分析化学教学中几个实验“意外”的正常性

新课程教材中化学实验多以验证性的实验为主,但在内容编排上具有弹性,给教师创造性使用教材留下了广泛的空间。教师针对实验时的“意外”引导学生积极探索、思考,可以由“意外”生成精彩。

1 试剂用量生成的“意外”及应对

化学反应中试剂用量不同常常会引起产物的改变。量变引起质变是化学反应中普遍存在的现象,也是化学教学中的疑难点。通过实验的方式改变物质的用量,巧妙地预设“意外”,可以引发学生的认知冲突,激发学生的兴趣,促进学生在发现问题的基础上提出问题、分析问题、解决问题[1]。

案例1 Fe2+离子的检验

在Fe2+离子检验的实验教学时,教师常采用验证性的实验操作,步骤为(1)取适量FeCl2溶液于试管中,向其中加入3~4滴的KSCN溶液,溶液未变血红色;(2)向上述溶液中加入少量的新制氯水或双氧水,溶液变血红色。结论是:少量新制氯水或双氧水将Fe2+氧化成Fe3+,Fe3+与SCN-结合使溶液变成血红色,反应离子方程式为:Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3。笔者在教学时发现,各实验小组在滴加氧化剂时试剂用量控制有较大的差异,有的小组滴加3~4滴双氧水,溶液变红后马上停止滴加双氧水,学生脸上洋溢着成功的喜悦;有的小组滴加双氧水至溶液出现红色后继续滴加,加至溶液红色变淡时担心反应不充分又进行了振荡,导致红色完全褪去,最后只能两眼注视着溶液,显出一脸的无奈;有的小组直接取过量双氧水于试管中,然后将双氧水直接倒入预先配好的含KSCN的FeCl溶液混合,溶液出现红色又迅速褪去。这些操作方法及操作所产生的“异常”现象打乱了学生的正常的思维秩序,激活了课堂的氛围,强烈的好奇感驱使着学生进行积极的思考,纷纷发表自己的看法与观点,而这却正是笔者所希望看到的。通过讨论,学生最后形成两种假设:假设一,可能是过量的双氧水将Fe3+氧化成更高的价态;假设二,可能是过量的双氧水将SCN-氧化。在这两种假设的基础上,学生又进一步设计实验验证假设……教学在学生的合作、交流、探究中继续进行,学生体验了从量变到质变的现象,增强了科学探究的能力。

2 操作顺序生成的“意外”及应对

在实验时试剂的操作顺序改变也会引起现象乃至结果的改变。

案例2 碳酸钠与盐酸的实验探究

进行碳酸钠与盐酸的实验教学时,笔者先定好学生实验仪器与药品,安排学生进行分组实验。学生的实验操作主要有以下几种情况:(1)各取少量的碳酸钠溶液与盐酸放入两支试管中,然后将两溶液迅速混合,溶液中有气体生成;(2)取少量碳酸钠溶液于试管中,然后向碳酸钠溶液中逐滴加入盐酸,溶液中开始时无气体生成,后来慢慢有气体生成;(3)取少量的盐酸于试管中,然后向试管中逐滴加入碳酸钠溶液,溶液中马上就有大量的气体生成。由于采用了不同的操作顺序,三种操作出现的实验现象是不同的。学生似乎对此感到丈二和尚摸不着头脑,思维上出现暂时的“混乱”。此时笔者让学生改变实验的操作顺序并仔细观察实验过程中的现象。通过对实验三种操作出现的不同现象的分析比较,学生意识到碳酸钠属于正盐,在滴加盐酸过程中会先生成碳酸氢钠:Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl,当碳酸钠完全转化为碳酸氢钠时继续加盐酸,碳酸氢钠与过量盐酸反应产生CO2:NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+ H2O。而将碳酸钠溶液逐滴加到盐酸中时,盐酸过量会迅速生成CO2:Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O。在上述实验基础上,笔者引导学生进行盐酸与碳酸氢钠互滴实验。结果表明,无论如何改变二者的滴加顺序,反应现象是一致的。值得一提的是,学生在第二次进行碳酸钠溶液与盐酸反应实验时,细心的学生还发现:当将盐酸逐滴加入到碳酸钠溶液时,溶液中就有少量气体在向上扩散时渐渐消失。仔细分析上述变化过程后学生提出解释:加入盐酸瞬间,局部Na2CO3与盐酸反应产生CO2 向上扩散,但CO2 会与碳酸钠溶液反应生成碳酸氢钠:Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3,所以气体渐渐消失。学生通过实验、观察、分析和比较步步为营,使思维上的“混乱”逐个化解。

