化学求异法教学研究

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1“求异法”简介

“求异法”是一种用来探求因果联系的逻辑方法。它是由穆勒系统总结的“求因果五法”中的一种方法。具体地说，“求异法”是指这样的一组操作：考察被研究现象出现和不出现的两种场合，在这两种场合都出现的那些先行现象不是被研究的原因，而在被研究现象出现时出现、在被研究现象不出现时不出现的那个先行现象，则可能与被研究现象有因果联系。“求异法”的推理形式可用公式表示为：场合1：有先行现象（或伴随现象）A，有被研究现象a。场合2：无先行现象（或伴随现象）A，无被研究现象a。所以，A是a的原因。例如，场合1：有氧气，铁会生锈；场合2：无氧气，铁不会生锈；所以，氧气是铁生锈的一个原因（初中阶段）。此外，本文不严格区分“先行现象”与“伴随现象”，主要采用“先行现象”这一概念进行讨论[1]。

2应用“求异法”的化学教学模式

“求异法”在化学教学中运用的主要思路为：先考察被研究现象a的出现场合，找出先行现象A，再创设无先行现象A的场合，观察研究现象a是否出现，从而确定A是否为a的原因。其具体的应用模式为：寻找被研究现象a的先行现象A，因为因果联系具有先后性，可以在被研究现象a的先行现象中去寻找它可能的原因，从而提出假设：A是a的原因。再得出推论：若无先行现象A，则无被研究现象a。最后对推论进行验证，设计相应的验证方案，若验证结果为真，则原假设为真，即A是a的原因。这一应用模式虽然比较简单，但在“探究化学现象间因果联系”的教学活动中却很实用，同时，也正因为它简单易行，更便于师生掌握。

3“求异法”在化学教学中的具体应用

3.1在化学探究式教学中的应用

探究式教学是新课改大力倡导的一种教学方式。它有利于学生掌握与应用科学知识，建构与发展科学概念，理解科学本质与科学过程；有利于学生掌握探究方法和实验技能；有利于培育学生的科学兴趣、科学态度和创新精神[2]。然而，在化学探究式教学的实践中也存在诸多难点，其中之一便是：学生提出假设及验证方案的能力尚显薄弱[3]，化学教师甚至因此包办“提出假设及验证方案”这一探究环节，使探究式教学的意义大打折扣。而运用“求异法”，可以帮助学生较好地提出“因果关系”类的假设及验证方案，从而使学生的“探究”名符其实，更好地实现探究式教学的本真意蕴。案例1在探究氯水成分时，往氯水中滴入紫色石蕊试液，溶液先变为红色，接着红色褪去。溶液变红，说明氯水中含有H+，那么，为什么红色会褪去？是什么物质使红色褪去呢？教学时便可引导学生对此进行探究。可运用“求异法”进行分析，提出相应的假设及验证方案。其中，红色褪去的先行现象为：存在Cl2、H2O、HCl、HClO（可从氧化还原反应原理的角度推理出，Cl2与H2O反应的另一产物为含正价氯的化合物，事先可告诉学生其为HClO）。依据已有的化学知识，可排除H2O与HCl。从而得出假设：（1）Cl2是红色褪去的原因；（2）HClO是红色褪去的原因。从而作出推论：（1）若Cl2不存在，则有色物质不褪色；（2）若HClO不存在，则有色物质不褪色。进而得出验证方案：（1）让HClO单独与有色物质接触，即取相同浓度的新制的HClO溶液，滴入紫色石蕊试液；（2）让Cl2单独与有色物质接触，即将干燥的氯气通入装有干燥红色石蕊试纸的试剂瓶中（更严谨的方案是：用CCl4萃取出氯水中的Cl2，将干燥的红色石蕊试纸伸入Cl2的CCl4溶液中）。在实际教学中，为了教学方便，可以只对方案（2）进行验证，排除Cl2具有漂白性的假设，进而运用排除法，得出HClO具有漂白性的结论。需要说明的是，假设（1）和（2）是针对不同的先行现象提出的，彼此相互独立，并非相互排斥，假设（1）为真，并不意味着假设（2）为假。若二者同为真，则情况就比较复杂，具体的说明可参见本文第4部分的第（3）点。与常规的教学相比上述分析，条理清晰，逻辑性更强，所得方案更全面。而常规的教学只是在发现问题“是什么物质使红色褪去”之后，教师便直接演示验证方案：往装有干燥氯气的集气瓶中放入一半湿润的红纸条，数秒后观察红纸条的变化情况[4]。这不仅浪费了一次培养学生提出假设及验证方案能力的机会，而且，这一验证方案，只是上文中的验证方案（2），缺少方案（1），从理论上看不够全面，如果Cl2与HClO都有漂白性的话，则该方案就无法验证HClO的漂白性了。

