利用“异常”实验创设问题情境

张洁

一、问题的提出

在化学教学中，因为实验体系的各种非控制性因素，教师的演示实验或学生实验均可能会与预期的结果发生一定的偏差，出现不同程度的异常现象，甚至会导致实验的失败。实验的“异常”现象经常让学生困惑。能不能让这个“异常”现象合理、恰当地发挥应有的教育作用呢？

马赫穆托夫指出：问题情境是指在一定的教学环境中，由于学生以前所掌握的知识和实践活动的方法，在客观上不足以解决已产生的任务时，所引起的那种智力困窘状况。一个好的问题情境会引发学生的“认知冲突”，使学生对所学内容产生兴趣和高度的注意力，从而促进教学效果的提高。“异常实验现象”给学生提供了真实的问题情境，“异常实验现象”与学生己有的知识或预期不一致，会引起学生认识上的矛盾冲突，从而促使学生为解惑而主动探索、思考。

抓住这些异常的实验现象，创设问题情境，可以让学生在探寻“异常”的原因、设计实验的改进中，更深刻地理解事物的本质，更有效地提高教学效果。

二、教学案例

案例1：在“碳酸钠的性质与应用”中，从物质类别以及结合原有知识分析之后，学生对碳酸钠、碳酸氢钠的性质有了初步的认识。随后就是分组实验，其中一项：【实验3】将0.1mol/L的CaCl2溶液分别滴入0.1mol/L Na2CO3和NaHCO3溶液中。

实验发现两支试管中均出现了白色沉淀.根据初中的知识学生知道，CaCO3在水中是难溶物，而

Ca（HCO3）2是可溶物。因此向碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液中加入CaCl2溶液，出现浑浊的溶液是碳酸钠溶液。

但现象和预期不符合，以为实验失败了，学生都很疑惑。这时笔者就提醒学生既然大家都出现了这种现象，这可能不是偶然现象，其中也许有必然的联系，请学生思考、讨论。讨论后，学生主要给出了以下假设。假设1：初中是在澄清石灰水中通入二氧化碳，石灰水变混浊。继续通入二氧化碳，又变澄清。从而得出CaCO3在水中是难溶物，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浓度小，生成的Ca（HCO3）2浓度也小，所以全部溶解。但该实验条件下Ca（HCO3）2浓度大，故可能沉淀。假设2：从物质类别来看NaHCO3属于弱酸根酸式盐，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。笔者对学生的假设没做任何评价，给出了两张信息卡，请同学结合信息讨论如何通过理论或实验来验证相关假设？

【信息卡1】20℃时的溶解度（见表1）

【信息卡2】已知20℃时0.1 mol/L NaHCO3溶液中CO2-3的浓度约为2.4×10-5 mol/L

根据信息卡，通过简单计算，学生很快排除了假设1，关于假设2学生认为虽然两者都有CO2-3，但浓度相差很大，猜想如果控制NaHC03溶液的浓度则白色沉淀就不会出现。讨论后，设计了表2所列实验。

【实验3改进】

表2

操作

现象

分别取约5 mL 0.1mol/L的 Na2CO3、NaHCO3溶液置于两试管中，加水稀释（约加5 mL水），分别滴入0.1 mol/L的CaCl2溶液

Na2CO3溶液中出现白色沉淀

NaHCO3溶液中出现白色沉淀（少量）

分别取约5 mL 0.1 mol/L的Na2CO3、NaHCO3溶液置于两试管中，加水稀释（约加10mL水），分别滴入0.1mol/L的CaCl2溶液

Na2CO3溶液中出现白色沉淀

NaHCO3溶液中未出现白色沉淀

接下来让学生思考：CaCl2能否鉴别

Na2CO3、NaHCO3溶液？学生顺利得出结论：CaCl2可以鉴别Na2CO3、NaHCO3溶液，但只能是稀溶液。所以对于鉴别未知浓度的Na2CO3、NaHCO3溶液，选择CaCl2溶液不是非常恰当的。若没有“都有白色沉淀”这个意外现象的出现，学生也不会去主动探究、主动思考。而通过以上的讨论，学生对于NaHCO3溶液中存在的

