巧用“异常”实验抓住教学时机

林铃

一、问题提出

化学是一门以实验为基础的学科，化学的教学要结合生活实际。在化学实验的教学过程中，由于实验体系中有诸多不可控制的因素，因此有时可能会导致教师的演示实验失败亦或者是学生自己动手实验失败。由于课堂时间有限，鲜有教师抓住教育时机，对实验失败的原因进行分析与解释，导致学生困惑不已，教学效果大相径庭，事倍功半。

然而当实验出现“异常”现象时候，已经创设了一个真实的问题情境。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。就“教育时机”而言，孔子有曰，“不愤不启，不悱不发”，讲的就是当学生进入思维状态时，有强烈的求知欲，这时候教师应给予适当的引导和启发，才能帮助学生答疑解惑。

爱因斯坦曾说，“提出一个问题比解决一个问题更有价值”。当实验现象与预期结果不同时，就能引发学生认知上的冲突，学生有强烈的欲望想要知道为什么。作为教师，应积极巧妙地抓住这些“异常现象”，创设问题情境，引导学生积极思考，建构问题意识，尝试从多维度分析思考问题，创设问题模型，更深刻理解化学实验本质，从而才能达到教学效果事半功倍。

二、教学案例

“铁及其化合物的性质与应用”中，Fe2+ 的性质、Fe3+ 的性质以及Fe2+ 与Fe3+的转换是教学的一个重点内容。

为了更好的将化学实验生活化，采用了生活中常见的“补铁剂”，并查阅相关资料已得知补铁剂中的铁是以Fe2+形式存在，进行了学生分组实验，来检验“补铁剂中的铁是以Fe2+形式存在”。

提供了以下实验药品及仪器：补铁剂一瓶、双氧水溶液、硫氰化钾溶液、盐酸溶液。试管若干，胶头滴管。

实验原理1

双氧水是一种强氧化剂，能将Fe2+氧化成Fe3+ 。其实验离子方程式是：

2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O

实验原理2

硫氰化钾KSCN是检验Fe3+的灵敏试剂，Fe3+遇硫氰化钾，溶液呈血红色。离子方程式是：

Fe3++3SCN-Fe（SCN）3

根据教师预期实验现象，在学生实验前给出信息卡如下：

信息卡1

补铁剂的主要成分：氯化血红素、富锌蛋白粉、葡萄糖浆、大豆浓缩粉、乳酸、维生素C。

信息卡2

Fe3+易水解，水解方程式为：

Fe3++3H2OFe（OH）3+3H+

根据勒夏特列原理，增加酸的浓度，平衡向左移动，从而Fe3+浓度增大。因此实验室配置FeCl3溶液时，常要将FeCl3溶解在稀盐酸溶液中，防止FeCl3水解。

进行学生实验：

学生活动：

取少量补铁剂于试管中，滴加少量硫氰化钾溶液，观察到没有明显现象。再向试管中滴加少量双氧水溶液，仍然无明显现象。

学生困惑、交流，并向教师提出疑惑，实验并没有预期的实验现象，这是为什么呢？

教师活动：

教师巡视，指导实验。

教师：“使硫氰化钾溶液变红的原理是：

Fe3++SCN-Fe（SCN）3

这是从定性的角度去思考，同时要注意到量变引起质变，所以化学实验不仅仅要定性思考，更应该要定量思考。请学生交流讨论一下，从定量的角度上，可能会有哪些原因导致没有预期实验现象呢？”

设计意图：

利用实验“异常”现象，创设问题情境，引发学生认知冲突，抓住教育时机，积极引导学生不仅仅要从方程式这样一个定性的角度去看待化学实验，更应该从试剂等体系其他原因去定量地认识化学实验。帮助学生构建正确的化学实验观和问题意识。

学生活动：

学生1：“有没有可能是硫氰化钾的量太少了呢？”。于是向刚才反应的试管中又滴加了几滴硫氰化钾溶液，观察到仍然没有明显现象。

教师活动：

教师：“又滴加了几滴硫氰化钾溶液，仍然没有明显现象，请大家注意信息卡中提及硫氰化钾溶液是一个灵敏试剂，说明并不是硫氰化钾溶液的量的问题。转而分析是否是Fe3+的量的问题。请学生再仔细阅读信息卡上的信息，思考一下原因。”

设计意图：

根据实验现象进行进一步推理，抓住教学时机，引导学生关注已知的却被忽略的信息卡上的信息，帮助学生构建信息读取、提取及识别的能力以及观察能力。

学生活动：

学生2：“信息卡1中的主要成分提到了有乳酸和维生素C两种还原剂。而在刚才的实驗中，只向试管中滴加少量的双氧水溶液，有没有可能双氧水的量不够多，双氧水先和乳酸和维生素C两种还原剂反应消耗完了呢？”

于是向刚才反应的试管中又滴加了几滴双氧水溶液，观察到仍然没有明显现象。

学生3：“那就说明补铁剂中铁的存在形式不是Fe2+。”

