化學求異法教學研究

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1“求異法”簡介

“求異法”是一種用來探求因果聯系的邏輯方法。它是由穆勒系統總結的“求因果五法”中的一種方法。具體地說，“求異法”是指這樣的一組操作：考察被研究現象出現和不出現的兩種場合，在這兩種場合都出現的那些先行現象不是被研究的原因，而在被研究現象出現時出現、在被研究現象不出現時不出現的那個先行現象，則可能與被研究現象有因果聯系。“求異法”的推理形式可用公式表示為：場合1：有先行現象（或伴隨現象）A，有被研究現象a。場合2：無先行現象（或伴隨現象）A，無被研究現象a。所以，A是a的原因。例如，場合1：有氧氣，鐵會生銹；場合2：無氧氣，鐵不會生銹；所以，氧氣是鐵生銹的一個原因（初中階段）。此外，本文不嚴格區分“先行現象”與“伴隨現象”，主要采用“先行現象”這一概念進行討論[1]。

2應用“求異法”的化學教學模式

“求異法”在化學教學中運用的主要思路為：先考察被研究現象a的出現場合，找出先行現象A，再創設無先行現象A的場合，觀察研究現象a是否出現，從而確定A是否為a的原因。其具體的應用模式為：尋找被研究現象a的先行現象A，因為因果聯系具有先后性，可以在被研究現象a的先行現象中去尋找它可能的原因，從而提出假設：A是a的原因。再得出推論：若無先行現象A，則無被研究現象a。最后對推論進行驗證，設計相應的驗證方案，若驗證結果為真，則原假設為真，即A是a的原因。這一應用模式雖然比較簡單，但在“探究化學現象間因果聯系”的教學活動中卻很實用，同時，也正因為它簡單易行，更便于師生掌握。

3“求異法”在化學教學中的具體應用

3.1在化學探究式教學中的應用

探究式教學是新課改大力倡導的一種教學方式。它有利于學生掌握與應用科學知識，建構與發展科學概念，理解科學本質與科學過程；有利于學生掌握探究方法和實驗技能；有利于培育學生的科學興趣、科學態度和創新精神[2]。然而，在化學探究式教學的實踐中也存在諸多難點，其中之一便是：學生提出假設及驗證方案的能力尚顯薄弱[3]，化學教師甚至因此包辦“提出假設及驗證方案”這一探究環節，使探究式教學的意義大打折扣。而運用“求異法”，可以幫助學生較好地提出“因果關系”類的假設及驗證方案，從而使學生的“探究”名符其實，更好地實現探究式教學的本真意蘊。案例1在探究氯水成分時，往氯水中滴入紫色石蕊試液，溶液先變為紅色，接著紅色褪去。溶液變紅，說明氯水中含有H+，那么，為什么紅色會褪去？是什么物質使紅色褪去呢？教學時便可引導學生對此進行探究。可運用“求異法”進行分析，提出相應的假設及驗證方案。其中，紅色褪去的先行現象為：存在Cl2、H2O、HCl、HClO（可從氧化還原反應原理的角度推理出，Cl2與H2O反應的另一產物為含正價氯的化合物，事先可告訴學生其為HClO）。依據已有的化學知識，可排除H2O與HCl。從而得出假設：（1）Cl2是紅色褪去的原因；（2）HClO是紅色褪去的原因。從而作出推論：（1）若Cl2不存在，則有色物質不褪色；（2）若HClO不存在，則有色物質不褪色。進而得出驗證方案：（1）讓HClO單獨與有色物質接觸，即取相同濃度的新制的HClO溶液，滴入紫色石蕊試液；（2）讓Cl2單獨與有色物質接觸，即將干燥的氯氣通入裝有干燥紅色石蕊試紙的試劑瓶中（更嚴謹的方案是：用CCl4萃取出氯水中的Cl2，將干燥的紅色石蕊試紙伸入Cl2的CCl4溶液中）。在實際教學中，為了教學方便，可以只對方案（2）進行驗證，排除Cl2具有漂白性的假設，進而運用排除法，得出HClO具有漂白性的結論。需要說明的是，假設（1）和（2）是針對不同的先行現象提出的，彼此相互獨立，并非相互排斥，假設（1）為真，并不意味著假設（2）為假。若二者同為真，則情況就比較復雜，具體的說明可參見本文第4部分的第（3）點。與常規的教學相比上述分析，條理清晰，邏輯性更強，所得方案更全面。而常規的教學只是在發現問題“是什么物質使紅色褪去”之后，教師便直接演示驗證方案：往裝有干燥氯氣的集氣瓶中放入一半濕潤的紅紙條，數秒后觀察紅紙條的變化情況[4]。這不僅浪費了一次培養學生提出假設及驗證方案能力的機會，而且，這一驗證方案，只是上文中的驗證方案（2），缺少方案（1），從理論上看不夠全面，如果Cl2與HClO都有漂白性的話，則該方案就無法驗證HClO的漂白性了。

