實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象“異?！保悍鞘?，而是不可預(yù)測(cè)
——以探究“淀粉水解實(shí)驗(yàn)”中的“異?！爆F(xiàn)象為例

王俏俏

（浙江省東陽(yáng)中學(xué) 浙江 東陽(yáng) 322100）

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象“異?！保悍鞘?，而是不可預(yù)測(cè)
——以探究“淀粉水解實(shí)驗(yàn)”中的“異?！爆F(xiàn)象為例

王俏俏

（浙江省東陽(yáng)中學(xué) 浙江 東陽(yáng) 322100）

遵循假設(shè)、分析、實(shí)驗(yàn)求證的探究過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生探究淀粉水解實(shí)驗(yàn)中的“異?！爆F(xiàn)象。認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)并非如方程式書寫那樣由反應(yīng)物一步變成生成物，因此不可根據(jù)方程式預(yù)測(cè)反應(yīng)現(xiàn)象，“異?！爆F(xiàn)象可能源于其反應(yīng)歷程中某一步或潛在的副反應(yīng)。在教學(xué)中應(yīng)立足于化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程性和復(fù)雜性，以更科學(xué)開(kāi)放的心態(tài)看待實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的“異?！爆F(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)；淀粉水解實(shí)驗(yàn)；“異?！爆F(xiàn)象；實(shí)驗(yàn)探究

化學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)疑是幫助學(xué)生認(rèn)知化學(xué)原理，培養(yǎng)觀察能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、思維能力和提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑，但化學(xué)實(shí)驗(yàn)會(huì)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(shí)候，根據(jù)化學(xué)原理得出的理論設(shè)想是一回事，而實(shí)際操作又是另一回事，兩者不一定“全等”，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)遠(yuǎn)沒(méi)有理論設(shè)想那么“純粹”［1］。真實(shí)實(shí)驗(yàn)的不純粹導(dǎo)致在實(shí)驗(yàn)中時(shí)不時(shí)有“意外”發(fā)現(xiàn)。這些始料不及的“意外”，會(huì)讓學(xué)生迷惑不解，也會(huì)激起學(xué)生一探究竟的欲望。我們將與預(yù)想不一致的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象稱為“異常”現(xiàn)象，它們能為教學(xué)提供精彩的生成性資源，是培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察力、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度的良好契機(jī)。

在做“淀粉水解及其產(chǎn)物檢驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)我們發(fā)現(xiàn)了一些“異常”現(xiàn)象。按要求實(shí)驗(yàn)具體操作是：向淀粉溶液中加入稀硫酸，加熱煮沸一段時(shí)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(yīng)結(jié)論，具體如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論

但在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，觀察到的現(xiàn)象卻不如表1“純粹”。取水解液，加碘水，不變藍(lán)，但實(shí)驗(yàn)結(jié)束洗滌試管時(shí)卻發(fā)現(xiàn)溶液呈藍(lán)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(duì)學(xué)生展示的“異?！爆F(xiàn)象，教師要嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)，既不簡(jiǎn)單臆測(cè)，也不模糊處理，而是和學(xué)生一起細(xì)致分析產(chǎn)生“異?！爆F(xiàn)象的原因。對(duì)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的推測(cè)和假設(shè)，要?jiǎng)邮謱?shí)驗(yàn)，進(jìn)行探究［2］。

一、對(duì)實(shí)驗(yàn)“異?！爆F(xiàn)象探究的一般性過(guò)程

學(xué)生發(fā)現(xiàn)“異常”現(xiàn)象后，近乎本能地想探究“異?！爆F(xiàn)象產(chǎn)生的原因。探究一般要經(jīng)歷以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。

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

（2）分析論證。根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象，結(jié)合化學(xué)知識(shí)，科學(xué)篩選，確定最有可能的原因。

（3）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。針對(duì)可能性最高的原因，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

（4）實(shí)踐求證。領(lǐng)取儀器與試劑，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)求證，對(duì)原因進(jìn)行證實(shí)或證偽。

其中（1）是探究的關(guān)鍵。因?yàn)樘骄康哪繕?biāo)或內(nèi)容決定了選用什么化學(xué)體系；化學(xué)體系選定之后，使用什么樣的儀器裝置也就大致確定了；實(shí)驗(yàn)步驟又取決于所選定的化學(xué)體系和儀器裝置［3］。所以在猜測(cè)與假設(shè)環(huán)節(jié)要讓學(xué)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(duì)三個(gè)“異常”現(xiàn)象的探究