3.2在处理化学实验反常现象中的应用

化学是一门以实验为主的科学，实验是化学科学研究的重要方法。因此，在化学教学中也应该注重化学实验的应用，多开展实验教学，从而更好地培养学生的动手实验能力。然而师生在进行化学实验的过程中，有时会发现一些与教材、理论有矛盾的实验反常现象，如果教师处理不当，会造成学生的认知困惑与认知误区：不知究竟应该相信自己亲眼所见的实验反常现象，还是应该相信教材的陈述与理论的分析。因此，在处理化学实验反常现象时，化学教师应该引导学生对其进行科学而及时的分析，得出实验反常现象的原因，解除认知困惑。而适当地运用“求异法”，则有利于这一分析过程的进行。案例2在做钠在空气中点燃的学生实验时，有些学生会发现反常的实验现象：Na在空气中燃烧冒有黑烟。对于这一反常的实验现象，化学教师可用“求异法”引导学生进行分析。产生黑烟的先行现象主要有：空气存在CO2、Na表面有煤油。因此，可以据此做出假设：（1）CO2与Na发生反应是产生黑烟的原因，（2）煤油燃烧是产生黑烟的原因。由假设（1）可得推论（1）：若CO2不存在，则不产生黑烟；进而得出验证方案（1）：将带有煤油的Na置于纯氧中加热。由假设（2）可得推论（2）：煤油不存在，不产生黑烟；进而得出验证方案（2）：将钠块表面用小刀全部切除，置于空气中点燃。另外，由于这一反常的实验现象不是教学中的重点，为了节省教学时间，也可以采用其他相对简易的方法对上述两个假设进行验证。对于假设（1），可以用氧化还原反应的理论对“CO2与Na的反应”进行分析，可以推断出其产物为黑色的碳粉，但CO2在空气中的含量太少，Na应该优先与氧气反应，因此黑烟为碳粉的可能性极小。对于假设（2），可直接告知学生煤油燃烧冒有黑烟，或者引导学生联想柴油机（煤油与柴油类似）冒黑烟的情境。

