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1、一次意外的探究
一、引言
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在傳統(tǒng)的教學(xué)中,完成教學(xué)計(jì)劃、達(dá)成既定教學(xué)目標(biāo)是課堂教學(xué)成功的基本條件。在課堂上出現(xiàn)教學(xué)預(yù)設(shè)之外的問(wèn)題,教師常常用“這個(gè)問(wèn)題課后再單獨(dú)給你講解”、“這個(gè)問(wèn)題超出教學(xué)大綱的要求”、“這個(gè)問(wèn)題到以后再研究”等言語(yǔ)來(lái)搪塞,從而保證按既定計(jì)劃完成教學(xué)任務(wù)。然而,課程改革深入的今天,教師一般不再只為完成某節(jié)課的教學(xué)計(jì)劃而拒絕這類“意外”,而且經(jīng)常有效利用這些“意外”生成教學(xué),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,以突出自主、合作、探究的基本理念。
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學(xué)生在進(jìn)行九年級(jí)(上冊(cè))科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理的結(jié)果不符時(shí)提出的疑問(wèn)而展開(kāi)的一次“意外”的探究活動(dòng)。
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二
2、、探究不拒絕“意外”
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在科學(xué)教學(xué)“探索堿的性質(zhì)”的“活動(dòng)”中描述到:“在2支試管中分別加入3毫升碳酸鈉和氯化鐵,然后滴加氫氧化鈣溶液,有什么變化發(fā)生?”學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn),按要求先在一支別試管中加入3毫升碳酸鈉溶液,另一支試管中加入3毫升氯化鐵溶液,然后滴加幾滴氫氧化鈉溶液,第一支試管中出現(xiàn)了明顯的白色沉淀,第二支試管看不到什么沉淀。
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A學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)向氯化鐵中滴加氫氧化鈣溶液幾乎沒(méi)有任何沉淀生成,然而根據(jù)化學(xué)方程式2FeCl3 + 3Ca(OH)2 ==2Fe(OH)3 ↓+3CaCl2,該反應(yīng)應(yīng)該有紅褐色絮狀沉淀生成。為什么呢?可能是氯化鐵溶液失效或氫氧化鈣溶液失效吧。于是用氫
3、氧化鈉與氯化鐵反應(yīng),有紅褐色絮狀沉淀生成,現(xiàn)象明顯。改用新配制的氫氧化鈣溶液再次實(shí)驗(yàn),沒(méi)有什么變化。那到底是什么原因呢?
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A學(xué)生很迷惑,還與其他同學(xué)探討了這個(gè)問(wèn)題,于是大家反復(fù)實(shí)驗(yàn),仍是大為不解。忽然B同學(xué)說(shuō),有沉淀了。大家圍上去,問(wèn)他是怎么做的。他說(shuō)就這么做的啊,先加入氫氧化鈣溶液,然后滴加氯化鐵溶液啊。A學(xué)生立即按B同學(xué)所說(shuō),重復(fù)了一次,果然有沉淀生成。其他同學(xué)也紛紛進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),也成功了。但為什么現(xiàn)在又行了???大家還以為B同學(xué)有什么“魔法”呢?B同學(xué)自己也不知為什么。
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有位細(xì)心的C同學(xué)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題,大家急問(wèn),C同學(xué)說(shuō),B同學(xué)先加氫氧化鈣溶液再滴氯化鐵溶液,而課本上是先加氯
4、化鐵溶液,再滴加氫氧化鈣溶液,順序不同,這是不是一個(gè)原因呢?大家又回到自己的實(shí)驗(yàn)桌前,驗(yàn)證了C同學(xué)的說(shuō)法,結(jié)果確實(shí)如此,如果先加氫氧化鈣溶液,再加氯化鐵溶液則有紅褐色沉淀生成。
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那么是不是課本有問(wèn)題呢?同樣是這兩種物質(zhì)反應(yīng),其加入的先后順序會(huì)不會(huì)真有影響呢?原因何在呢?這時(shí)大家?guī)е鴨?wèn)題圍了上來(lái),帶著渴求的目光,希望馬上解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)。此時(shí),我并沒(méi)有告知為什么,想了想說(shuō):“先后順序是否有不同?氯化鐵溶液與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)呢?還有其他例子嗎?還是請(qǐng)大家先回去查查資料,再思考思考,討論討論,會(huì)明白其中的道理的。而且你們探討的問(wèn)題很有意義,很值得學(xué)習(xí),通過(guò)仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,遇到意料之外的問(wèn)題,
5、敢問(wèn)為什么?!?
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同學(xué)們又忙開(kāi)了,有的馬上要求做氯化鐵溶液與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)的實(shí)驗(yàn),有的在思考,也有的成群結(jié)隊(duì)地討論……
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這簡(jiǎn)直不像課堂。但這種表面的亂轟轟與無(wú)序之中,大家自覺(jué)地為解決同一個(gè)問(wèn)題而努力著,這是最高狀態(tài)的有序性。這堂課就在大家?guī)е鴽](méi)有解決的問(wèn)題結(jié)束了,也沒(méi)有完成既定的教學(xué)目標(biāo),這是一堂好課嗎?
