对中学化学实验教学的实证探索和理性思考，本文主要内容关键词为：实证论文,实验教学论文,理性论文,中学化学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“化学是一门以实验为基础的学科”，这历来是化学同仁们信奉的经典；“理论为本，实践为源”，这同样是没有争议的治学之道。著名化学家门捷列夫讲过：“科学的威力和力量在于无数的事实中；而科学的目的在于概括这些事实，并把它们提高到原理的高度。”我想，这些箴言名句，应当是我们化学教育、教学的全部。不过，时下的中学化学教学，特别是化学实验教学，与此大大的有违、有悖了。
下面就中学化学实验教学中的若干理论和实际问题谈一些亲身感受。
一、理论演释“事实”和“现象”的情况普遍
例1 根据“氯气和水反应”的理论：Cl[，2]+H[，2]O
HCl+HClO，能有下列的事实和现象吗？
①在新制的氯水中加入饱和Na[，2]CO[，3]溶液，会有气泡（CO[，2]）产生；
②在新制的饱和氯水中放入石灰石，可以观察到有气泡（CO[，2]）外逸；
③蓝色石蕊试纸遇到新制的氯水后，会先变红，很快又褪色；
④在新制的氯水中滴入紫色石蕊液，可见石蕊先变红，后又被漂白。
评析 这些都是一些流行试题的创造者或借用试题的编拟者所提供的“标准答案”。我很怀疑试题的创造者对这种实验题是否曾经有过一番亲身经历；借用试题的编拟者对“标准答案”又是否经过一番缜密考证，不然为什么说得如此逼真的现象，竟都是子虚乌有？
例2 高二化学3页上有如下反应：
3NO[，2]+H[，2]O2HNO[，3]+NO
据此有第9页上的4题：“用大试管收集一试管NO[，2]气体，倒扣在盛水的水槽里，不久看到试管里红棕色气体消失，试管里水面上升至容积的大约2/3处，……”
这里，我们没有怀疑理论的正确性，但我们要承认化学反应的复杂性。
首先，NO[，2]有如下的可逆反应是不可忽视的。
2NO[，2]
N[，2]O[，4]
我们能在通常情况下制得纯净的NO[，2]吗？其次，NO[，2]还会消耗在NO[，2]与水反应生成的NO生成HNO[，2]：
NO+NO[，2]+H[，2]O2HNO[，2]
以上2个原因都使生成的NO大大减少了，“试管里水面上升至容积的大约2/3处”的现象同样是子虚乌有的。
倘若不相信这些分析，你完全可以亲手去试一试，当你有一些亲身体验之后，你会发现上述的许多现象是完全可以用现成的理论作出合理解释的；同时还可以得出这样的理念：理论固然可以指导实践，鉴于化学反应的复杂性，那种仅仅靠逻辑推理所演释推导出来的“事实”和“现象”，往往是靠不住的，常常与事实相悖，这是十分值得警惕的。
二、好高骛远，追求时尚
记得在文革前和文革中，在教育与生产劳动相结合，理论联系实际的极左思想路线指导下，化学教育、教学一度特别强调化学工业品的生产。比如，当时的教学大纲要求学生必须掌握16个化工产品（如H[，2]SO[，4]、HCl、HNO[，3]、NaOH……），12个化工生产（如合成NH[，3]、候氏制碱法、乙炔水化制乙醛……）的反应原理、生产原理、生产流程（画生产流程图），还要求学生参观化工厂、自制化肥、自制土农药等。在今天看来，这些刻意要求和做法很多都是不可思议的。
