科學(xué)實驗因“意外”而精彩

鄭志燕

摘 要：初中科學(xué)課程是一門理論與實踐結(jié)合緊密的課程，因此做實驗是必不可少的環(huán)節(jié)?？茖W(xué)實驗在進(jìn)行過程中往往出現(xiàn)非預(yù)設(shè)的情況，即發(fā)生“意外”。教師應(yīng)關(guān)注這些“意外”現(xiàn)象的存在，利用好“意外”資源，引導(dǎo)學(xué)生對它們進(jìn)行分析，以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，從而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)實驗 意外 科學(xué)素養(yǎng)

初中科學(xué)教師在進(jìn)行實驗教學(xué)時，往往會精心設(shè)計實驗過程，而且對實驗結(jié)果會有很多預(yù)設(shè)。到位的預(yù)設(shè)可以避免教師因出現(xiàn)“意外”時手足無措和匆忙應(yīng)付，但是在實際的實驗教學(xué)中，經(jīng)常出現(xiàn)一些預(yù)設(shè)不到的現(xiàn)象，即產(chǎn)生“意外”。面對“意外”，教師應(yīng)該如何應(yīng)對？筆者對這一現(xiàn)象進(jìn)行了關(guān)注并積極探索，在利用“意外”現(xiàn)象提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面有了一點心得。

一、科學(xué)實驗中出現(xiàn)“意外”的原因

1.教師專業(yè)素養(yǎng)欠缺

初中科學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的綜合性學(xué)科，涵蓋面廣，一些專業(yè)素養(yǎng)不夠的教師在上實驗課時，對實驗結(jié)果可能會預(yù)設(shè)不足，從而導(dǎo)致不能出現(xiàn)理論上應(yīng)有的現(xiàn)象。例如在《尋找金屬變化的規(guī)律》的課后練習(xí)中，推測金屬鉀、鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的現(xiàn)象。學(xué)生根據(jù)提示和已有知識能推測出有藍(lán)色絮狀沉淀現(xiàn)象。但在實際操作時，經(jīng)常會出現(xiàn)反應(yīng)同時生成藍(lán)色絮狀沉淀和黑色顆粒的現(xiàn)象，甚至還會發(fā)生爆炸，導(dǎo)致實驗危險性增加。教師一時也無法對這些現(xiàn)象作出解釋。

2.實際操作過程不同引起“意外”現(xiàn)象

教科書預(yù)期的實驗結(jié)果往往是基于比較規(guī)范的操作，但是實際情況不然。化學(xué)實驗中，試劑滴加的多少、濃度高低、前后順序和物理實驗中拉動物體的速度等均可引起實驗中出現(xiàn)“意外”現(xiàn)象。如在“探究感應(yīng)電流的大小與哪些因素有關(guān)”的實驗中，有些學(xué)生發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線來回切割速度越大，電流表的指針偏轉(zhuǎn)角度越小，從而得出“導(dǎo)線的切割速度越大，感應(yīng)電流越小”這樣一個錯誤結(jié)論。此時若硬生生把正確結(jié)論強行灌輸給學(xué)生，既不讓人信服，也不符合以人為本的原則。此時，應(yīng)該讓學(xué)生再實驗再觀察，他們就會發(fā)現(xiàn)，原來是電流表指針顯示電流需要一段時間的延后，若再將兩次導(dǎo)線的切割間隙延長些，就能觀察到電流表指針擺動幅度增大，正確結(jié)論也就有了。同樣在研究滑輪的性質(zhì)時，學(xué)生拉升滑輪時不勻速，也有可能出現(xiàn)“動滑輪費力”這一與正確結(jié)論完全相反的結(jié)論。

3.實驗誤差太大引起 “意外”現(xiàn)象

實驗器材日久不用、缺少維護，會導(dǎo)致很大誤差，也就使得實驗出現(xiàn)一些“意外”現(xiàn)象。如滑輪的軸和繩子間摩擦太大，測量力時就容易出現(xiàn)較大的誤差，就不能得出正確結(jié)論。學(xué)生操作性誤差太大也會引起“意外”的發(fā)生。如測定水的密度時，先測水的質(zhì)量還是先測水的體積，以及如何測，都會由于操作中的誤差，測出來的值和正確的結(jié)論相去甚遠(yuǎn)。

4.實驗原理不完善引起“意外”現(xiàn)象

教材上有些實驗原理也有一些漏洞。如在驗證Ca（OH）2性質(zhì)時，在2支試管中分別加入3毫升Na2CO3和FeCl3溶液，再滴加Ca（OH）2溶液，觀察有什么變化發(fā)生？實際上，在FeCl3溶液中滴入Ca（OH）2溶液并未產(chǎn)生預(yù)想中的紅褐色絮狀沉淀，若在Ca（OH）2溶液中滴加FeCl3則有沉淀產(chǎn)生。因為Ca（OH）2溶液很稀，密度小于FeCl3溶液，往FeCl3溶液中滴加Ca（OH）2后，Ca（OH）2溶液漂浮在FeCl3溶液上，離子不能充分交換反應(yīng)，當(dāng)然看不到現(xiàn)象，實驗也就產(chǎn)生“意外”了。