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但大家似乎都有了一個(gè)牽掛,帶著牽掛去思考,去查資料,去請(qǐng)教專家,看起來(lái)這堂課并沒(méi)有結(jié)束,而是延伸到了課外,延伸到了生活。雖然問(wèn)題并沒(méi)有解決,但沒(méi)有學(xué)生會(huì)因此而感到痛苦,反而因此而感到欣慰和充實(shí)。
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第二天,很多同學(xué)提交了要求驗(yàn)證自己想法的實(shí)驗(yàn)申請(qǐng),大致有如下幾
6、類:
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一是認(rèn)為氫氧化鈣本來(lái)就微溶于水,其水溶液很稀,氫氧化鈣溶液與硫酸銅溶液、氯化鐵溶液、碳酸鈉溶液、氯化亞鐵溶液、氯化銅溶液、硫酸鎂溶液等反應(yīng)都有類似的現(xiàn)象。把很稀的溶液滴入較濃溶液時(shí),沉淀現(xiàn)象不明顯,反過(guò)來(lái)沉淀現(xiàn)象明顯。他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其猜想是正確的,驗(yàn)證了其想法。
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二是認(rèn)為這不僅是氫氧化鈣溶液與其他溶液反應(yīng)特有現(xiàn)象,凡是有沉淀生成的現(xiàn)象,如果出現(xiàn)一種溶液很稀,而另一種溶液濃度高得多的情況,都會(huì)出現(xiàn)這種情況。于是設(shè)計(jì)了稀釋10倍后的硝酸銀溶液與稀鹽酸反應(yīng),稀釋10倍后的稀鹽酸與硝酸銀溶液反應(yīng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。除此之外,還以同樣方法驗(yàn)證了稀硫酸與氯化鋇溶液反應(yīng)、氯化鐵溶液與氫氧化鈉
7、溶液反應(yīng)等實(shí)例。通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn),在適當(dāng)濃度情況,其想法也得到了驗(yàn)證。
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三是認(rèn)為可能是顏色影響了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,如果原溶液均為無(wú)色,則這種情況不存在。為此,設(shè)計(jì)了氫氧化鈣溶液與硫酸銅溶液、氯化銅溶液、氯化鐵溶液、碳酸鈉溶液、氯化鎂溶液反應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,無(wú)色溶液加入有色溶液中時(shí)現(xiàn)象確實(shí)不夠明顯,反之現(xiàn)象較為明顯。后來(lái)有同學(xué)提出異議,氫氧化鈣溶液與碳酸鈉溶液反應(yīng)時(shí),兩種溶液均無(wú)色,但加入順序不同其現(xiàn)象也有較大差別。為此增加對(duì)照組,用正常濃度的氫氧化鈉溶液與硫酸銅溶液、氯化銅溶液、氯化鐵溶液反應(yīng),結(jié)果顯示,加入溶液的順序幾乎不影響沉淀現(xiàn)象。因此,對(duì)于原溶液顏色影響現(xiàn)象的假設(shè)不能成立。
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8、
通過(guò)這一系列實(shí)驗(yàn)后,同學(xué)們進(jìn)行了交流,認(rèn)為一種很稀的溶液與一種較濃溶液反應(yīng)生成沉淀時(shí),加入溶液的順序影響了沉淀現(xiàn)象:在濃溶液中滴入稀溶液時(shí)沉淀現(xiàn)象不明顯;在稀溶液中滴入濃溶液時(shí)實(shí)驗(yàn)沉淀現(xiàn)象明顯。那又是為什么呢?同學(xué)們進(jìn)入了理論解釋階段。
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有同學(xué)從輸血得到了啟示。人類ABO血型系統(tǒng)中,紅細(xì)胞中具A、B兩種凝集原,而血清中有抗A、抗B凝集素。當(dāng)含A凝集原的紅細(xì)胞遇到含抗A凝集素的血清時(shí),紅細(xì)胞發(fā)生凝集現(xiàn)象。因此,以輸同型血為基本原則,異型血之間輸血也是在一定血型間進(jìn)行的,而且需要交叉配血試驗(yàn),輸血速度也要變慢。如O型血可以輸給A、B、AB、O型,A、B、AB、O型均可以輸給AB型。如圖所
9、示,相對(duì)來(lái)說(shuō),凝集原集中在紅細(xì)胞中,故濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于血清中的凝集素。以把O型血輸給A型血的人,O型血液的血清中的抗A凝集素能使A型血液中的紅細(xì)胞凝集,但由于血液緩慢地輸入時(shí),血清抗A凝集素得到了稀釋,難以使紅細(xì)胞凝集或只是極少量被凝集。反之,帶A凝集原的紅細(xì)胞進(jìn)入含抗A凝集素的血清中,而紅細(xì)胞中的凝集原沒(méi)有被稀釋,故進(jìn)入的紅細(xì)胞被大量凝集出現(xiàn)了明顯的凝血現(xiàn)象。
