在科學發展史中,帶有機遇性的科學發現的事例是不勝枚舉的。意外的發現常成為新的科學理論的起點,具有十分重要的科學價值,如倫琴發現X射線,貝克勒爾發現鈾的放射性,都帶有機遇的性質。
化學教學中的實驗有時也會出現不是實驗目的所期望的一些實驗事實。如用鋅粒與稀硫酸反應製取氫氣,有時會嗅到“氫氣帶有刺激氣味”,“鋅粒表麵由銀白色變成了黑色”這樣一些實驗事實。對那些善於細心觀察和喜歡思考的學生,他們不但能觀察到這些實驗事實,而且還會提出:“氫氣是無色、無味、無嗅的氣體,這種刺激氣味是哪裏來的?”,“鋅粒表麵為什麼變成了黑色?這為什麼?”等等問題。遇到這種情況應該采取的處理方法有:首先,要有實事求是的科學態度,對意外實驗事實給以承認。其次,要引導學生從實驗要素方麵去找原因,即實驗者在實驗操作上是否有失誤,實驗條件的控製是否不當;化學藥品的純度如何,含有什麼雜質,雜質對實驗結果有什麼影響,試劑的用量以及溶液濃度是否合適;實驗儀器的精密等等方麵去分析。再次,對意外事實要進行分析,如果它跟實驗目的的完成有較密切的關係,對它的解釋又是學生所能接受的,就要給以簡單的說明。
化學教學中的實驗與理論思維相結合
實驗與理論思維相結合是科學方法論中的基本方法之一,科學家在科學研究中經常應用,學生在學習化學的過程中,學習一種物質的性質,往往也要用到化學實驗,研究一些化學現象和化學反應,又要用到化學理論,這就意味著學生的學習同科學家的科學研究一樣,有一個從化學現象研究其本質,由化學理論解釋化學現象的思維過程,這就要求我們在化學教學中將實驗與理論思維相結合進行教學。將化學實驗與化學理論相結合進行教學,可以培養學生的思維能力,觀察能力;還可增強學生的學習興趣,培養學生嚴謹的科學態度和分析問題、解決問題的能力。四川省廣漢市教研室李旭東老師分別從以下四個方麵分析總結了在化學教學中將實驗與理論思維相結合進行教學的做法:
用已知理論來分析、解釋實驗現象和實驗結果在教學過程中,不論是教師做完一個演示實驗還是學生完成一個學生實驗,隻要學生學過能解釋這個實驗現象和結果的理論,教師就應引導學生分析、思考,用所學的理論來解釋實驗現象和結果。
教學過程設計為:實驗→提問→思考→解答→論證→歸納。
教學過程首先由教師做演示實驗或學生自己動手做實驗,然後教師提出問題,讓學生通過思考,通過分析、推理、探究;教師再讓學生解答,可抽較多的學生發表意見,再讓學生論證前麵的同學解答正確與否,最後教師歸納。
例如在進行高中《化學》上冊《鹵素》一章關於氯、溴、碘化學活潑性的比較實驗:實驗把少量的氯水分別注入溴化鈉溶液和碘化鈉溶液中,把少量的溴水注入碘化鉀溶液中。教師做完這兩個演示實驗後,向學生提出問題:這兩個實驗現象和實驗結果各是什麼?你能否用所學理論來解釋之,請同學們分析、思考後來解釋實驗現象和結果。學生通過觀察實驗現象和實驗結果,已具備一定的學習興趣和學習積極性,經教師提出這個問題,更激發了他們的探究心理、他們會躍躍欲試、積極分析、思考、推理。
經過學生的嚐試,他們會用諸如原子結構理論、氧化還原理論來解釋實驗現象與結果,他們之中也會有學生用錯了理論或所闡述的觀點不正確,教師這時不要責怪他們,也不要輕易讚同某個學生的觀點,讓學生來論證、評論哪種理論正確地解釋了這個實驗,哪些理論不能正確解釋這個實驗,最後誰是誰非由教師歸納小結,對那些未能正確或準確地解釋這個實驗的同學鼓勵他們下次爭取正確、圓滿地解釋。
有些實驗現象與結果還要綜合應用幾種理論才能解釋。例如高中《電解質溶液》“電解與電鍍”實驗,電解CuCl2溶液,就要用到電離理論:氯化銅在水裏電離生成Cu2+、Cl-,水本身電離出H+、OH-,通電前,Cu2+、Cl-、H+、OH-在水裏自由移動,通電後,在電場的作用下,根據正負電荷在電場作用下定向移動的原理,推知Cu2+、H+移向陰極,Cl-、OH-移向陽極,在兩極上的反應,又要用到氧化還原理論,比較Cu2+、H+得電子的能力,Cl-、OH-失電子的能力。所以在分析、解釋較複雜的化學實驗時,要讓學生全麵思考,綜合應用所學的各種理論分析、判斷、推理,才能解決問題。
用已知理論來預測實驗現象和結果在教學過程中,教師在做一個演示實驗或學生自己在做一個實驗前,教師提出問題,同學們能否用已經學過的理論來分析、判斷、預測這個實驗的現象和結果,並讓學生之間開展討論,教師對各種預測結論不作正確與否的判斷,讓實驗結果來說明。這樣,學生一般都很認真地觀察教師的演示實驗或自己所做的實驗現象與結果,並與自己所作的預測相對比,學生處於一種積極地思維狀態。當實驗現象和結果與自己所預測的一致時,學生是非常欣喜的,當實驗現象與結果與自己所預測的不一致時,他們會重新分析、思考,找自己預測結果錯誤的原因。