5.實驗本身可操作性差導(dǎo)致“意外”現(xiàn)象

按著書本上的要求去做，不一定能做到書本上所描述的實驗現(xiàn)象。例如：氧化鐵和稀硫酸反應(yīng)并沒有產(chǎn)生預(yù)期的紅色粉末逐漸消失、溶液呈黃色的現(xiàn)象。《水的浮力》這一節(jié)中探究氣體浮力存在的實驗：“將充足氣的籃球和套扎在氣針尾端的氣球一起掛于杠桿左端，調(diào)整杠桿右端的鉤碼，使杠桿平衡，然后將扎在氣球上的氣針頭插入籃球的氣門內(nèi)，氣球隨即膨脹，此時杠桿還能保持平衡嗎？”曾有教師在公開課上采用這套裝置進(jìn)行實驗時，氣球沒有鼓起來，導(dǎo)致實驗失敗。從中我們可以看出：籃球“充足氣”，充足到什么程度，氣球才能膨脹到圖中所畫的程度？課本描述中語言不嚴(yán)密，實驗的可操作性差。

二、利用“意外”提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的途徑

教師應(yīng)把課堂營造成精心預(yù)設(shè)與生成相統(tǒng)一的多元發(fā)展的課堂，這樣才是“充滿生命活力”的課堂。實驗中的“意外”就是多元課堂的一個切入點。要充分利用這些“意外”，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

1.分析由操作引起的“意外”，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的態(tài)度

初中科學(xué)對一些知識的描述或結(jié)論是定性的，沒有定量化，這種模糊表述不僅不準(zhǔn)確，甚至?xí)砜茖W(xué)性錯誤。

在一次 “檢驗二氧化碳?xì)怏w”的實驗中，可以看到有大量的氣泡進(jìn)入澄清石灰水，但是石灰水并沒有變渾濁。實驗出現(xiàn)了“意外”。產(chǎn)生這種狀況的原因在于配制的鹽酸濃度過高，產(chǎn)生揮發(fā)性，揮發(fā)出的HCl氣體進(jìn)入石灰水，導(dǎo)致干擾了實驗結(jié)果。

對此，筆者帶他們查閱了鹽酸的知識，然后由他們討論原因。學(xué)生思維活躍，有的說鹽酸太濃，揮發(fā)的氣體干擾了實驗；有的說石灰石中的雜質(zhì)和鹽酸反應(yīng)，產(chǎn)生不明氣體干擾了實驗等。筆者指導(dǎo)學(xué)生先從鹽酸的濃度開始探究，在原來配制的鹽酸中又加水稀釋，重做實驗，結(jié)果出現(xiàn)了預(yù)期的變渾濁現(xiàn)象。學(xué)生又提出了一個問題：“什么濃度的鹽酸才算是稀鹽酸，而且不容易揮發(fā)呢？”在課后活動中，我們用不同濃度的鹽酸做了多組實驗，嘗試界定使澄清石灰水變渾濁的鹽酸濃度臨界值，學(xué)生也通過這種嘗試，逐漸能用更數(shù)據(jù)化的語言來描述。

利用這一“意外”，學(xué)生不僅培養(yǎng)了更加專業(yè)化的科學(xué)素養(yǎng)，還體驗了量變到質(zhì)變的過程。

2.借助“意外”，培養(yǎng)學(xué)生的問題分析能力

曾經(jīng)學(xué)生在探究堿溶液與酚酞作用的實驗時，產(chǎn)生了“意外”現(xiàn)象：向氫氧化鈉溶液中滴入酚酞試液，溶液變紅，可不久紅色又消失了，這是怎么回事呢？他們依據(jù)所學(xué)的科學(xué)知識，分別對“意外”現(xiàn)象的成因作了如下猜想：（1）可能是酚酞變質(zhì)造成的；（2）可能是氫氧化鈉變質(zhì)造成的；（3）可能是酚酞與空氣中的氧氣反應(yīng)造成的；（4）可能與氫氧化鈉溶液濃度大小有關(guān)；（5）可能是試管不干凈，殘余少量酸。