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同學(xué)們經(jīng)過(guò)討論和老師的交流,初步建立模型,稱之為“沉淀積聚模型”。如圖所示,A為濃溶液,B為稀溶液,兩者能反應(yīng),并有難溶物生成。在濃溶液中加入稀溶液(假設(shè)數(shù)量為4),生成了難溶物較少(假設(shè)數(shù)量也為4),并且比較分散,肉眼可能很難
10、看到沉淀生成;而在稀溶液中加入相同體積的濃溶液(假設(shè)相同體積的數(shù)量為14),則生成的難溶物較多(可認(rèn)為數(shù)量也為14)。由此可見(jiàn),向濃溶液中加入一定體積的稀溶液一般生成難溶物少,又比較分散,看到沉淀現(xiàn)象不明顯;而向稀溶液中加入相同體積的濃溶液,則生成的難溶液物較多,較集中的機(jī)會(huì)更多,可以看到明顯的沉淀現(xiàn)象。
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到目前為此,得到了滿意的答案,通過(guò)一個(gè)課本的設(shè)計(jì)失誤,經(jīng)過(guò)主動(dòng)的思考與探究,得到了結(jié)果。如果學(xué)生在活動(dòng)中沒(méi)有對(duì)不明顯的現(xiàn)象提出疑問(wèn);如果只是把這種反?,F(xiàn)象歸為試劑有問(wèn)題,而不去求證;如果學(xué)生的提問(wèn),老師只是敷衍一下或是很快給予正確的解釋,那么就沒(méi)有這樣牽動(dòng)全
11、班同學(xué)的心的令人興奮的探索過(guò)程。這個(gè)過(guò)程中,幾乎每位同學(xué)都在參與,每位同學(xué)都在思考,包括那些基礎(chǔ)較差,幾乎沒(méi)有興趣學(xué)科學(xué)的同學(xué)也在積極的參與。
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三?反思
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通過(guò)一次“意外”的探究,學(xué)生在其現(xiàn)有認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,通過(guò)實(shí)驗(yàn)、討論、合作、對(duì)比建立了一個(gè)能解釋所探究問(wèn)題的模型。這個(gè)模型能很好地解決提出問(wèn)題,而且完全超出教學(xué)目標(biāo),也完全超出了教師的想象。實(shí)際上,學(xué)生不知不覺(jué)地參與了真正主動(dòng)的學(xué)習(xí)與探索活動(dòng),而這個(gè)活動(dòng)的展開(kāi)體現(xiàn)了自主、合作、探究的新課程改革理念。
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這可能還不是一個(gè)完美的答案。根據(jù)輸血過(guò)程中的現(xiàn)象,是不是紅細(xì)胞相當(dāng)于凝集的核,而血清中的凝集素相當(dāng)于促進(jìn)核凝集的條件呢?如果
12、是這樣的話,還可以繼續(xù)深入研究,氯化鐵溶液中發(fā)生的水解,F(xiàn)eCl3 + 3H2O === Fe(OH)3?+ 3H+ + 3Cl–。如果把氫氧化鐵看成核的話,氫氧化鈣溶液中電離出的氫氧根離子中和了溶液中的氫離子,使得平衡向右移,生成氫氧化鐵逐漸增多。當(dāng)向氯化鐵溶液中加入氫氧化鈣溶液,由于氫氧化鈣溶液很稀,故中和的氫離子較少,生成的氫氧化鐵也就較少了,不能看到明顯的沉淀現(xiàn)象。反之,沉淀現(xiàn)象明顯。那么要證明這種解釋是對(duì)還是錯(cuò),又如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)??也許還可以把這個(gè)問(wèn)題帶到高中去,通過(guò)高中化學(xué)的學(xué)習(xí)再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)完成更合理的解釋。
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在科學(xué)課堂教學(xué)中,學(xué)生在不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、敢于提出問(wèn)題并解決問(wèn)題的過(guò)程提高科學(xué)素養(yǎng)。讓學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)課堂,又帶著新的問(wèn)題走出課堂,這樣的課堂和課堂“意外”也正體現(xiàn)了新課程的基本理念,這樣“意外”我們不歡迎嗎?
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參考文獻(xiàn)
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[1]?同濟(jì)大學(xué)普通化學(xué)及無(wú)機(jī)化學(xué)教研室編. 普通化學(xué). 高等教育出版社, 2020.
[2]鄭豪,方文軍主編. 新編普通化學(xué)實(shí)驗(yàn). 科學(xué)出版社, 2020.