利用“異常”實驗創設問題情境

張潔

一、問題的提出

在化學教學中，因為實驗體系的各種非控制性因素，教師的演示實驗或學生實驗均可能會與預期的結果發生一定的偏差，出現不同程度的異常現象，甚至會導致實驗的失敗。實驗的“異常”現象經常讓學生困惑。能不能讓這個“異常”現象合理、恰當地發揮應有的教育作用呢？

馬赫穆托夫指出：問題情境是指在一定的教學環境中，由于學生以前所掌握的知識和實踐活動的方法，在客觀上不足以解決已產生的任務時，所引起的那種智力困窘狀況。一個好的問題情境會引發學生的“認知沖突”，使學生對所學內容產生興趣和高度的注意力，從而促進教學效果的提高。“異常實驗現象”給學生提供了真實的問題情境，“異常實驗現象”與學生己有的知識或預期不一致，會引起學生認識上的矛盾沖突，從而促使學生為解惑而主動探索、思考。

抓住這些異常的實驗現象，創設問題情境，可以讓學生在探尋“異常”的原因、設計實驗的改進中，更深刻地理解事物的本質，更有效地提高教學效果。

二、教學案例

案例1：在“碳酸鈉的性質與應用”中，從物質類別以及結合原有知識分析之后，學生對碳酸鈉、碳酸氫鈉的性質有了初步的認識。隨后就是分組實驗，其中一項：【實驗3】將0.1mol/L的CaCl2溶液分別滴入0.1mol/L Na2CO3和NaHCO3溶液中。

實驗發現兩支試管中均出現了白色沉淀.根據初中的知識學生知道，CaCO3在水中是難溶物，而

Ca（HCO3）2是可溶物。因此向碳酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液中加入CaCl2溶液，出現渾濁的溶液是碳酸鈉溶液。

但現象和預期不符合，以為實驗失敗了，學生都很疑惑。這時筆者就提醒學生既然大家都出現了這種現象，這可能不是偶然現象，其中也許有必然的聯系，請學生思考、討論。討論后，學生主要給出了以下假設。假設1：初中是在澄清石灰水中通入二氧化碳，石灰水變混濁。繼續通入二氧化碳，又變澄清。從而得出CaCO3在水中是難溶物，而Ca（HCO3）2是可溶物。但Ca（OH）2是微溶物，澄清石灰水中的Ca（OH）2濃度小，生成的Ca（HCO3）2濃度也小，所以全部溶解。但該實驗條件下Ca（HCO3）2濃度大，故可能沉淀。假設2：從物質類別來看NaHCO3屬于弱酸根酸式鹽，存在

NaHCO3Na++HCO-3

HCO-3H++CO2-3

NaHCO3溶液中也有CO2-3，可能生成了CaCO3沉淀。筆者對學生的假設沒做任何評價，給出了兩張信息卡，請同學結合信息討論如何通過理論或實驗來驗證相關假設？

【信息卡1】20℃時的溶解度（見表1）

【信息卡2】已知20℃時0.1 mol/L NaHCO3溶液中CO2-3的濃度約為2.4×10-5 mol/L

根據信息卡，通過簡單計算，學生很快排除了假設1，關于假設2學生認為雖然兩者都有CO2-3，但濃度相差很大，猜想如果控制NaHC03溶液的濃度則白色沉淀就不會出現。討論后，設計了表2所列實驗。

【實驗3改進】

表2

操作

現象

分別取約5 mL 0.1mol/L的 Na2CO3、NaHCO3溶液置于兩試管中，加水稀釋（約加5 mL水），分別滴入0.1 mol/L的CaCl2溶液

Na2CO3溶液中出現白色沉淀

NaHCO3溶液中出現白色沉淀（少量）

分別取約5 mL 0.1 mol/L的Na2CO3、NaHCO3溶液置于兩試管中，加水稀釋（約加10mL水），分別滴入0.1mol/L的CaCl2溶液

Na2CO3溶液中出現白色沉淀

NaHCO3溶液中未出現白色沉淀

接下來讓學生思考：CaCl2能否鑒別

Na2CO3、NaHCO3溶液？學生順利得出結論：CaCl2可以鑒別Na2CO3、NaHCO3溶液，但只能是稀溶液。所以對于鑒別未知濃度的Na2CO3、NaHCO3溶液，選擇CaCl2溶液不是非常恰當的。若沒有“都有白色沉淀”這個意外現象的出現，學生也不會去主動探究、主動思考。而通過以上的討論，學生對于NaHCO3溶液中存在的