教师活动：

教师：“以上的猜想都非常好，但是实验的现象告诉我们，既不是硫氰化钾的剂量问题，也不是双氧水的剂量问题。同时我们不能就这样下结论，那么请学生再次阅读资料卡，思考一下，还可能有什么原因导致的呢？”

设计意图：

根据实验现象进行层层推理，抓住教学时机，鼓励学生遇到瓶颈不能轻易放弃，也不能不经思考就妄下结论。引导学生仔细阅读被忽略的信息卡上的信息，帮助学生构建信息读取、提取及识别的能力以及对于问题的分析能力。

学生活动：

学生4：“资料卡上提及了我们没学到的知识，水解。或许是因为Fe3+很容易水解，生成其他物质，导致它的量比较少。根据信息卡说的‘根据勒夏特列原理，增加酸的浓度，平衡向左移动，虽然我看的不是很明白，但是我发现，提供的药品中有盐酸溶液，那么我想往刚才反应的试管中滴加少量盐酸溶液试试看。”

于是向刚才反应的试管中滴加几滴稀盐酸，发现溶液变成红色。

教师活动：

教师：“非常好，这下真相大白了。原理是Fe3+易水解，导致它的量比较少，所以没有预期的实验现象。那么我们根据所提供的信息，向溶液中滴加几滴稀盐酸，就能观察到溶液变红色。虽然信息中涉及到同学们还没有学到的知识，但是老师想告诉大家的是，现在是一个信息爆炸的世界，存在着诸多的未知。所以要根据信息卡的内容进行分析，这就告诉我们搜集信息提取信息的能力很重要，希望你们要学会這项技能。同时，我们化学实验是受到诸多因素影响的，特别是生活中的化学，存在的诸多可能性，不能轻易的下结论。一定要多维度的去思考分析，可能存在的原因有哪些，再去思考，如何设计实验，一一排除呢？”

设计意图：

通过这次分组实验“异常”现象，创设问题情境，抓住教育时机，让学生感受到化学在生活中无处不在，提高学生学习化学的兴趣。同时帮助学生构建定性定量的合理的实验观念，以及设计实验的思路。同时纠正学生错误的认知，不能不进思考探究就轻易下结论。在知识爆炸的生活网络中，观察能力、读取信息、提取信息以及分析运用信息的能力都日益重要。希望学生不要以没学过为借口逃避学习困难，帮助学生构建积极主动学习的能力。从核心素养“变化观念与平衡思想”上升到“证据推理与模型认知”和“科学探究与创新意识”的层面，从而才能上升到“科学精神与社会责任”的严谨求实的科学态度，具有探索未知得到意识。这对于日后的生活以及进入社会都有重要的作用。

三、教学感悟

1.实验“异常”现象往往是利用教学时机的资源

实验“异常”现象十有八九，这是因为中学化学教材中对于实验装置以及药品仅仅是给出了最核心的要点，但是化学实验体系的未知因素太多，影响因素也很多。这就需要教师在化学实验展示之前或者学生实验之前进行预实验，根据实验的现象把握好剂量、温度等其他可能相关的因素。在实验没有达到预期现象时，应积极查阅相关文献，根据上课需要，对实验进行有必要的改进。也可将此实验“异常”现象作为教育时机的有效资源，积极引导启发学生。可以说，实验“异常”现象往往是教育时机的不可或缺的重要资源。但是常有较多教师以“学校资金不足”、“学校设备不足”、“实验的危险性”或者是“实验失败可能性较大”等理由拒绝教师演示实验或者学生实验。让化学实验常常成为“纸上谈兵”，“教师口述”的形式来呈现。在此情形下，学生缺乏了眼、耳、脑多感官结合的形式来感受化学实验的魅力，也缺乏了探究之心。更有甚者认为化学实验的影响是负面的，导致其对于化学学科的理解也是负面的。这导致学生乃至于大众的化学价值上的判断存在很大的误区。

2.提高专业素养，积累教育素材

随着《普通高中化学课程标准》（2017版）的颁步下的课程改革，不仅仅是要求教育工作者做到“知行合一”，将化学教学理念与实际相结合，而且教师同时要教育学生在化学学科的学习也应该做到“知行合一”，将化学学科知识与实际生活相结合。实验“异常”现象对于教师的分析探究能力更高，这就需要教师成为一个学习研究者。所谓“教学相长”，在教育学生的同时，自己也能从中学到不少。当有实验“异常”现象出现时，实事求是的分析结果，一步步引导学生进行探究，深入思考，如何将自己所学的知识运用于实际，用来解决实际的问题情景。引导学生自我纠正不良认知，片面认知、不足与错误等等。这就需要一个学习研究型教师能从自身做起，收集大量资料，从而进行分析验证等。同时教师也应积极积累教育素材。以上都是对于教师的专业素养提出了较大的要求。

（收稿日期：2018-12-15）