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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

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。
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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。

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。
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