探索化学中的“异常”现象培养学生的探究能力_硫酸铜论文

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      在学生探究实验中，教师常常希望每一个学生都实验顺利、结果正常、验证无误。但在真实的探究实验中，常常会出现一些与教材不符、与实验目的可能相反的异常实验现象。有些教师在解答个别学生因实验中出现的异常现象而提出的疑问时，往往简单粗略，漫不经心，甚至不了了之。其实他们恰恰忽略了实验教学最核心的部分——学生实验探究能力的培养。实验现象异常，是学生在探究活动中发现的与教材不符、与实验目的可能相反的现象。这一现象是学生自身经历所得，是学生自己发现的，是学生“做”科学所得。教师对产生的异常现象不应该认为“浪费了时间”甚至是“失败的耻辱”，而应该作为激发学生学习兴趣、调动学生学习积极性的绝好契机。教师处理实验异常现象的策略中，如何引导学生深度探究原因，培养学生深度探究能力和严谨求实的科学态度应更重要。

      一、对一次化学实验中异常现象探究的反思

      人教版九年级化学上册21页实验1-6，用10mL量筒量取2mL氢氧化钠溶液，倒入试管中，然后再滴入硫酸铜溶液，可观察到有蓝色沉淀生成。用试管夹夹住该试管加热，观察到有黑色物质生成，这是实验中的正常现象。但有个别学生因为没认真看要求，先量取了硫酸铜溶液，再滴入氢氧化钠溶液，生成了蓝白色沉淀，再加热该试管没有黑色物质产生。针对出现的这种异常现象，我没有批评学生，而是鼓励他们猜想原因，深度探究。学生认真检查了自己的实验过程，发现是试剂顺序弄颠倒了，由此猜想可能与过量的硫酸铜溶液有关。于是我又鼓励他们上网查阅资料，自己设计实验方案，利用课余时间到实验室再次进行实验，学生终于查明是因为硫酸铜溶液显酸性，过量的硫酸铜溶液存在时生成的不是氢氧化铜沉淀而是碱式硫酸铜沉淀

，导致加热时没有黑色的氧化铜产生。通过对这个实验异常现象的深度探究，学生对化学产生了极大的兴趣，更进一步培养了学生的深度探究能力。有的学生甚至确定了今后考大学就选化学科类，励志未来，主攻化学多彩世界的研究。

      二、对化学“异常”现象原因探究的活动方案设计

      学生对化学“异常”实验现象探究的极大兴趣，促使我专门开设了对化学“异常”现象探究的社团活动，进一步培养学生的深度探究能力。

      ①首先制定可行的对化学“异常”现象原因探究计划和教师间合理、明确的活动分工。

      ②组织社团学生对化学“异常”现象原因探究进行实验方案设计，并精选可行的实验方案。

      ③组织学生对化学“异常”现象原因进行实验探究，并反思实验的成功和不足。

      ④教师根据学生对化学“异常”现象原因探究的情况完成总结、反思，形成论文。

      三、初中常见化学“异常”现象探究实验案例

      [实验一]探究二氧化碳性质——大理石与盐酸反应产生的二氧化碳气体通入澄清石灰水中。

      （1）预测实验现象：澄清石灰水中有气泡，澄清石灰水变浑浊。

      （2）实验中异常现象：澄清石灰水中有气泡，但澄清石灰水无明显浑浊现象或澄清石灰水变浑浊后又变澄清。

      （3）实验中异常现象原因猜想：①所用澄清石灰水变质。②所用盐酸浓度太大。③通入澄清石灰水中的二氧化碳过多。

      （4）实验中异常现象原因探究方案：①所用澄清石灰水变质——换用新制的澄清石灰水重新实验。②所用盐酸浓度太大——换用新配置的1:3的稀盐酸重新实验。③通入澄清石灰水中的二氧化碳过多——重做实验，观察到澄清石灰水变浑浊立即停止通入二氧化碳。

