差异性实验及在化学探究教学中运用.docVIP

差异性实验及其在化学探究教学中的运用 李燕琴 赵雷洪 化学是一门以实验为基础的学科，如何发挥化学实验的教学功能是值得研究的一个问题。教学中要设计和运用“生动形象”的、能“制造悬念”、能激发学生认知冲突”的‘实验，即差异性实验(discrepant experiment)，并通过差异性实验提高教学效率。差异性实验具有独特的教学功能，被广泛运用于物理、化学等教学中。 1差异性实验的涵义及其特点 1．1差异性实验的涵义 差异性实验(discrepant experiment)是差异性事件的一种呈现形式，指结果出人意料之外的、与学生学习前概念或常识相违背的科学实验。这些实验展示的现象，与学生学习科学的潜概念发生矛盾，能引发学生强烈的认知冲突，使学生头脑中产生各种各样的疑惑，就是这种疑惑激发。学生“要去探索”这些差异的欲望和冲动。 基于差异性实验能向学生提供感性知识，对纠正学生对相关概念和规律的“想当然”的认识(这种认识往往是错误的)特别有效，越来越多的教师在教学中运用差异性实验。差异性实验的开发与设计也成为一些教师的研究课题，如美国哥伦比亚密苏里大学教育学院就有一项“差异性事件研究计划”(The discrepant event Inquiry Plans)，该计划的研究者们对差异性实验进行了比较系统的研究。 1．2差异性实验的主要特点： 1．2．1浓厚的趣味性 差异性实验与学生的经验相悖，能产生出很强烈的实验趣味性。例如“烧不坏的手帕实验”：将酒精(浓度为95％)与水按2：1混合，把一块手帕在此溶液里浸透，用镊子夹住取出后点燃，：可以看到火焰很旺，好像手帕就要烧成灰烬。但是等到火焰减小时，迅速用力一抖，熄灭火焰，再仔细观察，手帕竟然丝毫没有被烧坏。化学教学中的许多实验(如魔棒点火、空瓶生烟实验等等)所展示的实验现象出乎学生意料，非常有趣，能激发学生的好奇心和学习兴趣。从教育心理的角度审视，好奇心是认识世界的驱动力，使学生产生强烈的学习欲望；学习兴趣是学习的动力，使学生的学习欲望持久保持。 1．2．2强烈的认知冲突 差异性实验中的新奇、“反常”的实验现象，与学生原有的认知结构中的知识相矛盾，呈现出认知冲突的情景。例如镁条在空气中点燃后呈现金属煅灰质量减轻的现象，学习了镁的化学性质之后学生都知道镁在空气中点燃，主要是和氧气反应生成氧化镁，同时也和空气中的氮气反应生成少量的氮化镁，反应产物的质量肯定比原来的镁条大。然而实验的结果是得到的煅灰质量减少，学生困惑：为什么实验结果测得和推断的产生这么大的差异(因为反应期伺生成的氮化镁等物质受热向四处飘散，就如放出气体的反应一样，造成质量减轻。九正是这种结果的差异性，引发学生强烈的认知冲突和认知失衡。学生在认知冲突中积极地认知，试图达成新的认知平衡。 1．2．3 证伪的功能 实验的一个重要功能就是验证猜想与假设；而差异性实验没有出现学生预期的现象，与学生的猜想与假说相矛盾，起到了一个实验证伪的功能。例如含有酚酞的氢氧化钠的溶液中，滴加新制氯水，边滴边振荡，直到红色褪去。在未学习HCIO具有强氧化性这一知识之前，大部分学生认为红色消失的原因是氯气与水反应生成的HCl和HCIO中和了NaOH所致。教师可以利用差异性实验的证伪功能来引发学生的探究学习，如向上述刚好褪色的溶液中再滴入一些NaOH溶液，若红色重现，则是因为HCl和HClO的酸性所致。然而实验的结果是红色不再重现，差异性实验的结果证伪了学生先前想法(正确的解释是HCIO具有强氧化性使红色酚酞变成了无色的物质)，向学生的思考提出了挑战。同时这样的研究也较为真实地模拟了科学探究的历程，让学生体验到科学研究的方法，能有效地激发学生科学探究的各项活动，发展他们的科学探究能力。 2 差异性实验设计原则 差异性实验的设计要综合考虑教学目标、教学内容、学生认知水平、教师能力及学校教育资源等情况来设计。一般说来，差异性实验的设计要符合差异性原则、科学性原则、针对性原则、安全性原则、趣味性原则和简易性原则。 2．1差异性原则 差异性实验的设计要突出差异性。差异性实验应暴露出学生原有的认知结构与实验展示的现象或问题之间的差异。’因此，首先要对学生的认知水平进行分析，再结合教学内容挖掘出可以引发学生认知冲突的差异性实验。例如，在学习金属钠的性质时，学生在初中已经学习了金属活动顺序表、金属的置换反应等知识，从直觉学生很容易得出钠能从硫酸铜溶液中置换出铜这一结论。为此设计这样一个实验：拿两支装有等量硫酸铜溶液的试管并标号1号、2号，往1号试管加入足量的铁粉，往2号试管加入足量的钠。学生观察实验现象发现l号管溶液由蓝色变成浅绿色，同时有红色光亮的物质析出，学生