发展实验观察能力 有效建构知识意义

蔡武生　唐培付　石柏兴

在蜡烛燃烧的实验探究中，学生观察到的现象存在显著差异。有的仅能观察到蜡烛燃烧(重复生活经验)，有的能观察到火焰分层(探究到浓度、温度分布规律)，有的还能观察到蜡烛的状态变化(探究到三态变化)，注意到棉线的变化(探究到相关物质的变化与作用)，闻到特殊的气味(探究到有少量蜡烛挥发)，并能在吹灭蜡烛时看到白烟(探究到少量蜡烛气化后在空气中凝固)。因而在探究学习巾，学生建构知识意义的有效性与他们对客观事物观察的敏锐程度和探索的精细程度有密切关系。

1开发教学资源创设丰富鲜明的实验现象

教学中使用的实验方案通常由教科书或教学参考用书提供，为确保实验成功、现象鲜明，需要仔细研究其实验控制条件。

如在苯酚悬浊液中滴加氢氧化钠溶液，再通入二氧化碳，能观察到浑浊变澄清，但往往难以观察到澄清变浑浊。其原因是苯酚悬浊液的质量分数偏小，氢氧化钠溶液中所含水的稀释致使再次生成的苯酚溶解，即使有少量浑浊出现，往往也难以观察到。

为增大苯酚悬浊液的质量分数，可在试管中加入2g苯酚和10mL水，加热制成苯酚的热浓溶液，再冷却。所得苯酚悬浊液中分散质微粒较小，浑浊能保持较长时间，现象都很鲜明。

有时还可改进教科书所提供的实验方案。

如铁与水蒸气的反应，采用液态水加热需要较长时间才能产生水蒸气，改用固体物质(如硫酸铜晶体)加热，能快速产生水蒸气。并可对实验装置进行组合，分别在试管底部和中部加热硫酸铜晶体和铁粉，当蓝色的硫酸铜晶体显示白色时加热铁粉，然后用小试管在水槽中收集气体并检验。

改进后的实验操作简单、耗时较短、现象鲜明。

在教学中，还需要开发新实验以替换教科书中的实验。

如在铝与非金属反应的探究中，学生自主设计实验方案时，选择的非金属可以不是空气(氧气)而是碘。一方面学生对金属在氧气中燃烧的现象已司空见惯，希望能看到实验现象更新颖。另一方面碘的非金属性较弱，能在逻辑上更好地说明铝与非金属的反应。教师要查阅资料，明确实验注意事项，并进行实验预演。预演时只需把碘与铝粉均匀混合滴水即可，实验现象鲜明。为吸收碘蒸气，可在广口瓶口放置浸泡过碱液的棉花。

富有挑战性的是结合教学实际自行开发新的化学实验。如为探讨燃料的不充分燃烧，设计并补充蜡烛不完全燃烧的实验。在蜡烛火焰上方罩一集气瓶，待蜡烛火焰慢慢熄灭，集气瓶内有大量烟气。再加热两根螺旋状铜丝，将其中的一根迅速伸入集气瓶中，铜丝表面的红色较另一根明显。

学生对实验现象的解释为：罩上集气瓶后，氧气不足，蜡烛不完全燃烧，其能量利用率较低，温度降至着火点以下，致使火焰熄灭。而铜丝变红是因为不完全燃烧生成一氧化碳所致。能有效帮助学生构建可燃物不完全燃烧的能量变化和产物特征的知识体系。

2 做好实验现象预测促进有目的实验观察

探究学习是以问题为中心的，学生经历猜想和假设、制订计划、实验与观察等一系列过程，实现对知识意义的自我建构。对实验现象较为复杂的实验，引导学生预测实验现象，制订实验计划和观察计划，促进学生有目的、有选择、有计划地观察实验，培养学生良好的观察习惯。如钠和硫酸铜溶液反应的实验探究，现象较为复杂，先引导学生分析钠和水反应，注意氢离子浓度的变化，和铜离子的氧化性。预测其反应更剧烈，可能产生蓝色沉淀或红包固体。

对存在安全隐患的实验，要同时预测其实验的安全隐患，包括有害物质的生成，燃烧或爆炸等，以确保实验的安全性。

如钠在空气中燃烧的实验探究，实验设计时选择的仪器有石棉网、蒸发皿、坩埚、铜片、破底试管等，先放人黄豆大小的钠，再用酒精灯加热。由于钠在石棉网上剧烈燃烧，放出大量的热，使钠瞬间气化，预测其固体产物将悬浮在空气中，因而实验时要防止吸入这些固体颗粒物。而钠在漏斗状铜片里燃烧，观察到反应较缓慢，预测其反应放热可能使铜、钠融合成合金，钠残留较多，故清洗铜片时要防止发生爆炸。

