例談對比實驗在化學教學中的應(yīng)用

王成秩

對比是科學研究中常用的基本方法也是一種行之有效的認知策略，化學中的對比是指在不同化學事物之間確定差異點和共同點的一種邏輯方法。對比可有不同的形式，而實驗是最直觀、最有效的形式之一。對比實驗又稱為對照實驗，指的是除了一個可變因素外，其他因素都保持不變的實驗。合理的使用對比實驗可以幫助學生形成對比記憶掌握物質(zhì)的性質(zhì)、變化規(guī)律，可以啟發(fā)學生思維，深入理解掌握概念原理，認識結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，在促進學生認識發(fā)展的同時，形成科學的研究方法，提高科學素養(yǎng)。下面結(jié)合教學中的案例談?wù)剛€人的做法和體會。

一、利用對比實驗，幫助學生掌握元素化合物的性質(zhì)。

元素化合物知識點多而且零散，學生容易遺忘，現(xiàn)代認知理論認為形象記憶和對比記憶都有利于學生掌握知識，減輕因機械記憶而造成的負擔。因此在教學過程中多設(shè)置對比實驗是幫助學生掌握物質(zhì)性質(zhì)的有效方法。根據(jù)元素化合物知識的特點，我們可以采用對比同一條件下不同物質(zhì)的變化和同一物質(zhì)在不同條件下的變化兩種主要方式。

1.對比同一條件下不同物質(zhì)的變化，掌握不同物質(zhì)的性質(zhì)

【案例1】碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)比較（熱穩(wěn)定性、與酸反應(yīng)）

實驗Ⅰ.如圖1所示，將碳酸鈉和碳酸氫鈉分別置于外管和內(nèi)管中，加熱，觀察石灰水變化的情況。

實驗Ⅱ.如圖2所示，分別將等質(zhì)量（1 g）的碳酸鈉和碳酸氫鈉固體，同時加入等物質(zhì)的量濃度、等體積（2 mol·L-1、10 mL）鹽酸溶液，觀察氣球變化的情況。

這兩個對比實驗操作簡單，現(xiàn)象對比明顯，學生通過在同一條件下觀察不同物質(zhì)的變化的現(xiàn)象很快就能掌握了兩者的差異性，同時該過程產(chǎn)生的形象記憶和對比記憶能較好儲存在學生的記憶中，獲得良好的教學效果。

通過對比同一條件下不同物質(zhì)的變化，還可以幫助學生認識物質(zhì)變化的規(guī)律。例如對比鈉、鎂、鋁與水的反應(yīng)認識同一周期元素金屬性的遞變；又如對比不同金屬在同一鹽溶液中的反應(yīng)，可以認識金屬的活動性順序。

2.對比同一物質(zhì)在不同條件下的變化，了解影響物質(zhì)化學性質(zhì)的因素

【案例2】Fe2+的化學性質(zhì)

通過圖3所示實驗可以觀察到實驗Ⅰ沉淀由白色變?yōu)榛揖G色最后變?yōu)榧t褐色，而實驗Ⅱ白色沉淀基本沒有變化。這樣的對比利于啟發(fā)學生思維充分認識氧氣與Fe2+之間的性質(zhì)關(guān)系。對比同一物質(zhì)或同一反應(yīng)在不同條件下的變化，也可以用于幫助學生全面認識影響反應(yīng)速率的因素，影響平衡移動的因素等等。

二、利用對比實驗，幫助學生突破概念原理知識中的疑點、難點

概念原理的的知識內(nèi)容比較抽象，學生較難理解。建構(gòu)主義理論認為這部分內(nèi)容的教學關(guān)鍵要了解學生已有的概念與科學概念之間的差異，然后讓學生在一定情景中的主動建構(gòu)，來改造、重組或順應(yīng)原有的認知結(jié)構(gòu)來掌握學習內(nèi)容，從而達成對新知識的意義建構(gòu)。因此在教學中利用已有的概念與科學概念之間的差異來設(shè)置對比實驗，通過對比實驗產(chǎn)生不同現(xiàn)象，引導學生探究發(fā)生這些現(xiàn)象的本質(zhì)，可以幫助學生深化對概念原理的理解、促進認識的發(fā)展，突破知識中的疑點、難點。

1.對比相似實驗，深化對概念的認識

【案例3】離子反應(yīng)

學生在初學離子反應(yīng)的時候都存在這樣的認識差異：兩種物質(zhì)在水溶液中發(fā)生化學反應(yīng)，那么這兩種物質(zhì)產(chǎn)生的所有離子就發(fā)生了離子反應(yīng)。根據(jù)這一認識我們可以設(shè)計這樣的相似實驗進行對比。

實驗Ⅰ.向裝有5 mL 0.01 mol·L-1 Ba（OH）2的燒杯中滴入幾滴酚酞，然后向燒杯中不斷加入0.1 mol·L-1的稀硫酸溶液，同時進行導電性實驗。觀察燒杯中現(xiàn)象的變化，以及燈泡的變化情況。