1.對(duì)“異?！爆F(xiàn)象一的探究

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

假設(shè)一：試劑（淀粉溶液、碘水）有問(wèn)題。

假設(shè)二：試劑滴加順序有問(wèn)題。

久置后溶液呈“藍(lán)色”。無(wú)論是碘水加入淀粉溶液，還是倒過(guò)來(lái)，均變藍(lán)。說(shuō)明“異常”現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)試劑及滴加順序無(wú)關(guān)。

于是就讓發(fā)現(xiàn)“異?！爆F(xiàn)象的學(xué)生仔細(xì)回憶實(shí)驗(yàn)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)一個(gè)操作細(xì)節(jié)：都是在停止煮沸后就立即取樣。這時(shí)溶液是熱的，是溫度造成“異?！爆F(xiàn)象嗎？

假設(shè)三：溫度造成淀粉遇碘不變藍(lán)。

實(shí)驗(yàn)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(lán)色，加熱藍(lán)色褪去，冷卻后藍(lán)色復(fù)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)1證實(shí)了假設(shè)三是合理的。

查資料得知：“碘－淀粉呈藍(lán)色的靈敏度隨溫度的升高而迅速下降。當(dāng)溫度高于50℃時(shí)，就不易顯色，因?yàn)闇囟壬邥r(shí)，淀粉的螺旋構(gòu)象被破壞，無(wú)法再吸附碘分子。當(dāng)溫度降低時(shí)，淀粉恢復(fù)螺旋構(gòu)象，在配合與吸附作用下重新生成藍(lán)色的淀粉－碘包合物［4］［5］。”

2.對(duì)“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(yàn)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?yàn)榧訜岷蟠u紅色沉淀很明顯。

假設(shè)一：NaOH用量不足，剩余的硫酸溶解了固體Cu（OH）2。

實(shí)驗(yàn)2 向水解液中加NaOH至溶液呈堿性（用pH試紙確認(rèn)），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(shè)被否決了，大家因找不到合理的原因而陷入苦悶。這時(shí)有學(xué)生忽然叫了起來(lái)，說(shuō)：“有了！葡萄糖是多羥基醛，分子內(nèi)有5個(gè)羥基，能與Cu（OH）2生成絳藍(lán)色物質(zhì)?！苯?jīng)他一提醒，學(xué)生馬上想起了蘇教版《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》中的“用新制Cu（OH）2檢驗(yàn)牙膏中的甘油”實(shí)驗(yàn)，于是再次進(jìn)行假設(shè)。

假設(shè)二：葡萄糖中的羥基溶解Cu（OH）2固體。

實(shí)驗(yàn)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(jìn)行比色。

兩支試管中的溶液均呈絳藍(lán)色，假設(shè)二正確。

通過(guò)這次探究，學(xué)生不僅鞏固了甘油與Cu（OH）2的反應(yīng)，也完成了對(duì)相關(guān)知識(shí)的遷移應(yīng)用。

3.對(duì)“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(cè)應(yīng)該是CuO。并形成如下假設(shè)。

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

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)4中的固體逐漸變黑，說(shuō)明Cu2O被O2氧化成了CuO。因Cu2O溶于濃鹽酸生成無(wú)色溶液：Cu2O+4HCl= ===== 2HCuCl2+H2O［6］，故實(shí)驗(yàn) 5溶液中出現(xiàn)的藍(lán)色應(yīng)來(lái)自CuO與鹽酸生成的Cu2+。假設(shè)成立。

三、科學(xué)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)中的“異?！爆F(xiàn)象

教學(xué)中，教師普遍擔(dān)心實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)“異常”現(xiàn)象，一是怕造成學(xué)生注意力分散，影響后續(xù)教學(xué)；二是怕無(wú)法提供合理解釋，被學(xué)生質(zhì)疑自己的業(yè)務(wù)能力。其實(shí)，這種擔(dān)心的深層次原因是對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程性與復(fù)雜性認(rèn)識(shí)不清。

