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在化学实验教学中,实验结果的“不配合”是教师经常遇到的问题。多数教师的处理方法是让实验“迁就”理论结论。通过实验,教师们都渴望达到预期的实验现象,但是由于种种原因,实验结果并非都能如愿。教师为了坚持不犯科学知识性的错误,会想尽办法,使实验结果与预期结果相一致,会尽量地把实验归结为意外或误差等,有的甚至出现了造假现象。虽然有的教师坚持了不犯科学性知识错误,但却犯了另一类更为严重的科学性错误——科学精神的遗失甚至歪曲。面对这种情况,作为化学教师,我们应该做些什么呢?
近日,我们在苏教版《实验化学》专题五《电化学的问题研究》教学过程中,就遭遇了尴尬的局面,教师们不知如何是好……
实验1:制作燃烧电池(实验内容略)
按教材第(2)步设计实验,从理论上分析,两碳棒上产生的氢气与氧气体积比应为2:1,但实验出现了“反常”现象:与电源正极相连的阳极产生的气泡比阴极产生的要多得多,即氧气逸出更为明显,有些学生在阴极上甚至根本看不到有氢气的产生。为何会出现这样的现象呢?
1991年,日本科学家饭岛澄男博士和他的同事在做“碳棒电弧合成C60”的实验时,饭岛澄男博士首次通过实验在阴极产生的沉积物中得到了纳米碳管。石墨具有层状结构,如同由原子组成的“纸”一层一层堆叠而成。如果将这原子“纸”(一层或几层)卷成圆管形状,这就是“纳米”碳管。在纳米这种数量级下,物质的性质将具有量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,一方面表现为超强的吸附力,可以将其存储能力提高1000倍;另一方面也具有很强的催化作用。因此,我们认为,多孔性碳棒可能具有与纳米碳管相似的性质,具有较好的吸附氢气的功能,而相对来说,对氧气的吸附功能较差,使其更易逸出。
实验2:电化学腐蚀(实验内容略)
我们在析氢腐蚀实验中,同样遇到了这样的问题,按照教材的意图,实验的现象应该是,绕有几圈光亮的细铜线的铁钉产生的气泡多,加入K3〔Fe(CN)6〕溶液后,在铁钉周围先出现蓝色沉淀,但事实并非如此。在实验中,我们发现,气泡产生多少无法区分,两者几乎同时观察到蓝色,且短时间内看不见蓝色沉淀。
根据上述实验的反常现象,我们认为将铁钉先置于试管中,在加盐酸时,铁钉已与盐酸反应,且产生较多的Fe2 ,另外由于购买的铁钉非分析纯试剂,含较多的碳等杂质,其本身也构成了原电池反应速率较快。于是我们对实验进行了改进,首先将盐酸先倒入两试管,并滴入两滴K3〔Fe(CN)6〕,再同时斜滑入两枚铁钉。结果我们发现铁钉与试液接触的瞬间,可比较出蓝色出现的快慢,且可观察到绕有几圈光亮的细铜线的铁钉周围有较多气泡和蓝色沉淀出现。
但是否实验结果与预期相一致就一定很好呢?
我们在执教苏教版高中化学新课程化学Ⅱ专题2第一单元“化学反应速率与反应限度”时,一个“铜与硝酸银溶液反应程度”的探究实验,让我们有了更深的思考。
教材对这个实验的现象和结论没有作具体的说明,是为教师开展创造性的教学提供更大的发挥空间,但很多教师都认为,按照教材的内容设计,其意图是要说明“铜与硝酸银溶液反应是有限度的,是一个可逆反应”这样一个结论,于是教师们根据课本的要求进行实验,结果真的产生了预期的现象。于是,教师胸有成竹地告诉学生:“铜与硝酸银溶液反应是有限度的,是一个可逆反应”。讲到这里,教师们会非常得意,因为实验现象正好符合自己的教学意图。但他们想过没有,这个实验现象的背后有没有需要值得反思的问题?
