置頂

物理與化學是很有趣的兩門學科,對我來說這兩類的學問幾乎就是許許多多有趣的遊戲。也許有人覺得物理與化學太專門或者太嚴肅,對這一點我想說得是:當你很喜歡這個遊戲的時候,你自然就會慢慢變得很專門,你也會很認真,甚至有時候會很嚴肅。
但是別忘了其中的樂趣,這些樂趣是吸引了許多人投入這個領域的極大誘因。 如果你喜歡這兩門學科那很好,請好好的玩它!如果你沒有那麼喜歡,那也無妨,你還是可以從中獲得一些樂趣。

2015年3月12日

2015化學基礎探究課程

化學是從哪裡開始的呢?學生該從哪裡開始學習化學呢?上學期的期末,從原子、分子、元素的認識切入。開始接觸一些化學符號。這學期則是從化學的質量守恆定律、原子量、分子量、莫耳數、化學計量開始談。

這些在化學上基礎的觀念或名詞,其實一方面不太基礎,另一方面其實不太實用。莫耳、原子量這些東西,離開化學領域就幾乎用不到,是非常專業的化學名詞。原子量、分子量、莫耳這些東西,其實也是化學家花了好長的時間才建立起來的東西,事實上並不太容易。

當然這些的確已經是近代化學課程的基礎了,從這邊切入,獲得學習化學的鑰匙。了解這些名詞,熟悉化學式,化學反應式這些符號語言之後,就比較可能開始閱讀幾百年累積下來的化學知識了。

這很好!

不過我覺得,有另外一個角度的切入,是(我自認為)人類化學的開始,也可以是學生學習化學的起點。



那就是,把一堆藥品擺在你面前,你開始把這些東西拿出來看;弄一點藥粉丟到水裡攪拌一下;拿試紙測一下;拿鹽酸硫酸滴一下;拿一把火焰槍給它燒一下!of course!




看看會怎樣!在課堂裡面,你會隨時聽到「哇~~」這樣的聲音。

然後,學習著把結果記錄下來,學習著一項一項做測試,學習著稍微等待一下,學習著用化學的角度來看這些物質,認識這些物質。


學生在進行這些活動的過程,拿起他們設計的記錄表格,跟同組的同學說:「找碳酸鈉來,就Na2CO3」藥品的罐子。在操作這些實驗的過程中,這些化合物的名字和化學式,就大量自然的出現在他們面前,他們就直接的使用這些名詞來溝通。

過了一段時間,記錄好了。獲得了一些資訊,又怎麼樣呢?要他們把結果背起來嗎?不不,還沒到那時候。接下來是很多探究化學時可以獲得能力的機會,不要輕易放過。

首先先來確定一下這些結果是「正確」的吧。什麼是正確的?除了老師記得的那些之外(註)其實他們彼此之間實驗結果的比對是很重要的啊。這東西叫做「再現性」

我要他們把自己的實驗結果和別人的去做比對。總共八組的實驗結果,看看是不是都很一致。如果大家的結果都非常一致,那代表我們可以對這樣的實驗結果很有信心。如果實驗結果是錯的,那分析就沒意義了。

如果你的實驗結果和別人的不一致,該怎麼判斷是你對還是其他人對?如果七組的結果都一樣,只有你跟別人不一樣。你該怎麼辦?你應該問自己你有沒有很仔細很小心的做實驗?有沒有重複實驗很多次都得到一樣的結果?假如你很小心,又重複結果一百次,然後就是跟那七組不一樣,很可能其實不是其他人對,而是你對了。

不過如果其他七組的結果錯誤,又一致,那代表其他七組都犯了相同的錯誤,也不太容易發生就是了。

結果比對完畢之後,就可以開始進行推論。進行推論幹嘛呢?

假如我們從實證經驗中,獲得了一百個事實。而這一百個事實並沒辦法帶我們看到未知,那這些事實的價值就不夠高。如果我們從這一百個事實裡面,可以做出推論預測,帶我們看到走到新的世界,那就厲害了!