历史的经验值得注意，时下的化学教育教学，特别是学生的研究性学习、探究性学习，为了培养学生的能力，下面可以罗列一大堆最热门的联系实际、培养能力的研究性课题：化学电源系列、大气污染监测、江河湖塘水质监测、土壤酸碱度、土壤养分监测、补钙保健食品、医药品成分监测、能源调查，凡此等等，不能不说是一种新的时尚。这些内容如此宽泛，紧密联系社会生产、生活实际，能说这些内容不重要？不能；能说这些是化学学习（或者说是研究性学习）的主体吗？很值得研究。
我想，中学化学教育的目的是提高全民族的科学文化素质，通过化学学科的学习，让学生掌握一些最最基本的科学原理和科学方法，对那些比较专一的实际问题，让学生知道一点皮毛是可以的，如果再要去追个究竟，实地去走一走过场，那就大可不必了。因为那些比较专一的实际问题，都有其研究的特定方法，特定标准。以水质监测来说，通常有水的硬度、浊度、COD（化学需氧量）、DO（溶解氧含量）、BOD（生化需氧量）等，要想准确得到这当中的任何一个结果都并非易事。这里既有硬件（设备）的要求，也有教师、学生知识和技能的局限性，如果马马虎虎地去研究，走走过场，那一定是弊多利少的。当前有一种倾向，即所谓“重探索，轻结论”，“重过程，轻结果”，试想一个没有结果的过程，一个没有结论（目标）的探索，其后果必将是不堪设想的。笔者以为，化学教学联系实际无可厚非，但好高骛远、刻意追求那些宽泛无边的实际，其结果，会严重脱离教学的实际，是弊大于利，得不偿失的。
三、善小不为而无为
最近我充分注意到中学教材中的许多实验，很值得研究，现举例于下：
1.高中化学第二册236页，关于食物中淀粉的检验：“用小刀切一片马铃薯，在上面滴一滴碘酒溶液，观察现象”，实验现象真的就是蓝色吗？不对吧！
2.H[，2]在空气中燃烧形成的H[，2]焰：①H[，2]燃烧生成的水能使KI淀粉纸（溶液）变蓝；②在H[，2]燃烧的内焰上方搁放一片湿润的KI淀粉纸，并不停地移动（让H[，2]不完全燃烧），你会发现淀粉纸变蓝了；③把H[，2]焰对着一小块冰燃烧，当冰块熔化，熔化后的水也能使KI淀粉纸（溶液）变蓝。所有这些事实都表明，H[，2]在空气中燃烧有可被检验的H[，2]O[，2]生成，这是为什么？
3.大家知道氯化氢极易溶于水，在空气中会冒白雾（浓盐酸在空气中冒白雾）；NH[，3]也极易溶于水，浓氨水同样极易挥发，为什么NH[，3]、浓氨水在空气中不冒白雾呢？
4.高一教材79页问答题1：“溴水长期存放，橙色会消失。”我们始终没有观察到有溴水因存放褪色的现象。我们的实验证明，只要密闭存放得好，溴冰不会像Cl[，2]水那样分解失效的；那种溴水存放褪色的情况，完全是由于密封不好造成的。
5.教材多处提到用新制的氯水、新制的碱性Cu（OH）[，2]。试问：为什么要用新制的？存放了十天半月后的氯水还能使用吗？今天配备的碱性Cu（OH）[，2]，明天、后天还可不可以用？用的效果又如何？这些都是很有意义的研究内容。
6.用酒精浸泡后的电石与水反应十分平静，收集乙炔时几乎不受泡沫的影响，何故？更有趣的是，用冰醋酸代替酒精处理电石亦有相同的效果，这当作何解释？
7.为什么不用MnO[，2]作催化剂，KClO[，3]照样可以顺利地热分解并收集到O[，2]呢？很多文献都有报道，像CuO、Pb[，3]O[，4]、Fe[，2]O[，3]等有比MnO[，2]还要好的催化效果，又为什么单独把MnO[，2]叫做KClO[，3]分解的催化剂呢？
8.用H[，2]还原Fe[，2]O[，3]生成的铁粉（活性铁）在空气中燃烧生成红色的Fe[，2]O[，3]，为何不生成黑色的Fe[，3]O[，4]？