在編寫教材時(shí)，為幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)變化、理解反應(yīng)原理，專家通常會(huì)選取現(xiàn)象明顯、副反應(yīng)少的實(shí)驗(yàn)素材，以突出主要反應(yīng)、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(duì)化學(xué)變化的多樣性、復(fù)雜性的認(rèn)知［7］。久而久之，教師和學(xué)生均以為化學(xué)反應(yīng)就如同方程式書寫的那樣，由反應(yīng)物一步變成生成物，因而反應(yīng)現(xiàn)象是可以預(yù)測(cè)的，而且只要試劑和操作沒(méi)問(wèn)題，就不應(yīng)該出現(xiàn)“異?！爆F(xiàn)象。否則實(shí)驗(yàn)就是“失敗”。

但實(shí)際上無(wú)論是無(wú)機(jī)反應(yīng)還是有機(jī)反應(yīng)都存在反應(yīng)歷程，“異常”現(xiàn)象可能是其中某一步呈現(xiàn)的反應(yīng)現(xiàn)象。化學(xué)反應(yīng)還可能存在副反應(yīng)，“異常”現(xiàn)象可能與副反應(yīng)有關(guān)。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(gè)都源于副反應(yīng)。

要消除對(duì)“異常”現(xiàn)象的擔(dān)心，就要科學(xué)認(rèn)知化學(xué)方程式。知道化學(xué)方程式僅僅表示反應(yīng)物和產(chǎn)物以及它們間的計(jì)量關(guān)系，僅是反應(yīng)體系的主要方面，并不是真實(shí)的反應(yīng)歷程，更沒(méi)有體現(xiàn)副反應(yīng)。如果能從過(guò)程的復(fù)雜性和化學(xué)方程式只描述主要方面的角度來(lái)看待化學(xué)變化，我們對(duì)待“異?！爆F(xiàn)象就會(huì)更開(kāi)放，就不會(huì)再去限制學(xué)生“該”看到什么和“不該”看到什么。這樣，學(xué)生可以仔細(xì)觀察化學(xué)變化中的各種現(xiàn)象，然后師生一起區(qū)分哪是主反應(yīng)、哪是副反應(yīng)，把主反應(yīng)用化學(xué)方程式表示出來(lái)，副反應(yīng)現(xiàn)象留作探究。這有利于學(xué)生更好地體驗(yàn)化學(xué)變化的復(fù)雜性，認(rèn)識(shí)更真實(shí)的化學(xué)反應(yīng)［8］。

四、結(jié)束語(yǔ)

如果實(shí)驗(yàn)中有“意外”發(fā)現(xiàn)，無(wú)疑會(huì)提升學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)的專注度（而不是簡(jiǎn)單重復(fù)老師的動(dòng)作，發(fā)現(xiàn)老師已講過(guò)的結(jié)論），這有利于培養(yǎng)學(xué)生觀察的敏捷性、全面性。有些“異?！爆F(xiàn)象對(duì)教師來(lái)說(shuō)也是首次遇到，學(xué)生就失去了依賴心理，尋求答案必須靠自己進(jìn)行探索［9］。通過(guò)分析和探究，不僅消除了疑問(wèn)，深化了對(duì)知識(shí)的認(rèn)知水平，培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度和獻(xiàn)身科學(xué)的精神，還為學(xué)生將來(lái)從事科學(xué)研究提供了實(shí)踐機(jī)會(huì)。因此，教學(xué)中要正確認(rèn)識(shí)并利用好“異?！爆F(xiàn)象，讓“異?！贝龠M(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)的“正?！卑l(fā)展。

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

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

［3］ 宋心琦.再談中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革（上）在《化學(xué)教學(xué)》“中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)高級(jí)研修班”上的講話［J］.化學(xué)教學(xué),2013（3）：3-7

［4］ 王祖浩,王程杰.配蘇教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書高中化學(xué)教學(xué)參考書：實(shí)驗(yàn)化學(xué)（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(lán)色嗎［J］.化學(xué)教學(xué),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(shí)驗(yàn)的深度研究［J］.化學(xué)教育,2009（10）：60-61

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

［9］ 龔國(guó)祥.引導(dǎo)高中學(xué)生“真”探究——以家用“管道疏通劑”研究為例［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2016（9）：26-29

1008-0546（2017）10-0085-02

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