HCO-3H++CO2-3

有了一定的了解，這對于理解NaHCO3與鹽酸反應更劇烈，NaHCO3與澄清石灰水反應有沉淀產生都有幫助。

案例2：“鐵及其化合物的性質及應用”中，Fe2+與Fe3+之間的相互轉化是一個重要內容。課堂上學生的分組實驗，提供了下列試劑和儀器：KSCN溶液、FeSO4溶液、鐵粉、溴水、雙氧水、NaOH溶液、煤油、試管若干、長膠頭滴管、藥匙、紙槽。要求學生4人一組探究Fe2+與Fe3+之間的相互轉化。實驗前，給出有關信息資料：

【信息卡1】含Fe3+的溶液遇KSCN溶液會呈現血紅色；而含Fe2+的溶液遇KSCN溶液不變色。

【信息卡2】水溶液中，Fe（OH）3紅褐色沉淀；Fe（OH）2白色沉淀。

實驗剛開始就出問題了：學生在FeSO4溶液中滴加KSCN溶液時，發現出現了血紅色！

那為什么會出現紅色呢？”學生經過思考，認為Fe2+被空氣中的氧氣氧化成了Fe3+。筆者繼續引導：怎樣驗證是被氧氣氧化了呢？又如何重新得到

FeSO4溶液呢？配制FeSO4溶液的時候得采取什么措施？學生熱情高漲，用所提供的試劑完成了實驗任務。接著要求學生增做一個實驗：制取

Fe（OH）2 。學生一開始都是直接往FeSO4溶液中滴加NaOH溶液，幾乎看不到明顯的白色。經分析討論，很多組的學生迅速意識到了問題：被氧氣氧化了。然后再提出有沒有方法可以看到白色沉淀，而且可以讓白色沉淀保持較長。學生又開始了積極的嘗試。若沒有“出現紅色”這個意外現象的刺激，學生進行實驗可能是機械的，思維層次上也是低級的。而出現這種情況的“實驗異常”，讓學生直接觸摸到了他們沒有想到或是不懂的東西，他們的思維才開始真正活躍.才會真正地進行實驗探究。

三、教學感悟

“異常”實驗在真實的教學中有很多，有些我們會人為避開。如“ 碳酸鈉的性質與應用”的教學中，往往會出現“CaCl2可以鑒別Na2CO3、NaHCO3溶液”的觀點，上過這節課的教師都知道，兩者都出現白色沉淀是正常的，要出現區別，則要控制NaHCO3溶液的濃度。教師通常會事先準備好合適濃度的NaHCO3溶液以求出現理想的現象。有些則很難避免，如Fe2+的氧化。何不讓“異常”實驗出現在學生面前呢， 讓他們發現“異常”——提出問題——解決問題，提高學生的質疑能力、分析問題和解決問題的能力。在利用“異常”實驗創設問題情境時，教師要把握下面幾點：

1.“異常”實驗現象是可利用的教學資源

“異常”實驗往往是真實、非預設性的，引發了學生的問題意識，有時對教師來說也是未知的。面對“異常”甚至是失敗的實驗， 教師怎么辦？ 有些教師把異常現象當做“浪費了時間”甚至“失敗的恥辱” 往往簡單帶過，甚至不了了之。但如果教師能在“異常實驗”中收集、 挖掘可利用的因素， 并利用失敗的實驗進行探究，把實驗的目的性與方向性加以轉變，“異常實驗”就成為創新的起點，是珍貴的教學資源。

2.提高專業素質，注意素材的積累

對于實驗教學，教師要作充分的準備，課前要反復演練，實驗結果力求與課本內容相符合。但當實驗現象與預設的結果不同時，教師就應和學生一起分析其原因，實事求是地探究實驗的真實結果。在這一過程中，教師的引導很重要。教師的引導包括：提出適當的問題以引起學生的思考和討論；在討論中設法把問題一步步引向深入，以加深學生對所學內容的理解；要啟發誘導學生自己去發現規律、自己去糾正和補充錯誤的或片面的認識等等。教師需要收集大量資料，分析處理，對教師的專業素養提出了較高的要求。而在現行中學化學教材中的實驗，經常會遇到形形色色的異常現象：如用高錳酸鉀制氧氣時，發現幾乎每次實驗的產率都大于100%；如鎂條與硝酸反應一般得不到氫氣，而鎂條與0.4 mol/L的稀硝酸反應竟然收集到氫氣；如教材上鎂與冷水不反應，但實際上鎂與冷水反應后的溶液中加入酚酞，溶液變紅；碘與淀粉反應顯藍色，而當溫度高于55時卻顯無色…。如果對這些異常現象能有所了解，在教學中就能靈活應用以達到所需的教學效果。

總之，將化學教學中出現的“異常實驗現象”作為引導學生主動質疑的契機，創設問題情景，喚起學生的求知欲，這樣的化學課堂才能成為學生創造性思維發展的殿堂。

（收稿日期：2016-12-13）