这个实验的反应速率如何?如果反应速率较慢,你有没有足够的时间让它去充分地反应?在《化学教育》2007年第4期上发表了陈汉友老师的题为《铜与硝酸银溶液反应程度的探究》的文章,文中通过一系列的实验和理论根据得出了“许多师生都是由于反应时间不足,根据生成‘淡黄色沉淀’溴化银而错误地认为此反应为可逆反应”的结论,恰恰说明了这个实验的反应速率较慢,要使其充分地反应需要一定的时间,而许多教师之所以会得意地得出如此的结论,是因为没有充分地考虑反应时间的问题。笔者也曾按照陈老师的实验进行了尝试,结果观察到了相同的现象:
值得与陈老师商榷的是,通过此实验和理论依据陈老师最终得出了“Cu 2Ag ==Cu2 2Ag是可逆反应欠缺科学依据”的结论,我们认为此结论有失偏颇。
如果按照陈老师的说法,如果20分钟或30分钟后,如果加入试剂仍能观察到沉淀现象的话,是否一定是可逆反应呢?我们试着按照陈老师的思路,进行20分钟后,改为加入碘化钾溶液,结果有黄色沉淀产生。这是否能说明该反应为可逆反应呢?同一个反应在一定条件下,它的反应限度是相同的,但能否随所加的试剂不同而改变呢?我们也认为,这个实验作为“活动与探究”的实验,需要花较长的时间,教学指导意见中只有1课时的要求,能否顺利完成的确值得探讨。
这些实验现象的背后的确给我们很多的启示:
1.传授知识是重要的,但更为隐性的科学精神的传递同样重要。我们要跳出只是计较教师所讲的知识结论是对还是错的圈子,而是要在意当学生日后将知识忘掉之后所剩下的东西,我们传递给学生的是科学的思维方式,是在强势的结论与事实发生冲突时应该保持的科学态度,这才是至关重要的。
2.要明确化学实验的条件、反应试剂的纯度、浓度、种类、酸碱度等因素都会影响实验的现象。教师在面对实验事实与理论不相符时,应作出理性的分析,不能简单地归为意外结果或实验误差,更不能随意地实验,一旦得到了预期结果,马上“见好就收”,以免“节外生枝”。这样的处理方式,是教师不负责的表现。
高中化学新课改已经走过了几年,但面对课程中出现的一些新的问题,我们应慎重地对待与深入地思考,特别是《实验化学》开课以来,由于中学实验室的设施、仪器、药品配备不足,药品质量等问题,使得实验的现象偏离了教材描述的完美轨道,出现了诸多的“不确定性”,学生难以用已有原理做出合理解释。好在师师、师生、生生之间的相互交流和钻研,让我们感受到在实验研究过程中每个细节带给我们的欢乐和冲动,使我们真正认识到了教学研究的魅力所在,真正体会到了教学研究的永无止境,也更加坚定了我们以无比的热情投身于中学化学教育事业的决心。■
(作者单位:浙江衢州第二中学)
近日,我们在苏教版《实验化学》专题五《电化学的问题研究》教学过程中,就遭遇了尴尬的局面,教师们不知如何是好……
实验1:制作燃烧电池(实验内容略)
按教材第(2)步设计实验,从理论上分析,两碳棒上产生的氢气与氧气体积比应为2:1,但实验出现了“反常”现象:与电源正极相连的阳极产生的气泡比阴极产生的要多得多,即氧气逸出更为明显,有些学生在阴极上甚至根本看不到有氢气的产生。为何会出现这样的现象呢?
1991年,日本科学家饭岛澄男博士和他的同事在做“碳棒电弧合成C60”的实验时,饭岛澄男博士首次通过实验在阴极产生的沉积物中得到了纳米碳管。石墨具有层状结构,如同由原子组成的“纸”一层一层堆叠而成。如果将这原子“纸”(一层或几层)卷成圆管形状,这就是“纳米”碳管。在纳米这种数量级下,物质的性质将具有量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,一方面表现为超强的吸附力,可以将其存储能力提高1000倍;另一方面也具有很强的催化作用。因此,我们认为,多孔性碳棒可能具有与纳米碳管相似的性质,具有较好的吸附氢气的功能,而相对来说,对氧气的吸附功能较差,使其更易逸出。
实验2:电化学腐蚀(实验内容略)
我们在析氢腐蚀实验中,同样遇到了这样的问题,按照教材的意图,实验的现象应该是,绕有几圈光亮的细铜线的铁钉产生的气泡多,加入K3〔Fe(CN)6〕溶液后,在铁钉周围先出现蓝色沉淀,但事实并非如此。在实验中,我们发现,气泡产生多少无法区分,两者几乎同时观察到蓝色,且短时间内看不见蓝色沉淀。
根据上述实验的反常现象,我们认为将铁钉先置于试管中,在加盐酸时,铁钉已与盐酸反应,且产生较多的Fe2 ,另外由于购买的铁钉非分析纯试剂,含较多的碳等杂质,其本身也构成了原电池反应速率较快。于是我们对实验进行了改进,首先将盐酸先倒入两试管,并滴入两滴K3〔Fe(CN)6〕,再同时斜滑入两枚铁钉。结果我们发现铁钉与试液接触的瞬间,可比较出蓝色出现的快慢,且可观察到绕有几圈光亮的细铜线的铁钉周围有较多气泡和蓝色沉淀出现。
但是否实验结果与预期相一致就一定很好呢?