3.3在解答探究性试题（或习题）中的应用

科学探究能力是科学素养的重要构成之一。新课改以来，为了使中学化学教学注重培养学生的化学探究能力，各地化学中高考试卷逐渐重视对学生化学探究能力的考察，探究性试题陆续出现在各地化学中高考试卷中，甚至成为中高考卷的主打题型[5]。而在解答探究性试题中，如果能够适当地运用“求异法”对试题进行分析，则有助于“探究化学现象间的因果联系”类探究性试题的解答。案例3（截选自2010年安徽高考理综卷28题）某研究性学习小组在网上收集到如下信息：Fe(NO3)3溶液可以蚀刻银，制作美丽的银饰。他们对蚀刻银的原因进行了如下探究：[实验]制作银镜，并与Fe(NO3)3溶液反应，发现银镜溶解。[提出假设]假设1：Fe3+具有氧化性，能氧化Ag。假设2：Fe(NO3)3溶液显酸性，在此酸性条件下NO3-能氧化Ag。某同学设计实验验证假设2，请帮他完成下表中内容（提示：NO3-在不同条件下的还原产物较复杂，有时难以观察到气体产生）。对于上题的解答，可运用“求异法”进行分析。结合氧化还原反应理论确定需要考察的先行现象为：溶液中存在Fe3+、酸性条件下的NO3-。从而得出假设：（1）Fe3+是Ag被氧化的原因；（2）酸性条件下的NO3-是Ag被氧化的原因。进而作出推论：（1）Fe3+不存在，银镜不溶解；（2）酸性条件下的NO3-不存在，银镜不溶解。然后得出验证方案：（1）测得原Fe(NO3)3溶液中NO3-浓度、H+浓度；配制与原Fe(NO3)3溶液中NO3-浓度、H+浓度相同的NaNO3与HNO3混合液，令其与银镜反应；（2）测得原Fe(NO3)3溶液中Fe3+浓度，配制与原Fe(NO3)3溶液中Fe3+浓度相同的FeCl3溶液，令其与银镜反应。此处的验证方案（1）经过适当的语言组织，便是本题第（3）小问的答案。这里需要说明的是，该题的标准答案为：①测定上述实验用的Fe(NO3)3溶液的pH；②配制相同pH的稀硝酸溶液，将此溶液加入有银镜的试管内。笔者认为这一答案还欠严密，因为所配制的稀硝酸溶液中的NO3-浓度远小于实验用的Fe(NO3)3溶液的NO3-浓度，从而影响到NO3-的氧化性。而笔者所提的验证方案则无这一缺陷。

4“求异法”在化学教学中运用的注意事项

虽然“求异法”在“探究化学现象间的因果联系”的教学活动能发挥重要的作用，然而它也有自身的局限性。因此，为了提高运用“求异法”所得结论的可靠程度，使其更好地为化学教学服务，需要探究运用它的一些注意事项。在化学教学中运用“求异法”，主要应注意以下三点：（1）要注意由“求异法”求得的原因是被研究现象的全部原因，还是仅仅是部分原因。不能仅将部分原因认作全部原因，而应继续探究被研究现象的所有复合原因[6]。如，在初中化学教学阶段认为燃烧的三个条件为：物质本身是可燃物、可燃物接触氧气或空气、可燃物达到着火点，这三个条件是燃烧的复合原因，缺一不可[7]。如果在探究式教学过程中，学生仅满足于某一个原因的探究上，则应鼓励和引导学生继续探究燃烧的全部原因。（2）“求异法”的作用在于探求被研究现象的原因，主要解决的是“哪些先行现象是被研究现象的原因”这一问题，但它却未能回答“为什么这些先行现象是被研究现象的原因”这一问题。例如，在案例1中，仅用“求异法”无法回答为什么HClO能够使变红的石蕊褪色，化学教师需要直接向学生解释：是HClO的强氧化性使变红的石蕊氧化成无色物质。因此，在用“求异法”找到被研究现象的原因后，如果化学教师知道为什么该原因能引发被研究现象，且学生又能够理解，那么化学教师就应该尽量将其告知给学生或者引导学生作进一步的分析，从而使学生知其所以然。（3）如果用“求异法”探究后发现几个先行现象同为被研究现象的原因，这也不能表明在被研究的情境下，各个原因一定都发挥了作用，对于这种情况应具体问题具体分析。例如，在案例3中，如果经过验证后发现：原Fe(NO3)3溶液中，Fe3+和酸性条件下的NO3-都能单独氧化Ag，但也不能因此就断定：原Fe(NO3)3溶液中，Fe3+和酸性条件下的NO3-都氧化了Ag；因为依据氧化还原反应的优先反应定律，如果原Fe(NO3)3溶液中，Fe3+和酸性条件下的NO3-的氧化性不等，则其中氧化性更强的会先与还原剂Ag发生反应，此时，若Ag的量不足，则其中氧化性较弱的就没机会与Ag发生反应了。若要确证谁真正地氧化了Ag，应另寻他法，譬如检验二者与Ag反应后的产物。

作者：陈键胡志刚工作单位：福建师范大学化学与化工学院