一次意外的探究

清风明月

浙江省永嘉县白云中学　应根球



一、引言



在传统的教学中，完成教学计划、达成既定教学目标是课堂教学成功的基本条件。在课堂上出现教学预设之外的问题，教师常常用“这个问题课后再单独给你讲解”、“这个问题超出教学大纲的要求”、“这个问题到以后再研究”等言语来搪塞，从而保证按既定计划完成教学任务。然而，课程改革深入的今天，教师一般不再只为完成某节课的教学计划而拒绝这类“意外”，而且经常有效利用这些“意外”生成教学，激发学生学习兴趣，以突出自主、合作、探究的基本理念。



学生在进行九年级（上册）科学实验活动中发现实验结果与根据化学反应原理的结果不符时提出的疑问而展开的一次“意外”的探究活动。



二、探究不拒绝“意外”



在科学教学“探索碱的性质”的“活动”中描述到：“在2支试管中分别加入3毫升碳酸钠和氯化铁，然后滴加氢氧化钙溶液，有什么变化发生？”学生动手实验，按要求先在一支别试管中加入3毫升碳酸钠溶液，另一支试管中加入3毫升氯化铁溶液，然后滴加几滴氢氧化钠溶液，第一支试管中出现了明显的白色沉淀，第二支试管看不到什么沉淀。



A学生在实验时发现向氯化铁中滴加氢氧化钙溶液几乎没有任何沉淀生成，然而根据化学方程式2FeCl3 + 3Ca(OH)2 ==2Fe(OH)3 ↓+3CaCl2，该反应应该有红褐色絮状沉淀生成。为什么呢？可能是氯化铁溶液失效或氢氧化钙溶液失效吧。于是用氢氧化钠与氯化铁反应，有红褐色絮状沉淀生成，现象明显。改用新配制的氢氧化钙溶液再次实验，没有什么变化。那到底是什么原因呢？



A学生很迷惑，还与其他同学探讨了这个问题，于是大家反复实验，仍是大为不解。忽然B同学说，有沉淀了。大家围上去，问他是怎么做的。他说就这么做的啊，先加入氢氧化钙溶液，然后滴加氯化铁溶液啊。A学生立即按B同学所说，重复了一次，果然有沉淀生成。其他同学也纷纷进行了实验，也成功了。但为什么现在又行了啊？大家还以为B同学有什么“魔法”呢？B同学自己也不知为什么。



有位细心的C同学发现了一个问题，大家急问，C同学说，B同学先加氢氧化钙溶液再滴氯化铁溶液，而课本上是先加氯化铁溶液，再滴加氢氧化钙溶液，顺序不同，这是不是一个原因呢？大家又回到自己的实验桌前，验证了C同学的说法，结果确实如此，如果先加氢氧化钙溶液，再加氯化铁溶液则有红褐色沉淀生成。



那么是不是课本有问题呢？同样是这两种物质反应，其加入的先后顺序会不会真有影响呢？原因何在呢？这时大家带着问题围了上来，带着渴求的目光，希望马上解开这个谜团。此时，我并没有告知为什么，想了想说：“先后顺序是否有不同？氯化铁溶液与氢氧化钠溶液的反应呢？还有其他例子吗？还是请大家先回去查查资料，再思考思考，讨论讨论，会明白其中的道理的。而且你们探讨的问题很有意义，很值得学习，通过仔细观察实验现象，遇到意料之外的问题，敢问为什么。”



同学们又忙开了，有的马上要求做氯化铁溶液与氢氧化钠溶液的反应的实验，有的在思考，也有的成群结队地讨论……



这简直不像课堂。但这种表面的乱轰轰与无序之中，大家自觉地为解决同一个问题而努力着，这是最高状态的有序性。这堂课就在大家带着没有解决的问题结束了，也没有完成既定的教学目标，这是一堂好课吗？



但大家似乎都有了一个牵挂，带着牵挂去思考，去查资料，去请教专家，看起来这堂课并没有结束，而是延伸到了课外，延伸到了生活。虽然问题并没有解决，但没有学生会因此而感到痛苦，反而因此而感到欣慰和充实。



第二天，很多同学提交了要求验证自己想法的实验申请，大致有如下几类：



一是认为氢氧化钙本来就微溶于水，其水溶液很稀，氢氧化钙溶液与硫酸铜溶液、氯化铁溶液、碳酸钠溶液、氯化亚铁溶液、氯化铜溶液、硫酸镁溶液等反应都有类似的现象。把很稀的溶液滴入较浓溶液时，沉淀现象不明显，反过来沉淀现象明显。他们通过实验发现其猜想是正确的，验证了其想法。



二是认为这不仅是氢氧化钙溶液与其他溶液反应特有现象，凡是有沉淀生成的现象，如果出现一种溶液很稀，而另一种溶液浓度高得多的情况，都会出现这种情况。于是设计了稀释10倍后的硝酸银溶液与稀盐酸反应，稀释10倍后的稀盐酸与硝酸银溶液反应的对比实验。除此之外，还以同样方法验证了稀硫酸与氯化钡溶液反应、氯化铁溶液与氢氧化钠溶液反应等实例。通过反复实验，在适当浓度情况，其想法也得到了验证。