我们在执教苏教版高中化学新课程化学Ⅱ专题2第一单元“化学反应速率与反应限度”时,一个“铜与硝酸银溶液反应程度”的探究实验,让我们有了更深的思考。
教材对这个实验的现象和结论没有作具体的说明,是为教师开展创造性的教学提供更大的发挥空间,但很多教师都认为,按照教材的内容设计,其意图是要说明“铜与硝酸银溶液反应是有限度的,是一个可逆反应”这样一个结论,于是教师们根据课本的要求进行实验,结果真的产生了预期的现象。于是,教师胸有成竹地告诉学生:“铜与硝酸银溶液反应是有限度的,是一个可逆反应”。讲到这里,教师们会非常得意,因为实验现象正好符合自己的教学意图。但他们想过没有,这个实验现象的背后有没有需要值得反思的问题?
这个实验的反应速率如何?如果反应速率较慢,你有没有足够的时间让它去充分地反应?在《化学教育》2007年第4期上发表了陈汉友老师的题为《铜与硝酸银溶液反应程度的探究》的文章,文中通过一系列的实验和理论根据得出了“许多师生都是由于反应时间不足,根据生成‘淡黄色沉淀’溴化银而错误地认为此反应为可逆反应”的结论,恰恰说明了这个实验的反应速率较慢,要使其充分地反应需要一定的时间,而许多教师之所以会得意地得出如此的结论,是因为没有充分地考虑反应时间的问题。笔者也曾按照陈老师的实验进行了尝试,结果观察到了相同的现象:
值得与陈老师商榷的是,通过此实验和理论依据陈老师最终得出了“Cu 2Ag ==Cu2 2Ag是可逆反应欠缺科学依据”的结论,我们认为此结论有失偏颇。
如果按照陈老师的说法,如果20分钟或30分钟后,如果加入试剂仍能观察到沉淀现象的话,是否一定是可逆反应呢?我们试着按照陈老师的思路,进行20分钟后,改为加入碘化钾溶液,结果有黄色沉淀产生。这是否能说明该反应为可逆反应呢?同一个反应在一定条件下,它的反应限度是相同的,但能否随所加的试剂不同而改变呢?我们也认为,这个实验作为“活动与探究”的实验,需要花较长的时间,教学指导意见中只有1课时的要求,能否顺利完成的确值得探讨。
这些实验现象的背后的确给我们很多的启示:
1.传授知识是重要的,但更为隐性的科学精神的传递同样重要。我们要跳出只是计较教师所讲的知识结论是对还是错的圈子,而是要在意当学生日后将知识忘掉之后所剩下的东西,我们传递给学生的是科学的思维方式,是在强势的结论与事实发生冲突时应该保持的科学态度,这才是至关重要的。
2.要明确化学实验的条件、反应试剂的纯度、浓度、种类、酸碱度等因素都会影响实验的现象。教师在面对实验事实与理论不相符时,应作出理性的分析,不能简单地归为意外结果或实验误差,更不能随意地实验,一旦得到了预期结果,马上“见好就收”,以免“节外生枝”。这样的处理方式,是教师不负责的表现。
高中化学新课改已经走过了几年,但面对课程中出现的一些新的问题,我们应慎重地对待与深入地思考,特别是《实验化学》开课以来,由于中学实验室的设施、仪器、药品配备不足,药品质量等问题,使得实验的现象偏离了教材描述的完美轨道,出现了诸多的“不确定性”,学生难以用已有原理做出合理解释。好在师师、师生、生生之间的相互交流和钻研,让我们感受到在实验研究过程中每个细节带给我们的欢乐和冲动,使我们真正认识到了教学研究的魅力所在,真正体会到了教学研究的永无止境,也更加坚定了我们以无比的热情投身于中学化学教育事业的决心。■
(作者单位:浙江衢州第二中学)