HCO-3H++CO2-3

有了一定的了解，这对于理解NaHCO3与盐酸反应更剧烈，NaHCO3与澄清石灰水反应有沉淀产生都有帮助。

案例2：“铁及其化合物的性质及应用”中，Fe2+与Fe3+之间的相互转化是一个重要内容。课堂上学生的分组实验，提供了下列试剂和仪器：KSCN溶液、FeSO4溶液、铁粉、溴水、双氧水、NaOH溶液、煤油、试管若干、长胶头滴管、药匙、纸槽。要求学生4人一组探究Fe2+与Fe3+之间的相互转化。实验前，给出有关信息资料：

【信息卡1】含Fe3+的溶液遇KSCN溶液会呈现血红色；而含Fe2+的溶液遇KSCN溶液不变色。

【信息卡2】水溶液中，Fe（OH）3红褐色沉淀；Fe（OH）2白色沉淀。

实验刚开始就出问题了：学生在FeSO4溶液中滴加KSCN溶液時，发现出现了血红色！

那为什么会出现红色呢？”学生经过思考，认为Fe2+被空气中的氧气氧化成了Fe3+。笔者继续引导：怎样验证是被氧气氧化了呢？又如何重新得到

FeSO4溶液呢？配制FeSO4溶液的时候得采取什么措施？学生热情高涨，用所提供的试剂完成了实验任务。接着要求学生增做一个实验：制取

Fe（OH）2 。学生一开始都是直接往FeSO4溶液中滴加NaOH溶液，几乎看不到明显的白色。经分析讨论，很多组的学生迅速意识到了问题：被氧气氧化了。然后再提出有没有方法可以看到白色沉淀，而且可以让白色沉淀保持较长。学生又开始了积极的尝试。若没有“出现红色”这个意外现象的刺激，学生进行实验可能是机械的，思维层次上也是低级的。而出现这种情况的“实验异常”，让学生直接触摸到了他们没有想到或是不懂的东西，他们的思维才开始真正活跃.才会真正地进行实验探究。

三、教学感悟

“异常”实验在真实的教学中有很多，有些我们会人为避开。如“ 碳酸钠的性质与应用”的教学中，往往会出现“CaCl2可以鉴别Na2CO3、NaHCO3溶液”的观点，上过这节课的教师都知道，两者都出现白色沉淀是正常的，要出现区别，则要控制NaHCO3溶液的浓度。教师通常会事先准备好合适浓度的NaHCO3溶液以求出现理想的现象。有些则很难避免，如Fe2+的氧化。何不让“异常”实验出现在学生面前呢， 让他们发现“异常”——提出问题——解决问题，提高学生的质疑能力、分析问题和解决问题的能力。在利用“异常”实验创设问题情境时，教师要把握下面几点：

1.“异常”实验现象是可利用的教学资源

“异常”实验往往是真实、非预设性的，引发了学生的问题意识，有时对教师来说也是未知的。面对“异常”甚至是失败的实验， 教师怎么办？ 有些教师把异常现象当做“浪费了时间”甚至“失败的耻辱” 往往简单带过，甚至不了了之。但如果教师能在“异常实验”中收集、 挖掘可利用的因素， 并利用失败的实验进行探究，把实验的目的性与方向性加以转变，“异常实验”就成为创新的起点，是珍贵的教学资源。

2.提高专业素质，注意素材的积累

对于实验教学，教师要作充分的准备，课前要反复演练，实验结果力求与课本内容相符合。但当实验现象与预设的结果不同时，教师就应和学生一起分析其原因，实事求是地探究实验的真实结果。在这一过程中，教师的引导很重要。教师的引导包括：提出适当的问题以引起学生的思考和讨论；在讨论中设法把问题一步步引向深入，以加深学生对所学内容的理解；要启发诱导学生自己去发现规律、自己去纠正和补充错误的或片面的认识等等。教师需要收集大量资料，分析处理，对教师的专业素养提出了较高的要求。而在现行中学化学教材中的实验，经常会遇到形形色色的异常现象：如用高锰酸钾制氧气时，发现几乎每次实验的产率都大于100%；如镁条与硝酸反应一般得不到氢气，而镁条与0.4 mol/L的稀硝酸反应竟然收集到氢气；如教材上镁与冷水不反应，但实际上镁与冷水反应后的溶液中加入酚酞，溶液变红；碘与淀粉反應显蓝色，而当温度高于55时却显无色…。如果对这些异常现象能有所了解，在教学中就能灵活应用以达到所需的教学效果。

总之，将化学教学中出现的“异常实验现象”作为引导学生主动质疑的契机，创设问题情景，唤起学生的求知欲，这样的化学课堂才能成为学生创造性思维发展的殿堂。

（收稿日期：2016-12-13）