三是认为可能是颜色影响了实验现象，如果原溶液均为无色，则这种情况不存在。为此，设计了氢氧化钙溶液与硫酸铜溶液、氯化铜溶液、氯化铁溶液、碳酸钠溶液、氯化镁溶液反应进行验证。实验结果显示，无色溶液加入有色溶液中时现象确实不够明显，反之现象较为明显。后来有同学提出异议，氢氧化钙溶液与碳酸钠溶液反应时，两种溶液均无色，但加入顺序不同其现象也有较大差别。为此增加对照组，用正常浓度的氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液、氯化铜溶液、氯化铁溶液反应，结果显示，加入溶液的顺序几乎不影响沉淀现象。因此，对于原溶液颜色影响现象的假设不能成立。



通过这一系列实验后，同学们进行了交流，认为一种很稀的溶液与一种较浓溶液反应生成沉淀时，加入溶液的顺序影响了沉淀现象：在浓溶液中滴入稀溶液时沉淀现象不明显；在稀溶液中滴入浓溶液时实验沉淀现象明显。那又是为什么呢？同学们进入了理论解释阶段。



有同学从输血得到了启示。人类ABO血型系统中，红细胞中具A、B两种凝集原，而血清中有抗A、抗B凝集素。当含A凝集原的红细胞遇到含抗A凝集素的血清时，红细胞发生凝集现象。因此，以输同型血为基本原则，异型血之间输血也是在一定血型间进行的，而且需要交叉配血试验，输血速度也要变慢。如O型血可以输给A、B、AB、O型，A、B、AB、O型均可以输给AB型。如图所示，相对来说，凝集原集中在红细胞中，故浓度要远远高于血清中的凝集素。以把O型血输给A型血的人，O型血液的血清中的抗A凝集素能使A型血液中的红细胞凝集，但由于血液缓慢地输入时，血清抗A凝集素得到了稀释，难以使红细胞凝集或只是极少量被凝集。反之，带A凝集原的红细胞进入含抗A凝集素的血清中，而红细胞中的凝集原没有被稀释，故进入的红细胞被大量凝集出现了明显的凝血现象。

清风明月

同学们经过讨论和老师的交流，初步建立模型，称之为“沉淀积聚模型”。如图所示，A为浓溶液，B为稀溶液，两者能反应，并有难溶物生成。在浓溶液中加入稀溶液（假设数量为4），生成了难溶物较少（假设数量也为4），并且比较分散，肉眼可能很难看到沉淀生成；而在稀溶液中加入相同体积的浓溶液（假设相同体积的数量为14），则生成的难溶物较多（可认为数量也为14）。由此可见，向浓溶液中加入一定体积的稀溶液一般生成难溶物少，又比较分散，看到沉淀现象不明显；而向稀溶液中加入相同体积的浓溶液，则生成的难溶液物较多，较集中的机会更多，可以看到明显的沉淀现象。

到目前为此，得到了满意的答案，通过一个课本的设计失误，经过主动的思考与探究，得到了结果。如果学生在活动中没有对不明显的现象提出疑问；如果只是把这种反常现象归为试剂有问题，而不去求证；如果学生的提问，老师只是敷衍一下或是很快给予正确的解释，那么就没有这样牵动全班同学的心的令人兴奋的探索过程。这个过程中，几乎每位同学都在参与，每位同学都在思考，包括那些基础较差，几乎没有兴趣学科学的同学也在积极的参与。

清风明月

三 反思



通过一次“意外”的探究，学生在其现有认识的基础上，通过实验、讨论、合作、对比建立了一个能解释所探究问题的模型。这个模型能很好地解决提出问题，而且完全超出教学目标，也完全超出了教师的想象。实际上，学生不知不觉地参与了真正主动的学习与探索活动，而这个活动的展开体现了自主、合作、探究的新课程改革理念。



这可能还不是一个完美的答案。根据输血过程中的现象，是不是红细胞相当于凝集的核，而血清中的凝集素相当于促进核凝集的条件呢？如果是这样的话，还可以继续深入研究，氯化铁溶液中发生的水解，FeCl3 + 3H2O === Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl–。如果把氢氧化铁看成核的话，氢氧化钙溶液中电离出的氢氧根离子中和了溶液中的氢离子，使得平衡向右移，生成氢氧化铁逐渐增多。当向氯化铁溶液中加入氢氧化钙溶液，由于氢氧化钙溶液很稀，故中和的氢离子较少，生成的氢氧化铁也就较少了，不能看到明显的沉淀现象。反之，沉淀现象明显。那么要证明这种解释是对还是错，又如何设计实验呢？也许还可以把这个问题带到高中去，通过高中化学的学习再设计实验来完成更合理的解释。



在科学课堂教学中，学生在不断发现问题、敢于提出问题并解决问题的过程提高科学素养。让学生带着问题进课堂，又带着新的问题走出课堂，这样的课堂和课堂“意外”也正体现了新课程的基本理念，这样“意外”我们不欢迎吗？