王俏俏

（浙江省東陽中學 浙江 東陽 322100）

實驗現(xiàn)象“異常”：非失敗，而是不可預測
——以探究“淀粉水解實驗”中的“異?！爆F(xiàn)象為例

王俏俏

（浙江省東陽中學 浙江 東陽 322100）

遵循假設、分析、實驗求證的探究過程，引導學生探究淀粉水解實驗中的“異?！爆F(xiàn)象。認識到化學反應并非如方程式書寫那樣由反應物一步變成生成物，因此不可根據(jù)方程式預測反應現(xiàn)象，“異?！爆F(xiàn)象可能源于其反應歷程中某一步或潛在的副反應。在教學中應立足于化學反應的過程性和復雜性，以更科學開放的心態(tài)看待實驗中出現(xiàn)的“異?！爆F(xiàn)象。

實驗教學；淀粉水解實驗；“異?！爆F(xiàn)象；實驗探究

化學實驗無疑是幫助學生認知化學原理，培養(yǎng)觀察能力、動手實踐能力、思維能力和提升學生核心素養(yǎng)的重要途徑，但化學實驗會受多種因素，如溫度，試劑濃度、純度、用量、滴加順序等的影響，也是各種因素共同作用的結(jié)果。所以有時候，根據(jù)化學原理得出的理論設想是一回事，而實際操作又是另一回事，兩者不一定“全等”，因為實驗遠沒有理論設想那么“純粹”［1］。真實實驗的不純粹導致在實驗中時不時有“意外”發(fā)現(xiàn)。這些始料不及的“意外”，會讓學生迷惑不解，也會激起學生一探究竟的欲望。我們將與預想不一致的實驗現(xiàn)象稱為“異?！爆F(xiàn)象，它們能為教學提供精彩的生成性資源，是培養(yǎng)學生敏銳的觀察力、實事求是的科學態(tài)度的良好契機。

在做“淀粉水解及其產(chǎn)物檢驗”的實驗時我們發(fā)現(xiàn)了一些“異?！爆F(xiàn)象。按要求實驗具體操作是：向淀粉溶液中加入稀硫酸，加熱煮沸一段時間后冷卻，取少量水解液，加碘水，觀察得到現(xiàn)象1。再取少量水解液，加NaOH至堿性，加新制Cu（OH）2，水浴加熱，觀察得到現(xiàn)象2。根據(jù)現(xiàn)象1、2就可得出相應結(jié)論，具體如表1所示。

表1 實驗現(xiàn)象與結(jié)論

但在學生分組實驗時，觀察到的現(xiàn)象卻不如表1“純粹”。取水解液，加碘水，不變藍，但實驗結(jié)束洗滌試管時卻發(fā)現(xiàn)溶液呈藍色了（“異?！爆F(xiàn)象一）。水解液加NaOH中和后再加新制Cu（OH）2，固體意外溶解了（“異?！爆F(xiàn)象二）。生成磚紅色沉淀后，未從水浴中取出試管，一節(jié)課后固體竟成了黑色（“異?！爆F(xiàn)象三）。

面對學生展示的“異?！爆F(xiàn)象，教師要嚴謹求實，既不簡單臆測，也不模糊處理，而是和學生一起細致分析產(chǎn)生“異?！爆F(xiàn)象的原因。對可以通過簡單的化學實驗驗證的推測和假設，要動手實驗，進行探究［2］。

一、對實驗“異?！爆F(xiàn)象探究的一般性過程

學生發(fā)現(xiàn)“異常”現(xiàn)象后，近乎本能地想探究“異常”現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。探究一般要經(jīng)歷以下幾個環(huán)節(jié)。

（1）猜測與假設。從溫度，試劑濃度、純度、用量、滴加順序，是不是有副反應……等方面進行大膽、不受拘束地猜測與假設。

（2）分析論證。根據(jù)實驗操作和現(xiàn)象，結(jié)合化學知識，科學篩選，確定最有可能的原因。

（3）實驗設計。針對可能性最高的原因，設計實驗方案。

（4）實踐求證。領取儀器與試劑，開展實驗求證，對原因進行證實或證偽。

其中（1）是探究的關鍵。因為探究的目標或內(nèi)容決定了選用什么化學體系；化學體系選定之后，使用什么樣的儀器裝置也就大致確定了；實驗步驟又取決于所選定的化學體系和儀器裝置［3］。所以在猜測與假設環(huán)節(jié)要讓學生積極地發(fā)散，盡可能多地找出產(chǎn)生“異?！爆F(xiàn)象的原因。