大家首先排除了猜想（2），因為氫氧化鈉在空氣中變質(zhì)后的產(chǎn)物碳酸鈉也顯堿性。針對（1）（5），學(xué)生配制新的酚酞試液，換用新試管重做實驗，“意外”依舊。接下來驗證（3），操作如下：在氫氧化鈉溶液中滴入酚酞，并在上方滴一些植物油隔絕空氣，可是“意外”依舊。最后分兩組學(xué)生，一組用濃氫氧化鈉溶液做實驗，另一組用稀氫氧化鈉溶液做實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)濃氫氧化鈉溶液還是出現(xiàn)“意外”，較稀的滴入酚酞后，紅色不消失。

上網(wǎng)查閱得知酚酞的醌式結(jié)構(gòu)在堿性介質(zhì)中很不穩(wěn)定，遇較濃堿液，會變無色。這次探究的成功使學(xué)生非常激動，他們嘗到了分析問題，解決問題的樂趣。

3.利用因器材引起的“意外”，鍛煉學(xué)生動手操作能力

實驗中有很多“意外”實驗現(xiàn)象是由于器材原因引起的。器材在放置較長的時間或頻繁操作甚至不當(dāng)操作后，多少有不同程度的損壞，如果沒能及時檢查和維修，就會導(dǎo)致實驗中出現(xiàn)“意外”現(xiàn)象。

在“連接電路”實驗中，由于器材原因，出現(xiàn)按照電路圖裝配好電路，電路卻不通電的“意外”。怎么辦？這時，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生自己動手解決問題。學(xué)生的積極性被調(diào)動起來，最后他們發(fā)現(xiàn)了干電池座、燈具座等接觸不良都能造成電路不工作。他們甚至還成立了維修小組，專門幫別人解決問題。在教學(xué)實踐中，教師發(fā)現(xiàn)，電路通電，學(xué)生只能說出電流的大致走向，但是很多學(xué)生根本沒弄清電流在干電池座、燈具座和燈泡中的具體走向。而通過自己動手修理器材，他們還弄清了這些問題，產(chǎn)生了附加效應(yīng)。

愛動手是學(xué)生的天性，動手操作能力的提高使他們更加關(guān)注實驗器材：實驗前，能主動檢查器材是否完好，這樣能減少誤差；實驗中，能謹(jǐn)慎操作，愛惜器材，減少了器材的損壞率；實驗后，能主動對器材進(jìn)行整理和維護，為做好下次實驗做好準(zhǔn)備。

4.改進(jìn)引起“意外”的裝置，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

在“探究杠桿平衡條件”的實驗中，要使杠桿處于水平靜止有相當(dāng)?shù)碾y度，這也算是一種常規(guī)性的“意外”了，如何破解這個難題？

這時，教師應(yīng)鼓勵他們改進(jìn)實驗裝置，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生們最后設(shè)計出了新的裝置（如圖1）：用輕質(zhì)硬棒代替實驗室提供的杠桿，表面刻得比較粗糙，防止掛鉤碼的繩子打滑；在杠桿的后面掛一塊打好邊長為1cm的方格，這樣杠桿無論在什么位置平衡，即可輕松讀出力臂的值。當(dāng)然要制作出這個裝置還能鍛煉學(xué)生的動手操作能力。

興趣一旦被點燃，其爆發(fā)力和持久力是驚人的。依托這個切入點，筆者就順?biāo)浦巯驅(qū)W生們道出了心中的苦水：“我說力臂影響了杠桿的平衡，而不是力的作用點到支點的距離?！钡沁@個難點以往學(xué)生都很難突破，就是因為學(xué)生缺乏直觀的感受。于是筆者請學(xué)生幫忙設(shè)計一個教具，以幫助他們突破這個難點。學(xué)生們經(jīng)過創(chuàng)新實踐，制作出了改進(jìn)的裝置（如圖2）：用薄型長方形三夾板代替實驗室提供的杠桿，在木板上畫上如圖所示直線。先調(diào)節(jié)木板水平平衡，然后在A、D兩點掛上鉤碼使之在水平位置平衡，再把左側(cè)鉤碼移到B點，但杠桿仍處于水平平衡。這就說明力的作用點到支點的距離變大，但由于力臂大小未變，故杠桿繼續(xù)平衡，這樣就輕松突破難點。

新課程理念下的科學(xué)實驗教學(xué)是一種開放、動態(tài)、多元化的對話和交流，意味著教學(xué)將會有更多的不確定性。 真實的課堂不會完全按預(yù)設(shè)執(zhí)行和再現(xiàn)，更多的是充滿“意外”，這些 “意外”恰恰是科學(xué)實驗的價值所在。在課堂的師生互動中，當(dāng)教師的預(yù)設(shè)之外的內(nèi)容生成時，教師要敢于打破課前已經(jīng)設(shè)計好的框架，依循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，以靈動的教育機智隨時調(diào)整策略，跟上學(xué)生思維發(fā)展的步伐，引導(dǎo)學(xué)生的思維朝著更高的層次發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：浙江省湖州市織里鎮(zhèn)中學(xué)）