9.把一块光亮的Cu片置放在酒精灯的外焰上加热（烘烤）4s～5s取出观察，铜片表面不是生成黑色CuO，而是生成色彩斑斓的红色Cu[，2]O（很漂亮！），这是为什么？
10.很早就有人发现（1956年文献J·anong·cheve）：混合无“O[，2]”FeSO[，4]和NaOH溶液，当沉淀开始变绿时，即用稀H[，2]SO[，2]酸化，再加SCN[-]，溶液颜色和用原FeSO[，4]与SCN[-]混合液相同，由此证实沉淀变绿与Fe[3+]无关。
沉淀变绿也跟O[，2]无关。作者新近提出一种观点：FeSO[，4]与NaOH两溶液相混合生成的绿色物质是Fe（OH）[，2]的水合物Fe（OH）[，2]·nH[，2]O。绿色的深浅跟多种因素有关：NaOH与FeSO[，4]溶液的浓度越小，Fe（OH）[，2]的水合程度越大，绿色色泽越深；反应溶液的温度越高（热溶液中），Fe（OH）[，2]的水合成度越低，绿色色泽也越浅。因此要想在水溶液中制得没有水合的，像AgCl、BaSO[，4]那样的白色沉淀，在理论上是不能成立的。所以，FeSO[，4]与NaOH两液相混合生成的Fe（OH）[，2]总是白中显绿，那是正常的。那种刻意追求制白色Fe（OH）[，2]的做法应当适可而止。
无需再举，我想这10个例子可以说明当前中学化学实验研究还缺乏基础性。看似一些小实验、小问题，我们曾经忽略了它的探索性和研究性价值。这里有必要提醒读者：当前，善小不为，是一种值得克服的倾向。
四、脱离实际
1.理论实际
《化学教育》2003年6期32页有一道促进学生深入思考的化学实验题：“10mL，2mol·L[-1]CuCl[，2]溶液中投入10gAl片。”
观察实验现象，引发学生联想，学生可以获得以下信息：（1）反应放热十分激烈，生成大量H[，2]；（2）生成大量铜泥；（3）溶液由蓝绿很快变成棕黑色；（4）由于Al（10g）过量，溶液最后呈五色透明（AICl[，3]）。
反应过程于下：
最初：3CuCl[，2]+2Al=2AlCl[，3]+3Cu
CuCl[，2]水解生成的H[+]，2Al+6H[+]=2A1[3+]+3H[，2]↑
平行反应
稍后：CuCl[，2]+Cu=2CuCl
再后：CuCl溶解在CuCl[，2]中生成Cu[CuCl[，2]][，2]CuCl[，2]+2CuCl=Cu[CuCl[，2]][，2]（深棕黑色）
读者注意，由于实验缺乏正确的理论指导，文章分析说是观察到的：①溶液绿色变淡继而产生蓝色沉淀；②溶液变黑，有Cu（OH）[，2]分解生成黑色CuO沉淀；③Al片周围有白色CuCl沉淀。实验证明这3种现象实际上是不存在的，因而也是不可能观察到的。
2.学生实际
《化学教育》2003年6期20页“（6）在少许NaOH的酚酞溶液中逐滴加入氯水，到最后一滴突然褪色。问：这是中和反应还是氧化还原反应使其褪色？如何证明你的结论？”
学生面对这种问题是何等艰难的选择！
从实验的角度考虑：在酚酞溶液中加入过量的氯水，酚酞被氧化破坏，再滴入NaOH，无显色反应发生；在NaOH溶液中加入过量氯水，NaOH被完全中和，再滴入酚酞，也没有显色反应发生。再有，一般说来，无机酸碱反应是快速反应，无机氧化还原反应也是快速反应，如何判断谁先谁后呢？
再从逻辑的角度考虑：红色的NaOH酚酞溶液褪成无色，要么是NaOH没有了，要么是酚酞没有了，还有就是两者同时没有了。还有什么可能呢？
因此，我认为这种题脱离了学生实际，也没科学基础，对于培养学生“思维的逻辑性和创新能力”（原题要求）是一种误导。
