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从教育实验研究的角度设计高中化学实验

范文

邵冰

摘? 要：本文从教育实验研究的角度，以《Fe（OH）2快速转化成Fe（OH）3》的探究实验为例，给读者介绍了一项成功的教育实验应当准确把握的三个要素以及高中化学实验探究的一般程序。

关键词：教育实验研究? 变量

中图分类号：G633.8? ? ? ? ?文献标识码：C? ? ? ? ? ? 文章编号：1672-1578（2020）01-0117-02

化学是一门以实验为基础的学科，近年来高考化学实验部分的考查偏重于化学实验探究，这类试题命题格式相对固定，主要是针对某一化学情境提出问题，然后针对问题作出合理假设，再对假设设计实验方案进行实验探究。科学研究开始于问题，首先要能创造性地发现问题，提出科学问题。

以《Fe（OH）2转化成Fe（OH）3》的实验为例：常规高中化学教材的实验方法是把吸有NaOH溶液的胶头滴管伸入新制的FeSO4溶液的液面以下，可以看到瞬间存在的白色Fe（OH）2沉淀，白色沉淀迅速变成灰绿色，振荡试管，最终变成红褐色的Fe（OH）3沉淀。可是事实上即使半个小时后再观察，试管内的物质仍为灰绿色，只是在试管壁上有少量的红褐色物质附着。这个实验所需时间很长而且实验现象不明显，怎么样操作能够使Fe（OH）2快速转化成Fe（OH）3呢？灰绿色的物质究竟是什么呢？笔者做了如下两个探究实验：

1? ?Fe（OH）2快速转化成Fe（OH）3的探究实验

思考：影响物质氧化还原能力的外界因素有哪些？

1.1 实验步骤和现象

注明：制备氢氧化亚铁后，用抽滤代替过滤，即节约时间又现象明显。

1.2 实验结论

改变酸碱度和接触面积的第II、III组实验中灰绿色物质变成红褐色物质的时间均比对照组所需时间短，尤其是第IV组现象非常明显，片刻间灰绿色物质变成红褐色。

1.3 原因分析

Fe（OH）2转化成Fe（OH）3的过程中发生了下述反应：

4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3，此反应中氧气是氧化剂，影响氧气氧化Fe（OH）2能力的因素主要有三点：

1.3.1 氧气的浓度

常规实验制备的Fe（OH）2存在于溶液中，因为氧气在水中的溶解度很小，所以灰绿色物质变成红褐色所需的时间很长而且实验现象不明显。抽滤得到的Fe（OH）2直接與空气中的氧气接触，相当于增大了氧气的浓度，缩短观察灰绿色物质变成红褐色所需的时间。

1.3.2 介质的酸碱性

根据资料可查，介质的酸性越强，氧气的氧化能力越强。滤纸提前用稀盐酸润湿的目的就是为了提高氧气的氧化能力，增大反应速率，缩短观察灰绿色物质变成红褐色所需的时间。

1.3.3 反应物的接触面积

增大反应物的接触面积，可以增大化学反应速率。实验中用玻璃棒将滤纸上的Fe（OH）2摊开，就是为了增大Fe（OH）2与空气中氧气的接触面积，缩短观察灰绿色物质变成红褐色所需的时间。

其实上述过程就是一次简单的教育实验。教育实验是研究者根据研究目的和计划，适当控制条件，（即排除无关因素的干扰），对研究对象施加可操纵的影响，然后根据研究对象的变化，比较准确地寻找出所施加的影响同教育效果之间是否存在因果关系的一种研究方法。

我们把教育实验中涉及到的可以变化的“因素”统称为“变量”。变量按其在实验过程中的作用可以分为“自变量”、“因变量”、和“无关变量”三种。自变量是实验前假定存在的因果关系中的原因变量，即本实验中的酸碱度和接触面积为自变量。本实验如何操纵自变量呢？第一种操纵自变量的方法是要使自变量发生合乎实验要求的变化：这种变化可以是从无到有的变化，例如：以I组为参照物，II、III、IV组就发生了从无到有的变化;这种变化也可以是有教育影响，但在形式上、层次上有差异，例如：II、III、IV组相对于I组有层次上的差异。第二种操纵自变量的方法是使自变量真正有效地作用于研究对象：例如改变酸碱度时，没有设置用氢氧化钠溶液润湿滤纸这组实验，就是因为原来制备氢氧化亚铁就是碱性环境，再用氢氧化钠溶液润湿滤纸也没有明显的效果。因变量是实验前假定存在的因果关系中的结果变量，即本实验中的灰绿色物质变成红褐色所需的时间为因变量。无关变量是指教育实验中除了自变量与因变量以外的其他一切变量，如II和IV组实验需要提前将滤纸用稀盐酸润湿，以便将灰绿色物质等分成四份后同时开始实验，消除时间差带来的干扰。由此可见一项成功的教育实验应当准确把握住自变量、因变量和无关变量这三者之间的关系。

2? ?灰绿色物质组成成分的探究实验

在教学中经常有学生会问：白色的Fe（OH）2在空气中迅速变成灰绿色，最终变成红褐色，灰绿色物质是什么呢？借此问题我们熟悉一下实验探究的一般程序：提出问题——作出假设——设计实验验证。假设灰绿色物质是Fe（OH）2和Fe（OH）3的混合物，我们设计如下实验加以验证。

2.1 实验步骤和现象

2.2 实验结论

第I组实验中溶液不变红色，证明溶解后的溶液中没有Fe3+生成，说明新制的灰绿色物质中没有Fe（OH）3;第II组实验中酸性高锰酸钾溶液褪色，说明溶解后的溶液中含有Fe2+;第III组实验中生成蓝色的沉淀，说明溶解后的溶液中含有Fe2+。综合以上三组实验现象，我们推测灰绿色物质不是Fe（OH）2和Fe（OH）3的混合物，应该是二价铁的化合物，具体是什么有待有兴趣的同学查阅资料继续研究。

教师从实际出发针对教学中的困惑与问题开展研究，通过问题的解决，提供可推广的经验和实际操作方法，这种研究与教学具有高度的一致性，这是最有生命力的实践性研究。在基于真实问题的真正教育实验研究过程中教师不仅丰富了自身的教育理论，思维更加缜密严谨，而且教师对自身教学和学生学习会有更多本质上的思考，会有发自内心的研究冲动。笔者希望教育科研能够成为每一位教师的工作方式，做一名研究型的教师，是新时代教师的光荣职责，也应是新时代教师追求卓越的目标。

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