      （5）实验现象记录：按照上面3个实验方案重做实验后澄清石灰水都变浑浊了。

      

      （6）实验中异常现象探究反思：实验中出现一些异常现象很正常。对实验中异常现象进一步探究可进一步扩大知识面，学到很多课外的知识，思考、探究能力也可得到很大的提高。

      [实验二]探究碳的还原性——碳与氧化铜粉末混合加热，再通入澄清石灰水。

      预测实验现象：试管内黑色粉末逐渐变红，澄清石灰水变浑浊。

      （1）实验中异常现象：刚开始加热后试管内黑色粉末无明显变红现象，把导管放入澄清石灰水中，这个实验刚开始石灰水中出现少量气泡，很快石灰水沿导管口上升，导管下端会出现一段水柱，甚至液体会进入试管内。加热一段时间后液面才下降，石灰水中有气泡，逐渐变浑浊，试管内壁有大量水珠。

      （2）实验中异常现象原因猜想：刚开始石灰水出现气泡，这时气泡可能是试管和导管内的空气；很快石灰水沿导管上升，可能是碳和氧化铜反应要吸热；过段时间液体下降，导管口出现气泡，是碳和氧化铜反应生成了二氧化碳，二氧化碳使澄清石灰水变浑浊。试管内壁有水珠，是因为粉末变潮，木炭本身也有较强的吸附性，加热粉末，粉末中的水受热变成水蒸气在试管口冷凝形成的。

      实验中异常现象原因探究方案：碳与氧化铜粉末混合之前先烘干，烘干后先高温一段时间再加入试管中，再通入澄清石灰水中。

      （3）实验现象记录：再加热后观察到试管中药品逐渐由黑色变为红色，澄清石灰水变浑浊，液体无倒吸现象，试管内冷凝的水几乎没有。

      （4）实验中异常现象探究结论：碳与氧化铜反应是吸热反应，刚开始吸收热量使试管内压强变小，石灰水被吸入试管中，反应后生成红色的铜粉和气体二氧化碳，又使压强变大，二氧化碳进入石灰水，使石灰水变浑浊。

      （5）实验中异常现象探究反思：实验也可改成两端开口的玻璃管，一端放入数字实验中的温度传感器，测量实验中温度的变化。

      [实验三]探究金属与盐溶液的反应——砂纸打磨的铝片放入硫酸铜溶液中。

      （1）预测实验现象：铝片表面覆盖一层红色物质，溶液由蓝色逐渐变为无色。

      （2）实验中异常现象：铝片表面覆盖了一层红色物质，同时铝片表面出现了少量气泡。

      （3）实验中异常现象原因猜想：铝片与硫酸铜反应，置换出铜，生成硫酸铝。又因为硫酸铜水解溶液显弱酸性，使溶液中出现氢离子，与硫酸根结合，溶液中就相当于还含有硫酸，铝与稀硫酸反应生成氢气，铝表面同时出现少量气泡。