3.操作实际
把一块82g的极薄的纯铁片浸入428g硫酸铜溶液中，等反应完毕后（假定这时CuSO[，4]里的Cu已全部析出），把附有Cu的铁片从溶液中取出并洗净、干燥，再称量得83.5g。问：
（1）Fe片上附有多少Cu；
（2）原CuSO[，4]溶液的质量分数是多少？
评析 题目叙述的操作过程与实际操作结果相差太大。
首先，这82g“极薄”和“纯净”的Fe片就未必切合实际。82gFe近2两，拾起来沉甸甸的；薄了，面积大。就以厚0.1cm的Fe片可达100cm[2]，这就不太方便在烧杯里实验了，更何况是“极薄”！在我们这样的基础化学实验室里，再强调个“纯净”既不符合实际（也不必要），还会招来有理说不清的麻烦（纯Fe反应速度慢）。
其次，把“附有Cu的Fe片取出、洗净、干燥……”实际情况是，Fe与CuSO[，4]溶液反应置换出的Cu很难附着在Fe片上。由于Fe与Cu[2+]反应的同时，还有Fe与H[+]的反应，生成的H[，2]从Fe表面出来，大大阻止了Cu在Fe片上的固附能力，大量Cu将不在Fe片上，而是以Cu泥的形式沉积在烧杯底部。既然如此，后续的操作还有什么意义呢？
读者只要稍加留心，脱离操作实际的实验题并不少见。
五、惟纲、惟书，因循守固
毋庸置疑，教学大纲、教科书是教师、教学研究人员必须遵循的，它是经过千锤百炼的学科教育教学的积淀。毫无疑问，大纲和教材具有绝对的合法性和绝对的权威性。正因为如此，长期以来那种“忠于大纲、忠于教材；惟纲惟书、因循守固”的思想成了教师们教学的潜意识，扼制（杀）着教师的创造性。应当看到，在这与日新、日日新，又日新的今天，我们的大纲、教材的编著者天天都在酝酿着推陈出新，如果我们还在那里亦步亦趋，一以贯之地顶礼膜拜，这是非常可悲的。为此，我们本着一种负责的态度对固守着“完美无缺”的教材中的实验问题提出若干质疑，供参考。
1.初三化学28页“家庭小实验图2-4”：在小玻璃杯中加入20mL水，向水中放入一小糖块。在如此宽阔的玻璃杯液面上，有谁能看到糖块溶解前后溶液（水）的体积变化？
2.初三化学53页图3-9，把用碱石灰干燥后的H[，2]去蘸取肥皂液吹氢气泡，这干燥得合理吗？
3.初三化学55页：用排气法收集一小试管H[，2]，移近灯焰，没有尖锐爆鸣声，被认为H[，2]已纯净。合理吗？
从北京大学严宣申教授那里得到指教：已知H[，2]在空气中的爆炸极限为74.2％（体积H[，2]），这就表明混合气体中H[，2]的体积分数大于74.2％，就不爆炸（点燃时），那么，上述“被认为H[，2]已纯净”可视为混合气中H[，2]的体积分数＞74.2％。与此类似，试验CO[，2]是否已满，可用燃着的火柴检验。文献报道，当空气中O[，2]的体积分数小于10％（也有报道11％），即不助燃烛火、油灯、火柴燃烧（在电影中也有过这样的镜头：矿工们被困井下，围着看一灯火，灯灭时（不助燃），人还活着）。
因此，中学化学要求的“已纯”（H[，2]、O[，2]、Cl[，2]、C[，2]H[，2]……）是指：“可以用它进行实验，并能达到预期要求，而不应是“100％”或“接近100％”的纯。
4.初三化学166页实验8-24：试管中注入少量硫酸铜溶液，加几滴氢氧化钠溶液，观察发生的现象。