二、對三個“異常”現(xiàn)象的探究

1.對“異?！爆F(xiàn)象一的探究

向水解液中加碘水，不變藍，說明淀粉已完全水解，但放置一段時間后卻出現(xiàn)藍色，說明淀粉未完全水解。自相矛盾的原因是什么？

假設一：試劑（淀粉溶液、碘水）有問題。

假設二：試劑滴加順序有問題。

久置后溶液呈“藍色”。無論是碘水加入淀粉溶液，還是倒過來，均變藍。說明“異?！爆F(xiàn)象與實驗試劑及滴加順序無關。

于是就讓發(fā)現(xiàn)“異?！爆F(xiàn)象的學生仔細回憶實驗過程，發(fā)現(xiàn)一個操作細節(jié)：都是在停止煮沸后就立即取樣。這時溶液是熱的，是溫度造成“異?！爆F(xiàn)象嗎？

假設三：溫度造成淀粉遇碘不變藍。

實驗1 向試管中加入2mL淀粉溶液、2滴飽和碘水，振蕩后加熱，觀察溶液顏色變化。冷卻，再觀察顏色變化。

振蕩后呈藍色，加熱藍色褪去，冷卻后藍色復現(xiàn)。實驗1證實了假設三是合理的。

查資料得知：“碘－淀粉呈藍色的靈敏度隨溫度的升高而迅速下降。當溫度高于50℃時，就不易顯色，因為溫度升高時，淀粉的螺旋構(gòu)象被破壞，無法再吸附碘分子。當溫度降低時，淀粉恢復螺旋構(gòu)象，在配合與吸附作用下重新生成藍色的淀粉－碘包合物［4］［5］?！?/p>

2.對“異?！爆F(xiàn)象二的探究

加NaOH中和稀硫酸后，加新制Cu（OH）2檢驗水解產(chǎn)物葡萄糖，結(jié)果意外發(fā)現(xiàn)固體溶解了。

在討論之后也否定了試劑的原因，因為加熱后磚紅色沉淀很明顯。

假設一：NaOH用量不足，剩余的硫酸溶解了固體Cu（OH）2。

實驗2 向水解液中加NaOH至溶液呈堿性（用pH試紙確認），再加入新制Cu（OH）2，觀察固體是否溶解。

固體仍然溶解。最有把握的假設被否決了，大家因找不到合理的原因而陷入苦悶。這時有學生忽然叫了起來，說：“有了！葡萄糖是多羥基醛，分子內(nèi)有5個羥基，能與Cu（OH）2生成絳藍色物質(zhì)?！苯?jīng)他一提醒，學生馬上想起了蘇教版《實驗化學》中的“用新制Cu（OH）2檢驗牙膏中的甘油”實驗，于是再次進行假設。

假設二：葡萄糖中的羥基溶解Cu（OH）2固體。

實驗3取2支試管，均加入2mL NaOH溶液，加3滴CuSO4溶液，一支加甘油至固體完全溶解，另一支加NaOH中和后的淀粉水解液，進行比色。

兩支試管中的溶液均呈絳藍色，假設二正確。

通過這次探究，學生不僅鞏固了甘油與Cu（OH）2的反應，也完成了對相關知識的遷移應用。

3.對“異?！爆F(xiàn)象三的探究

黑色固體是什么？根據(jù)體系內(nèi)的元素種類，推測應該是CuO。并形成如下假設。

假設：水浴加熱下，空氣中的O2氧化了Cu2O：2Cu2O+O2======4CuO。

實驗4取少量磚紅色Cu2O固體于燒杯中，用蒸餾水洗凈，加少量水，加熱煮沸，并不斷攪拌。觀察固體顏色變化。

實驗5用傾析法除去燒杯內(nèi)的水，用蒸餾水洗滌3次，再加濃鹽酸至固體完全溶解，觀察溶液顏色。

實驗4中的固體逐漸變黑，說明Cu2O被O2氧化成了CuO。因Cu2O溶于濃鹽酸生成無色溶液：Cu2O+4HCl= ===== 2HCuCl2+H2O［6］，故實驗 5溶液中出現(xiàn)的藍色應來自CuO與鹽酸生成的Cu2+。假設成立。