師生對話大概是這樣的

「去找找這些實驗結果中,有沒有看到什麼規則規律,把它找出來」

「我覺得碳酸根碰到鹽酸都會產生泡泡」
「是不是找到一個碳酸根遇到酸不產生氣泡,就可以打破這個論述?」
「所以你覺得只要碰到酸產生氣泡的就是碳酸根嗎?或是說如果我們把酸滴到某個粉末上,看到粉末產生了氣泡,我們就很傾向去猜裡面有碳酸根?」

「硫酸根和鹽酸硫酸都不起什麼反應」
「那硝酸根呢?」
「好像也沒有」
「證據呢?我應該看哪些反應?」
「就這個這個和那個...」


「我看到有硝酸根的,常常都有結晶狀」
「我看到IIA族會和硫酸根產生沈澱」
「我看到燄色和陽離子有關」
「你們自己挑選的藥品兩兩配對反應的實驗裡面,有哪些可以進一步佐證你們的說法的?」
「硝酸鍶和硫酸銅也會有白色沈澱啊」

「你覺得未知一是什麼?」
「這個應該是碳酸鉀」
「為什麼?」
「因為碰到酸產生氣泡,而且燄色是淺紫色啊」


「那未知二呢?」
「未知二最難」
「怎麼說?」
「因為燄色是黃綠色的,其他都沒有」
「難道完全沒頭緒嗎?」
「有,我知道他不是鈉,不是鉀,不是鈣,不是鍶,不是銅....」
「很好,縮小範圍了,你還可以知道什麼?」
「應該是IIA族,因為碰到硫酸沈澱了」
「所以只剩下,鈹、鎂、鋇可以選了」



「陰離子呢?」
「沒有產生氣泡,所以不會是碳酸根,但是我不知道是硫酸根還是硝酸根」
「所以以我們目前對未知二的測試,沒有辦法猜出是硝酸根還是硫酸根?」
「嗯,沒有辦法」
「那你告訴我,能不能找到一個實驗,只要進行這個測試,就能夠確定到底是硝酸根還是硫酸根」
「滴個硝酸鍶就好」


......

「你們有沒有發現,其實不用作測試,也可以猜出來不是硫酸根,而是硝酸根?因為未知二會溶解在水中,你們又說是IIA族,所以一定是不硝酸根。
剩下的燄色你們去查一下,哪一個元素的燄色是黃綠色,就知道它是誰了」


上面這些對話,這些思考,是屬於一個化學家的思考方式。面對大量繁雜的資料,有同有異,去進行分析整理,從裡面找到規則找到證據。從這些角度去認識物質世界。

從煉金術一直到拉瓦節,從道耳吞到門得列夫,他們都一直在做這樣的事情吧。

這是我心目中的「化學基礎」之一




PS.很貪心的把導電性和酸鹼性納入測試的內容,結果反而造成很多困擾,多花了很多時間。以後還是不該貪心才對。

PS.2 太可怕了,課本裡面的東西怎麼辦?一半穿插著講,一半用翻轉。想做實驗去做實驗,想看課本內容,就去看...差異化教學






註:什麼是正確的?這件事情其實蠻可怕的,我們以前背的東西,其實都只是個大概而已。

例如碳酸鈣不溶於水,所以將碳酸鈣與水混合之後,液體會是中性的?結果學生一測,是鹼性的!拿導電測試器測試,燈泡還會亮起來。

嗯哼~我看我不能把我以前背的那些東西拿出來。把知識凌駕在實證經驗上!

哇!那好可怕!標準答案怎麼辦?碳酸鈣不溶於水嗎?其實微溶ㄟ,而且水溶液真的是弱鹼性,這才是真的標準答案吧!

不過有時候的確會出現不太標準的答案。像硫酸鉀則是怎麼做都是酸性的,唉唷我的媽呀!有些藥品或許放太久了,下次做這活動之前,應該買新藥品才對。很多化學藥品放久了總是會有受潮、氧化或者和二氧化碳反應等等,還真的很難掌握啊!

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