实验有2种可能：一是CuSO[，4]的量多，NaOH的量少（几滴嘛）；二是CuSO[，4]的量少（或溶液很稀）NaOH的量多（虽然几滴，如果NaOH溶液很浓）。前者生成的沉淀呈绿色，成分是CU[，2]（OH）[，2]SO[，4]，它对热很稳定，受热不易分解；后者生成蓝色沉淀，成分是Cu（OH）[，2]，它对热不稳定，放在空气中或稍微加热即会分解变黑（CuO）。根据教材所叙述的实验，生成物肯定是Cu[，2]（OH）[，2]SO[，4]，而不是反应方程式所表示的生成Cu（OH）[，2]。
5.高一化学19页[实验1-4]的实验现象明显，但不属于Ba（OH）[，2]·8H[，2]O与NH[，4]Cl反应时所吸收的热量。这个热效应（吸热）是NH[，4]Cl溶解在Ba（OH）[，2]·8H[，2]O的结晶水中所吸收的热。
实验可以证明：把饱和Ba（OH）[，2]溶液与饱和NH[，4]Cl溶液相混合，有微弱的热现象发生，如果把Ba（OH）[，2]+2NH[，4]Cl=BaCl[，2]+2H[，2]O+2NH[，3]↑的反应视为吸热反应。那无疑会有借柴生火之嫌。
6.高一化学68页图4-6氯水受光照的实验。据我所知，没有人在教学中（课堂上）做过这个实验。原因是教材没有说明这个实验成功的关键。许多人以为关键是：①Cl[，2]水要饱和；②氯水要新制的；③日光直射。就笔者的经验，真正制约这个实验成功的关键是：“要把新制的饱和的氯水大胆地在暗处置放它十天半月后”，让氯水中有更多的次氯酸（HClO）以后再行光照，才会一举成功。
7.高一化学87页填空题4（题略，附图）。
鉴于活泼的Cl[，2]、Br[，2]能把I[，2]氧化成IO[，3][-]，使I[，2]淀粉蓝色溶液褪成无色。再者，Cl[，2]、Br[，2]、I[，2]三者之间在通常情况下很容易生成黄色卤素互化物。这样，A处棉球尽管可以呈橙黄色，已不是单纯Br[，2]；B处棉球尽管可以呈紫黑色，已不是单纯的I[，2]；而C处则根本不会有蓝色的特征现象出现。一句话，命题者的初衷经不起实验检验。建议把这个题从以后的教材中删去。
8.高二化学13页图1-17：第一，建议用生石灰（CaO）与NH[，4]Cl混合加热制NH[，3]，比用熟石灰（Ca（OH）[，2]）要好；
第二，讨论中要求学生回答“收集氨的试管口放置的棉花应用什么溶液浸润”。笔者认为，放置棉花团是必要的，“应用什么溶液去浸润”，这纯属多此一举。因为，如果这个问题在这里成立，那在制氯化氢那里也成立？
9.高二化学88页图4-14铁与水蒸气反应的装置，实验过程中玻璃管（即使是石英玻璃管）有不破裂的吗？再有，检验（爆鸣）生成的H[，2]，完全没有必要事先经过干燥处理。
10.高二化学158页图6-7测定乙醇跟钠反应放出H[，2]的体积的装置。这个实验自上世纪50年代引自苏联教材，因为难度太大，几乎没有人去完成过这个实验（实验误差太大，失去了测定和推导乙醇分子结构的意义），建议删除。
如果我们承认这些确实是教材之不足，那惟纲，惟书，因循守固的教育思想一定是不可取的。笔者认为，在教学中的问题意识（要能提出问题）是至关重要的，是革故鼎新的前提。问题只怕无，不怕有；只怕少，不怕多。2000多年前，伟大的诗人屈原写《天问》，他一口气提了172个问题，对于宇宙和人类历史提出了多方面的怀疑和质问。有人曾经问到爱因斯坦，他的那些重要的科学概念是怎样产生时，他回答说，这是由于自己“最不理解那些人们以为最可理解的东西”而产生的。高山仰止！在大师们光辉思想的激励下，我们对中学化学实验教学做了一些实证探索和粗糙的理性思考，想必一定是正确与错误并存的，抛砖引玉旨在供同行们切磋琢磨，共谋中学化学实验教学的革故与鼎新做出我们的贡献。