3.2在處理化學實驗反常現象中的應用

化學是一門以實驗為主的科學，實驗是化學科學研究的重要方法。因此，在化學教學中也應該注重化學實驗的應用，多開展實驗教學，從而更好地培養學生的動手實驗能力。然而師生在進行化學實驗的過程中，有時會發現一些與教材、理論有矛盾的實驗反常現象，如果教師處理不當，會造成學生的認知困惑與認知誤區：不知究竟應該相信自己親眼所見的實驗反常現象，還是應該相信教材的陳述與理論的分析。因此，在處理化學實驗反常現象時，化學教師應該引導學生對其進行科學而及時的分析，得出實驗反常現象的原因，解除認知困惑。而適當地運用“求異法”，則有利于這一分析過程的進行。案例2在做鈉在空氣中點燃的學生實驗時，有些學生會發現反常的實驗現象：Na在空氣中燃燒冒有黑煙。對于這一反常的實驗現象，化學教師可用“求異法”引導學生進行分析。產生黑煙的先行現象主要有：空氣存在CO2、Na表面有煤油。因此，可以據此做出假設：（1）CO2與Na發生反應是產生黑煙的原因，（2）煤油燃燒是產生黑煙的原因。由假設（1）可得推論（1）：若CO2不存在，則不產生黑煙；進而得出驗證方案（1）：將帶有煤油的Na置于純氧中加熱。由假設（2）可得推論（2）：煤油不存在，不產生黑煙；進而得出驗證方案（2）：將鈉塊表面用小刀全部切除，置于空氣中點燃。另外，由于這一反常的實驗現象不是教學中的重點，為了節省教學時間，也可以采用其他相對簡易的方法對上述兩個假設進行驗證。對于假設（1），可以用氧化還原反應的理論對“CO2與Na的反應”進行分析，可以推斷出其產物為黑色的碳粉，但CO2在空氣中的含量太少，Na應該優先與氧氣反應，因此黑煙為碳粉的可能性極小。對于假設（2），可直接告知學生煤油燃燒冒有黑煙，或者引導學生聯想柴油機（煤油與柴油類似）冒黑煙的情境。