当实验现象和预测不一致时，要及时引导学生深入探究。

如乙醛氧化反应的实验探究，学生提出的实验方案是：向乙醛溶液中滴加高锰酸钾溶液，著溶液褪色，则说明乙醛被高锰酸钾溶液氧化。但实际上溶液仍为红色，这时学生提出用硫酸酸化，以增强高锰酸钾的氧化性，但酸化后溶液仍不褪色。

于是鼓励学生滴入氢氧化钠溶液试一试，意想不到的是溶液立即褪色，几分钟后用硫酸酸化的溶液才缓慢褪色。面对异常现象，引导学生大胆尝试，明确在碱性条件下乙醛更易氧化，有效认识乙醛与银氨溶液、新制氢氧化铜反应的控制条件。

3灵活运用实验方法确保实验观察充分

为放大某些不明显的实验现象，可选择投影仪；为清晰地再现实验过程和细节，可使用多媒体视频、录像等。

如氢氧化铁胶体的电泳实验，实验现象不够鲜明。而使用实物投影装置，当U型管中氢氧化铁胶体有微小的移动时，屏幕中红褐色胶体的移动十分明显。

为让学生近距离观察，可采用边讲边做实验或微型实验：在学生观察不够清晰时，可采用对照实验、反复实验，使学生实验观察更充分，知识建构更有效。

现以对照实验为例说明，如苯酚和氢氧化钠溶液的反应，为排除苯酚的溶解是氢氧化钠溶液中所含水的稀释所致，可采用空白对照实验的方法。在另一份苯酚悬浊液中加入等量的水，浊液仍保持浑浊，使学生更好地认识到苯酚悬浊液变澄清是由于苯酚与氢氧化钠反应所致。对照实验还可用于现象易混淆的实验。

对于反应速率缓慢的化学反应，要进行长时间的实验观察。

如钠在除去二氧化碳的干燥空气中反应的实验，可选用容积较大的干燥器，在隔板上放置一块玻璃板，将黄豆大小的钠置于玻璃板上，一段时间后钠表面才开始呈现灰色，后来几乎观察不到钠的变化，24h后钠呈现为白色块状，体积没有明显膨大。用小刀在钠表面切开一个小口，观察到钠表面的氧化膜质地较紧密，厚度较薄。将其投入水中，反应耗时46s。长时间的实验观察，使学生充分认识到钠在除去二氧化碳的干燥空气里反应缓慢，形成较薄、较紧密的氧化膜，能延缓钠的继续氧化。

4重视实验现象的记录与交流在反馈和评价中提升观察能力

发展学生观察能力必须把握学生观察能力的现状，为此需要仔细研究学生的实验现象记录，把握学生观察能力的差异和形成原因。为了便于对比，需选择不同学习基础的学生若干名，收集他们的几次实验现象记录，分析他们实验观察的全面性、有序性、准确性等方面的差异，结合他们描述实验现象的语言特点，判断其对实验现象所含信息的加工方式和记忆方式。

基础好的学生对实验现象的表述细致而准确，能借鉴已知的实验现象描述新的实验现象，语言较形象化。

如钠和乙醇反应实验现象记录，有的学生能与钠和水反应对比，其相关描述如下：钠在水面上熔化成一个光亮的小球，像巡逻快艇一样不停地游动，而钠在乙醇中保持固体形状。像潜伏在水面下的潜艇一样，表面不时冒出气泡。这些学生观察实验现象敏锐而深刻，表象鲜明，并以形象化的信息形式储存在右脑中，减少了机械记忆语言符号的负担，其记忆必然会更持久。

有些基础差的学生的观察较为随意、表象较模糊、用语不准确。需要进行系统而全面的实验观察训练，学会对现象所包含信息的加工，结合反馈和评价，进一步理解和记忆所获得的相关表象，逐步发展他们的观察能力。

如铜与稀硝酸反应的实验探究中，学生完成实验现象记录后，开展交流和讨论，促使他们对实验现象再整理，从而实现对实验表象的再加工。然后展示基础知识好的学生的现象记录：铜片表面的红色更鲜明(氧化膜的溶解)，有气泡冒出，铜片逐步溶解直至消失；溶液变成蓝色；无色气泡遇到空气变为红棕色，排水收集得无色气体，通入空气会“又见炊烟”。然后指导学生再次系统观察铜片、溶液和气体的变化，全面记录实验现象。

影响学生观察能力的因素很多。为了让学生在实验中准确而细致地观察到鲜明且合理的实验现象，要大力加强化学实验教学，注重实验教学资源的开发，合理运用现代教育技术和有效的实验方法，使学生形成鲜明的视觉形象。教学中要引导学生预测实验现象，明确实验观察目的，规划实验观察过程。

在实验观察时，要求学生及时记录实验现象，并引导他们在反馈和评价中对相关信息进行分析、比较、综合、判断和推理，把实验操作、观察、思维活动结合起来。让学生依靠自己的视觉、嗅觉、听觉、触觉去感知化学物质的变化，敏锐地捕捉瞬间的变化和细微区别，形成鲜明的视觉形象，有效建构化学知识和技能。