色（像彩帶）；振蕩，紅色消失，過會又重新出現；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象呢？針對這種異常現象，我在教學過程的設計上改變傳統思路，根據學生的實際情況編寫“彈性”教案動態的對課進行設計，由學生“自我歸納——合作探究——展示評價——歸納總結”，在“時空”上彈性預設，對學生可能出現的動態信息做出多種預想策略，在掌握理解鎂與水的反應知識的基礎上，同時也能將各種相關的知識點鞏固和綜合運用。

學生可能首先歸納出幾種假設：①鎂條含有與水反應的雜質；②鎂條表面的氧化膜未除盡，氧化鎂與水反應生成氫氧化鎂使溶液呈堿性，酚酞變紅；③水質有問題，可能含有酸；④鎂與冷水不反應，這些氣泡是由于鎂條表面吸附空氣產生的；⑤鎂和酚酞反應生成紅色的物質（這個知識課本沒有介紹，教師可以提供給學生結論，鎂與酚酞是不反應的）。針對幾種假設，我讓學生分成三組進行對應的探究，①組學生在查閱鎂條產品信息資料后知道，鎂條中鎂的含量達99%以上，不含有比鎂活潑的金屬，所以①不可能發生；②組學生又用砂紙認真打磨除去氧化膜再做實驗，還是看到同樣的現象，而且學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生的少許氣泡，所以②也不可能發生；③組學生又改用蒸餾水做實驗，結果一樣，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組學生學生設計了對照實驗：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，結果表面沒有氣泡，說明這些少許氣泡是由于鎂與冷水反應產生的。

當提出的種種假設被排除之后，于是學生大膽歸納總結出自己的觀點：鎂與冷水會發生反應，只不過反應很緩慢，因此我們可以看到鎂條表面產生少許的氣泡，但不逸出。由于反應很緩慢，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，隨著反應的繼續進行，氫氧根濃度增大到一定程度，溶液變紅。

3.平等民主，努力創設生成式教學氛圍

教學過程是師生交往、共同推進、共同發展的互動過程。沒有交往，沒有互動，就不是真正意義上的教學。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、經驗、思考、靈感、情感與心理參與課堂教學。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，才能真正實現課堂教學時空共有、內容共創、意義共生、成功共享。教學過程不論是從教師的設想、計劃、到實施的過程，還是學生發展的過程，都要求教師必須有科學求實的精神、開放的心態、容納百川的氣量，為學生創設寬松的心理環境和空間。

［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，發現試紙并不能顯示黃綠色（pH：7），而是顯示淡黃色（pH：6）。 學生用試紙檢驗經煮沸并冷卻了蒸餾水，仍然發現pH試紙呈淡黃色。為此，學生通過查閱資料、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，老師如果不尊重學生的探究結果，而盲目地相信課本上的結論，就不利于創設一個平等民主的生成式教學氛圍。不利于學生科學素養和科學精神的養成。

4.學習反思，形成教師獨特的實踐智慧

生成式教學強調教學應是持續生成教學內容的過程，它應該是引導學生在“生成”中建構屬于自己的認知結構，它所關注的是動態生成中的偶然性和不可預測性，因而這種教學模式更注重教師自由駕馭課堂這個復雜多變的動態生成系統，有效地調控動態的教學流程。作為教師，我們應該做到：捕捉動態生成亮點，傾聽動態生成中的“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經驗和教學案例的積累，更是教師深厚學科素養和文化底蘊的自然迸發。如果我們教師沒有較高的素質，那么這些都成為一種設想而已。所以教師應不斷加強學習專業知識，積累理論知識；同時加強課堂的反思，增加積累，切實提高自身素質和能力，創造性地利用教材，形成獨特的、富有個性的教學資源和資料體系，更合理地進行教學。

總之，在實驗教學過程中遇到實驗的異常現象時，老師不能簡單地敷衍過關，更不能粗暴地訓斥學生沒按操作要求去做，老師要對實驗的異常現象認真對待，本著實事求是的態度去分析原因，并引導學生去認真分析并尋找出現異常現象原因，則能把這種對異常現象的疑惑轉變為好奇，由好奇激發學生進一步探究的興趣，同時老師要學會運用新課程的理念，現代的教育、教學理論、教育技術和手段進行教學實踐，去豐富我們的教學形式。這樣我們的化學課堂才會成為學生創造思維得到充分發揮的殿堂，我們的教學過程才會成為培養學生探究能力的有效途徑。

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

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

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