3.3在解答探究性試題（或習題）中的應用

科學探究能力是科學素養的重要構成之一。新課改以來，為了使中學化學教學注重培養學生的化學探究能力，各地化學中高考試卷逐漸重視對學生化學探究能力的考察，探究性試題陸續出現在各地化學中高考試卷中，甚至成為中高考卷的主打題型[5]。而在解答探究性試題中，如果能夠適當地運用“求異法”對試題進行分析，則有助于“探究化學現象間的因果聯系”類探究性試題的解答。案例3（截選自2010年安徽高考理綜卷28題）某研究性學習小組在網上收集到如下信息：Fe(NO3)3溶液可以蝕刻銀，制作美麗的銀飾。他們對蝕刻銀的原因進行了如下探究：[實驗]制作銀鏡，并與Fe(NO3)3溶液反應，發現銀鏡溶解。[提出假設]假設1：Fe3+具有氧化性，能氧化Ag。假設2：Fe(NO3)3溶液顯酸性，在此酸性條件下NO3-能氧化Ag。某同學設計實驗驗證假設2，請幫他完成下表中內容（提示：NO3-在不同條件下的還原產物較復雜，有時難以觀察到氣體產生）。對于上題的解答，可運用“求異法”進行分析。結合氧化還原反應理論確定需要考察的先行現象為：溶液中存在Fe3+、酸性條件下的NO3-。從而得出假設：（1）Fe3+是Ag被氧化的原因；（2）酸性條件下的NO3-是Ag被氧化的原因。進而作出推論：（1）Fe3+不存在，銀鏡不溶解；（2）酸性條件下的NO3-不存在，銀鏡不溶解。然后得出驗證方案：（1）測得原Fe(NO3)3溶液中NO3-濃度、H+濃度；配制與原Fe(NO3)3溶液中NO3-濃度、H+濃度相同的NaNO3與HNO3混合液，令其與銀鏡反應；（2）測得原Fe(NO3)3溶液中Fe3+濃度，配制與原Fe(NO3)3溶液中Fe3+濃度相同的FeCl3溶液，令其與銀鏡反應。此處的驗證方案（1）經過適當的語言組織，便是本題第（3）小問的答案。這里需要說明的是，該題的標準答案為：①測定上述實驗用的Fe(NO3)3溶液的pH；②配制相同pH的稀硝酸溶液，將此溶液加入有銀鏡的試管內。筆者認為這一答案還欠嚴密，因為所配制的稀硝酸溶液中的NO3-濃度遠小于實驗用的Fe(NO3)3溶液的NO3-濃度，從而影響到NO3-的氧化性。而筆者所提的驗證方案則無這一缺陷。

4“求異法”在化學教學中運用的注意事項

雖然“求異法”在“探究化學現象間的因果聯系”的教學活動能發揮重要的作用，然而它也有自身的局限性。因此，為了提高運用“求異法”所得結論的可靠程度，使其更好地為化學教學服務，需要探究運用它的一些注意事項。在化學教學中運用“求異法”，主要應注意以下三點：（1）要注意由“求異法”求得的原因是被研究現象的全部原因，還是僅僅是部分原因。不能僅將部分原因認作全部原因，而應繼續探究被研究現象的所有復合原因[6]。如，在初中化學教學階段認為燃燒的三個條件為：物質本身是可燃物、可燃物接觸氧氣或空氣、可燃物達到著火點，這三個條件是燃燒的復合原因，缺一不可[7]。如果在探究式教學過程中，學生僅滿足于某一個原因的探究上，則應鼓勵和引導學生繼續探究燃燒的全部原因。（2）“求異法”的作用在于探求被研究現象的原因，主要解決的是“哪些先行現象是被研究現象的原因”這一問題，但它卻未能回答“為什么這些先行現象是被研究現象的原因”這一問題。例如，在案例1中，僅用“求異法”無法回答為什么HClO能夠使變紅的石蕊褪色，化學教師需要直接向學生解釋：是HClO的強氧化性使變紅的石蕊氧化成無色物質。因此，在用“求異法”找到被研究現象的原因后，如果化學教師知道為什么該原因能引發被研究現象，且學生又能夠理解，那么化學教師就應該盡量將其告知給學生或者引導學生作進一步的分析，從而使學生知其所以然。（3）如果用“求異法”探究后發現幾個先行現象同為被研究現象的原因，這也不能表明在被研究的情境下，各個原因一定都發揮了作用，對于這種情況應具體問題具體分析。例如，在案例3中，如果經過驗證后發現：原Fe(NO3)3溶液中，Fe3+和酸性條件下的NO3-都能單獨氧化Ag，但也不能因此就斷定：原Fe(NO3)3溶液中，Fe3+和酸性條件下的NO3-都氧化了Ag；因為依據氧化還原反應的優先反應定律，如果原Fe(NO3)3溶液中，Fe3+和酸性條件下的NO3-的氧化性不等，則其中氧化性更強的會先與還原劑Ag發生反應，此時，若Ag的量不足，則其中氧化性較弱的就沒機會與Ag發生反應了。若要確證誰真正地氧化了Ag，應另尋他法，譬如檢驗二者與Ag反應后的產物。

作者：陳鍵胡志剛工作單位：福建師范大學化學與化工學院