三、科學認知實驗中的“異常”現(xiàn)象

教學中，教師普遍擔心實驗出現(xiàn)“異常”現(xiàn)象，一是怕造成學生注意力分散，影響后續(xù)教學；二是怕無法提供合理解釋，被學生質(zhì)疑自己的業(yè)務能力。其實，這種擔心的深層次原因是對化學反應過程性與復雜性認識不清。

在編寫教材時，為幫助學生認識化學變化、理解反應原理，專家通常會選取現(xiàn)象明顯、副反應少的實驗素材，以突出主要反應、避免次要現(xiàn)象的干擾。這些精心選擇的素材卻屏蔽了師生對化學變化的多樣性、復雜性的認知［7］。久而久之，教師和學生均以為化學反應就如同方程式書寫的那樣，由反應物一步變成生成物，因而反應現(xiàn)象是可以預測的，而且只要試劑和操作沒問題，就不應該出現(xiàn)“異?！爆F(xiàn)象。否則實驗就是“失敗”。

但實際上無論是無機反應還是有機反應都存在反應歷程，“異常”現(xiàn)象可能是其中某一步呈現(xiàn)的反應現(xiàn)象。化學反應還可能存在副反應，“異?！爆F(xiàn)象可能與副反應有關。如本文中，除了“異?！爆F(xiàn)象一是由操作原因造成的，其它兩個都源于副反應。

要消除對“異?！爆F(xiàn)象的擔心，就要科學認知化學方程式。知道化學方程式僅僅表示反應物和產(chǎn)物以及它們間的計量關系，僅是反應體系的主要方面，并不是真實的反應歷程，更沒有體現(xiàn)副反應。如果能從過程的復雜性和化學方程式只描述主要方面的角度來看待化學變化，我們對待“異?！爆F(xiàn)象就會更開放，就不會再去限制學生“該”看到什么和“不該”看到什么。這樣，學生可以仔細觀察化學變化中的各種現(xiàn)象，然后師生一起區(qū)分哪是主反應、哪是副反應，把主反應用化學方程式表示出來，副反應現(xiàn)象留作探究。這有利于學生更好地體驗化學變化的復雜性，認識更真實的化學反應［8］。

四、結(jié)束語

如果實驗中有“意外”發(fā)現(xiàn)，無疑會提升學生在實驗時的專注度（而不是簡單重復老師的動作，發(fā)現(xiàn)老師已講過的結(jié)論），這有利于培養(yǎng)學生觀察的敏捷性、全面性。有些“異常”現(xiàn)象對教師來說也是首次遇到，學生就失去了依賴心理，尋求答案必須靠自己進行探索［9］。通過分析和探究，不僅消除了疑問，深化了對知識的認知水平，培養(yǎng)了嚴謹治學的態(tài)度和獻身科學的精神，還為學生將來從事科學研究提供了實踐機會。因此，教學中要正確認識并利用好“異?！爆F(xiàn)象，讓“異?！贝龠M學生綜合素養(yǎng)的“正常”發(fā)展。

［1］ 吳朝輝.對“CO2更易溶于飽和NaHCO3溶液”的再求證［J］.中學化學教學參考,2016（10）：66-68

［2］ 王云生.王云生的中學化學教學主張［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社,2014：38-40

［3］ 宋心琦.再談中學化學實驗教學改革（上）在《化學教學》“中學化學實驗教學高級研修班”上的講話［J］.化學教學,2013（3）：3-7

［4］ 王祖浩,王程杰.配蘇教版普通高中課程標準實驗教科書高中化學教學參考書：實驗化學（選修）（第二版）［M］.南京：江蘇教育出版社,2011：57-58

［5］ 王瑛.淀粉遇碘都顯藍色嗎［J］.化學教學,2007（1）：75-76

［6］ 楊帆，張鳳桂，袁廷新.用銅電極電解飽和食鹽水實驗的深度研究［J］.化學教育,2009（10）：60-61

［7］［8］魏銳，方芳，楊萌.挖掘教學內(nèi)容所蘊含的化學基本觀念［J］.化學教育,2012（2）：4-8

［9］ 龔國祥.引導高中學生“真”探究——以家用“管道疏通劑”研究為例［J］.中學化學教學參考,2016（9）：26-29

1008-0546（2017）10-0085-02

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10.3969/j.issn.1008-0546.2017.10.027