本案例问题环环相扣,使学生在实验探究中获得真知,真正体现事实胜于雄辩,从而确立化学实验教学在化学教学中的中心地位。

4 误用试剂生成的“意外”及应对

托尔斯泰曾说过:成功的教学所需的不是强制,而是激发学生的学习兴趣[2]。这呼应了时下教育界一种比较流行的说法:教为不教,学为创造。

案例4 Al和CuSO4溶液反应的实验探究

Al和CuSO4溶液反应是实验化学中典型的探究性实验。教学时笔者让每一位学生亲自动手操作实验,体验感受整个实验的探究过程。学生的热情与积极性都很高,很快就有学生陆续报告:溶液中有气泡;溶液变蓝;试管很烫;铝片表面有红色物质析出等现象。当笔者询问产生这些现象的原因时,学生都能作出正确的解释。然而有的学生却很困惑,因为几分钟过后还没有见到明显的现象,笔者询问他们是否将铝表面的氧化膜除去时,学生回答说:没有。笔者说暂时没有现象再等等看。没到两分钟听学生甲喊:有现象了。马上学生乙跑过去查看,自言自语道:我们俩的都没有除氧化膜,为什么他的发生反应了,我的到现在还没有呢?笔者安慰道:你再等等看,时间长了会反应的。然后笔者把甲乙两位学生操作的试管放到一起,问学生甲:你用的是硫酸铜溶液吗?学生甲看了看自己刚才实验用的溶液,回答说:我把氯化铜溶液当成硫酸铜溶液了。这时学生乙不解的问:老师,为什么他误用氯化铜溶液与未除去氧化膜的铝却能反应,而按照实验要求用硫酸铜溶液却不可以呢?这个问题正好是笔者想要学生来解决的。当笔者一提出这一问题,就马上有学生亮出观点:(1)氯化铜溶液中的氯离子对铝片表面的氧化膜有腐蚀作用;(2)硫酸铜溶液中的硫酸根对氧化膜有保护作用。接着学生根据两种假设设计实验验证,最终得出的结论是氯离子对铝氧化膜有腐蚀作用,而这一结论与必修1中铝制容器不宜存放食盐水的事实是一致的。

本案例由学生独立操作实验,自主进行探究,学生对反应过程中出现的一系列现象,能够真切地感受、体验,并能够准确地作出合理的解释。

对于实验过程中出现的意外,学生及时地发现问题、分析问题、解决问题,实现了学生学习方式的转变,变“要我学”为“我要学”,知行合一,真正体现新课程的课堂教学理念。

总之,化学课堂教学通过以实验为主的多种探究活动,能使学生体验科学探究的过程,激发学生学习化学的兴趣,强化科学探究意识,促进学生学习方式的转变,培养学生的创新精神和实践能力[3]。教师在实验教学时要善于预设情境,生成“意外”,引发学生认知冲突,激发学生萌生主动探究的欲望。教师要从传统的教育教学观念中解放出来,把教学的主动权交给学生,使教学活动变得富有开放性、丰富性和灵活性。教育家苏霍姆林斯基曾说过:“教育的技巧并不在于预见到课堂的所有细节,而是在于根据当时的具体情况巧妙地在学生不知不觉中做出相应的变动[4]。”教师要凭借自身的专业素养和教学智慧,捕捉最佳的教育时机,使课堂教学在师生的交流、探究、合作中不断地生成、生长,使课堂教学实现双赢:教师不断增强驾驭课堂教学的能力,专业化学水平进一步提高;学生的知识与技能不断提高完善,学会科学探究的过程与方法,情感、态度、价值观不断地融合,使每一位学生都得到充分的发展。

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