實驗Ⅱ.向裝有5 mL 0.01 mol·L-1 Ba（OH）2的燒杯中滴入幾滴酚酞，然后向燒杯中不斷加入0.1 mol·L-1的Na2SO4溶液，同時進行導電性實驗。觀察燒杯中現(xiàn)象的變化，以及燈泡的變化情況。

通過燒杯中沉淀的生成、酚酞是否褪色，燈泡是否變暗這一不同現(xiàn)象，學生就能通過分析發(fā)現(xiàn)Ba2+和SO2-4、OH-與H+相互之間能發(fā)生反應(yīng)而Na+與OH-不反應(yīng)，認識到了不是所有的離子都能發(fā)生反應(yīng)，同時也為認識離子反應(yīng)的條件奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2.對比操作順序，突破原理中的難點

在沉淀溶解平衡的教學中，沉淀的轉(zhuǎn)化是學生學習的一個難點。通過設(shè)計對比實驗也可以較好的解決這一問題。

【案例4】沉淀的轉(zhuǎn)化（如圖4、圖5）

通過對比實驗Ⅰ和實驗Ⅱ，學生很容易獲得結(jié)論：溶解能力相對較強的物質(zhì)易轉(zhuǎn)化為溶解能力相對較弱的物質(zhì)，而相反則較難。同時也幫助學生認識了兩種鹽之間的反應(yīng)，兩種鹽不一定都可溶。

三、利用對比實驗，幫助學生認識有機物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系

有機物化學知識龐雜，物質(zhì)種類繁多，學生不易掌握，如果能利用好“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反應(yīng)結(jié)構(gòu)”的重要線索就能較好達到教學目標。因此，我們可以通過引導學生對比實驗事實，促進對不同結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間關(guān)系的認識。當學生理解掌握了這一關(guān)系之后就能較好的通過結(jié)構(gòu)來認識物質(zhì)的性質(zhì)。

1.利用對比實驗，推測物質(zhì)的結(jié)構(gòu)

很多有機物分子的組成具有一定的相似性，但它們的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)卻存在很大的差異性。利用這種差異性來設(shè)置對比實驗幫助學生認識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)往往也能獲得很好的效果。例如在學習苯的分子結(jié)構(gòu)時，可以利用乙烯和苯均存在氫原子不飽和這一相似特點來設(shè)置對比實驗推測苯分子的結(jié)構(gòu)。

【案例5】苯的分子結(jié)構(gòu)

實驗Ⅰ.往裝有乙烯氣體的集氣瓶中，加入適量的酸性高錳酸鉀溶液，振蕩。

實驗Ⅱ. 往裝有苯的廣口瓶中，加入適量的酸性高錳酸鉀溶液，振蕩。

根據(jù)高錳酸鉀不同的褪色現(xiàn)象，學生很容易就得出結(jié)論。在有機化學的教學中，我們可以較廣泛的將對比實驗應(yīng)用于指導學生認識互為同分異構(gòu)體的不同物質(zhì)之間的性質(zhì)區(qū)別。

2.利用對比實驗，幫助學生認識基團之間的相互影響

不同的原子團之間存在相互影響、相互作用是學生在有機學習中容易忽視的觀點，雖然這一觀點在高中有機化學的學習中要求不高，但對學生今后繼續(xù)學習有機化學是相當重要的。在教學中通過設(shè)置對比實驗可以順利達成這一目的。

【案例6】基團間的相互影響

取3支試管，向一支試管中加入少量的無水乙醇，另一只試管加入少量的苯酚，最后一支加入水，將他們置于50℃的熱水中，待苯酚熔化后。分別加入綠豆粒般大的金屬鈉。觀察實驗現(xiàn)象。

根據(jù)三種物質(zhì)與鈉反應(yīng)的劇烈程度存在較大差異，就可以充分的讓學生明白有機物分子中基團的相互影響、相互制約。

通過以上案例的分析可以認識到對比實驗是一種有效的教學方法，但在運用對比實驗的同時也應(yīng)該注意下列問題。

1.運用對比實驗時應(yīng)該引導學生確定比較的對象和內(nèi)容，確定比較的方法、分解比較的參照因子，最后得出結(jié)論。

2.應(yīng)該盡可能地聯(lián)系所學習的概念、原理知識，揭示現(xiàn)象的實質(zhì)，這樣才能幫助學生深化理解、鞏固掌握所學知識。

3.應(yīng)該注意以問題為驅(qū)動才能促進學生形成科學的思維品質(zhì)。

4.對比實驗不僅是一種教學策略也是一種學習的策略，因此應(yīng)該逐步培養(yǎng)學生獨立設(shè)計對比實驗的能力，才能幫助學生學會科學的探究方法。

（收稿日期：2014-09-18）