分析化學實驗要素，拓展實驗探究途徑

雷宇

【摘 要】實驗既是化學學科發展的基礎，又是化學教學的有效手段，以實驗為基礎開展探究教學是化學教學的方向之一。以實驗目的、實驗原理、實驗裝置、實驗步驟、實驗現象和實驗結論等實驗要素為切入點為實驗探究教學創造更多的實踐途徑，從而實現基于實驗的探究教學在理念、思維和操作層面的發展。

【關鍵詞】化學實驗 實驗要素 實驗探究

【中圖分類號】G633.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）14-0091-02

一、實驗目的：由“驗證”向“探究”轉化

實驗目的是實驗要素中的核心要素。這是因為，實驗的目的不同，實驗的內容、手段和方法就不同。筆者認為，實驗目的的轉變是理念層面的轉變，即給學生充分探索答案的機會。在新課程實施的今天，學生仍然使用“實驗手冊”，雖然這樣大大地減輕了師生設計實驗方案的負擔，但同時也抹殺了學生充分探索答案的機會，也會導致一部分教師“有而無憂”的心理，形成“飯來張口、衣來伸手”的壞習慣，磨滅了再創造的機會。倘若教師有“實驗手冊”而學生沒有，教師的再創造是完全可能的，學生探索的機會也會增大。有些“實驗手冊”中的實驗，雖有“探究”之名，而無“探究”之實，或由于“實驗手冊”的存在而喪失了探究的可能。如一個“探究乙醇的性質”實驗的“思考與猜想”欄目中，設置了如下內容：寫出乙醇和水的結構式，請猜測金屬鈉能否跟乙醇發生化學反應？你為什么做出這樣的猜想？將一塊金屬銅片放在酒精燈火焰的外焰上灼燒，可能發生什么反應？反應中銅表現出什么性質？將灼熱的表面變黑的銅片伸入盛有氫氣的瓶中，可能發生什么反應？反應中氫氣表現出什么性質？你認為乙醇是否具有還原性？將灼熱的表面變黑的銅片立即放入無水乙醇中，可能發生什么現象？請你將你的猜想設計成一個化學實驗加以證明。這一設置表明了編者的“良苦用心”，千方百計“引導”學生設計實驗方案，但就是因為“過分的設計”和“手冊的出現”（后續問題的導向作用）導致了探究很難達到預期的效果。該實驗的內容則是乙醇與鈉和氧化銅兩個反應，只要稍作分析：乙醇與鈉反應表現出氧化性；與氧化銅反應表現出還原性。可見，乙醇的氧化還原性是并存的，實際上，這是絕大多數物質的通性。倘若以此出發，可以設置如下問題引導學生進行猜想和方案設計：

①乙醇有沒有氧化性和還原性？理由是什么？

②怎樣證明乙醇有氧化性或還原性？可以選擇哪些化學試劑？通過這樣的問題設計，其開放性大，探究的可能性就更大，即使在“手冊”里預先呈現，也不會給學生以暗示。

二、實驗原理：由“單一”向“發散”轉化

一般實驗中，實驗原理是事先給定的，教師也很難對實驗原理進行干預或改變，但制備物質往往有不同的途徑，不同的制備途徑所應用的原理可能有所差別。因此，在物質制備實驗中可以對實驗的原理進行探究，從而設計多種實驗方案，并進行合理的選擇。

三、實驗裝置：由“給予”向“創造”轉化

化學實驗中的實驗裝置往往是事先給予的，這不僅會導致學生對課本實驗裝置的僵化，同時也會對新的實驗裝置的解讀產生困難，從而喪失了創新和創造的機會。

四、實驗步驟：由“指定”向“設計”轉化

實驗步驟是由實驗假設和實驗方案決定的，一個實驗目的就有多種實驗假設，會產生更多的實驗方案，從而導致多種多樣的操作步驟。而“實驗手冊”中卻以“經典”步驟，把學生“做實驗”的實踐過程禁錮在“讀實驗”的文本對話中。教材需要“讀”，實驗也要“讀”，實驗在多重因素的影響下，自覺不自覺地走上了“只讀不做”的大道。因此，有學者提出要突破和超越“讀”的觀念，強化對“做”的認識，在讀與做之間尋求動態的發展，也許可以讓科學教育走向一片更廣闊的天空。實驗是“做”的良好機會，如果希望學生“做”，那必須給學生一定的“做”的自主權。例如，在探究氯水的漂白作用時，根據Cl2+H2OH++Cl-+HClO及H2OH++OH-和HClOH++ClO-可知氯水的成分主要有H2O、Cl2、H+、Cl-、HClO，還有極少量的ClO-和OH-，因此，對氯水中起漂白作用的微粒的假設是多樣的，可能是一種微粒或多種微粒的共同作用，根據不同假設而設計的實驗的方案也應該是多樣的，學生選擇實驗的操作順序則更應該是多樣的。只有這樣，實驗的步驟才真正是學生自己親手設計的。當學生親手實踐著自己的想法和設計，那是何等的享受啊！這是學生在“閱讀”實驗步驟時所無法享受的。筆者認為，“實驗手冊”應該隱退為教師的教學參考用書，讓學生有更大的實踐自主權。在學生手里，應該是一張空白的實驗報告單，這需要學生去書寫、去創造。

五、實驗現象：由“事實”向“問題”轉化

實驗中，實際得到的理論預測的實驗現象間存在3種關系：即完全一致，有些偏差，或截然不同。如果實驗現象與預測的截然不同，一般認為是基于不同機理導致的，教師往往會帶領學生深入探究。

如在進行Al的性質實驗時發現，用除去氧化膜的Al片分別與H+濃度相同的稀HCl和稀H2SO4反應時，發現存在明顯不同的現象：

①跟稀鹽酸反應快，產生氣泡多；

②跟稀硫酸反應慢，產生氣泡很少。

從而提出假設：

①氯離子對反應有促進作用；

②硫酸根離子對反應有抑制作用。

并設計兩種實驗方案進行探究：

①在稀硫酸中加入固體食鹽，發現反應明顯加快；

②在稀鹽酸中加入固體硫酸鈉，發現反應幾乎沒有什么影響。

最后得出結論氯離子對鋁片跟H+反應有促進作用，這一探索結論與Cl-與Al3+形成配合物AlCl4-[4]從而加速致密氧化膜結構的破壞這一科學結論是一致的。如果實驗現象與預測現象有些偏差，一般認為化學試劑的純度原因，稍作解釋以了事。實際上，這可能涉及更為廣泛的反應機理，更有必要探究。如在盛有少量FeCl2溶液的試管中滴入數滴KSCN溶液（Fe2+不能使KSCN溶液變血紅色），再向混合液中加入一定量的新制氯水時只有一點點淺紅色，并沒有預測中的血紅色。這一探究活動中發現，滴加試劑的順序不同會導致不同的實驗結果，從而對操作步驟進行改進。

綜上所述，現實的問題往往是綜合性的，化學實驗中的意外現象、學生生活中遇到一些化學問題往往能開闊學生的思路，成為實驗教學中的良好素材和探究起點。即使是與理論預測完全一致的結論也可以質疑，學生通過這樣的實驗、探究才可以拓寬思路，從而得到比平時更多的、課本上學不到的知識！