      （4）实验中异常现象原因探究方案：先用pH试纸测硫酸铜溶液的酸碱性，再向硫酸铜溶液中滴入少量的氢氧化钠溶液调至恰好中性，再加入打磨过的铝片，观察实验现象。

      （5）实验现象记录：硫酸铜溶液中出现少量蓝绿色沉淀，铝片表面覆盖了一层红色物质，铝片表面基本观察不到气泡。

      （6）实验中异常现象探究结论：硫酸铜溶液由于水解，溶液显酸性，相当于含有少量硫酸，铝片既与硫酸铜反应又与稀硫酸反应，表面既会有红色物质又会有少量气泡。

      （7）实验中异常现象探究反思：水解初中虽然不学习，通过实验异常现象了解一下，学生兴趣很大也能愉快接受新知识，扩大学习知识面，调动积极的深度探究。

      [实验四]探究酸碱指示剂——氢氧化钠溶液中滴入酚酞。

      （1）预测实验现象：溶液变为红色。

      （2）实验中异常现象：溶液不变红色或变红色后红色一会消失。

      （3）实验中异常现象原因猜想：①酚酞变质。②氢氧化钠溶液变质。③酚酞浓度太大。④氢氧化钠浓度太大。

      （4）实验中异常现象原因探究方案：①换用新配置的同浓度的酚酞重做实验。②换用新配置的同浓度的氢氧化钠溶液重做实验。③将原来的酚酞用酒精稀释后重做实验。④将原来的氢氧化钠溶液用蒸馏水稀释后重做实验。

      （5）实验现象记录：实验方案中①②③仍然不出现红色或出现红色后立即消失。④实验中出现了红色且不再消失。

      （6）实验中异常现象探究结论：氢氧化钠溶液中滴入酚酞不出现红色或红色消失与氢氧化钠溶液浓度太大有关。

      （7）实验中异常现象探究反思：有些实验有严格的浓度、用量等要求。严谨、求实的实验态度是实验成功的关键和基本。

      四、实验中“异常”现象的处理方法

      当学生在实验中出现一些异常现象、实验失败或误差较大时，教师应见缝插针积极引导学生如实记录实验结果，反思出现异常现象的原因以找到切实可行的方法进一步探究实验。这样做不仅能培养学生严谨的科学态度和深度探究知识的能力，甚至有时会获得意想不到的结果。如英国细菌学家弗莱明发现青霉素可以说就是一次异常现象研究的结果。1922年，他发现人的眼泪、唾沫及感冒后的鼻涕里都含有一种能溶解细菌的物质，并为它取名为溶菌酶。弗莱明认为，溶菌酶可用作抗生素。为了进一步研究溶菌酶的抗菌效果，他需要纯化的细菌。在当时的情况下，他只能用琼脂培养皿自己培养分离不同的细菌。一切都有条不紊按部就班地进行着，直到1928年夏天，弗莱明实验完后没将培养皿清洗就出去旅游了，回来后弗莱明发现其中一只培养皿内的霉菌有点特别，霉菌周围没有细菌生长，但远处的细菌却正常生长。弗莱明对这一现象百思不得其解，但多年形成的科学素养让他觉得不该将这个奇怪异常现象随便放过。敏锐细心的弗莱明不仅保留了原始的培养皿，而且还拍了照，并就此进行深入的研究，最终发现了青霉素。青霉素被公认为第二次世界大战中与原子弹、雷达相并列的第三大重要发明。而居里夫人的女儿、女婿约里奥·居里夫妇当时实验中发现了一些实验的异常现象——有关中子的一些实验现象，但他们对于实验中的这一异常现象没有进一步关注，错失了发现中子的机会，错失了一次获得诺贝尔奖的机会。约里奥·居里夫妇还因为同样的原因错失了发现正电子的机会。

      我们要重视化学实验过程中的异常现象，但绝不钻牛角尖，用科学知识来解决，不能思维定式。如：我们做实验时，得到的铁粉是黑色，不要以为应是银白色，就以为实验失败。我们知道，化学史上许多发现源于对“异常”实验的探索，如氯、溴、碘的发现等。这类伴随有“异常”现象的实验，大多具有原因不确定性、过程的探究性、思维的不约束性等，这为我们提供了从多角度、多层次、多模式思考、解决问题的空间，学会随机应变，不受定势的束缚，不局限于某一方面。化学“异常”的实验现象中孕育着创新，有利于求异思维和创新精神的形成。同时，在深度探究过程中，可以让学生亲身体验科学的研究过程，掌握科学的研究方法，在实践中增强学生分析问题、解决问题的能力。作为化学教师，在平常的教学中要充分利用“异常”实验的这一特点，注意多为学生创设自主探究实验的问题情境，重视实验“异常”现象或“失败”实验的深度探究，发展学生一生需要的各方面能力。

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