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2004年1月11日上午,广西师范大学科学教育研究所赵光平博士和参加“科学(7-9年级)课程实验骨干教师国家级研修班(第一期)”的代表们一起进行了一个有趣的探究活动——探究铜绿的形成。
赵博士首先要与会代表把眼镜取下来,观察一下眼镜框架。接着赵博士问他们发现了什么东西?是否发现绿色的东西?这个绿色的东西是什么?
根据经验,有代表说是铜绿,也有说是铜锈或者其他物质的,赵博士肯定了代表们的观点,接着赵博士进一步提出问题:铜绿是怎么形成的?哪些是关键因素?并且请各位代表通过思考,结合相关知识提出各自的猜想。经过思考,代表们纷纷提出了自己的猜想,他们普遍认为铜绿的形成与汗液有关,只是具体的作用物质不同而已,有的认为可能是汗液中的水的作用,有的认为可能是汗液中的盐起主要作用,有的认为可能是汗液中的弱酸的作用,有的认为可能是汗液中的弱碱在起作用,有的认为温度对铜绿的形成也有影响,有的认为空气中的氧也起到一定作用……
赵博士和代表们经过分析讨论,一致认为这种物质肯定不是铜单质,而是Cu2+的化合物。接下来,他们一起分析了汗液成分,结合相关知识分析了以上观点的科学性和可行性,共同确定了以下几个猜想,并且设计了对比实验进行检验:
猜想1:水和空气中的氧可能是铜绿形成的主要因素;
猜想2:汗液中的盐可能能够加速铜绿的形成;
猜想3:温度可能能够加速铜绿的形成
设计对比实验:在一个烧杯中加入适量的水,把铜丝放在水中(有一部分露出水面);在第2个烧杯中只放盐(不加水),把铜丝放在盐中(有一部分露在空气中);在第3个烧杯中加入适量的盐,再加一点水,把铜丝放在盐水中(大部分裸露出空气中);把3个烧杯分别放在酒精灯上加热,看有什么现象发生。比较分析实验现象,得出结论。
过了一段时间,停止加热,取出各烧杯中的铜丝观察,结果发现第3各烧杯中的铜丝有一点点变化(不明显),其他两段铜丝几乎没有变化。实验说明盐在一定程度上能够影响铜绿的形成。为了进一步说明盐能够加速铜绿的形成,赵博士取出一段浸在盐水中达1周时间的铜丝(大部分裸露出空气中),代表们发现在空气和盐水面交接处明显出现了铜绿。
那么盐(必须带有一点水)为什么能够加速铜绿的形成?机理是什么?赵博士和各位代表提出进一步的研究问题。考虑到有些老师知识上的缺陷,再加上时间因素,赵博士给代表们发了事先准备好的有关铁锈形成的资料,要求代表们通过阅读和思考,提出盐为什么能够加速铜绿形成的模型。
通过阅读、思考、对比,代表们和赵博士一起讨论、分析了盐能够加速铜绿形成的机理,他们认为由于铜丝中含有一些杂质(比如炭等物质),把铜丝放在盐水中,就形成一个盐电池,从而加速了铜绿的形成。接着他们设计了实验进行研究,把微观的盐电池放大为宏观的盐电池,经过实际测量、分析、讨论,他们证实了自己的猜想是正确的。
最后,赵博士和代表们一起对本次探究活动进行了总结和分析,代表们表示通过亲历探究活动,发现了自己知识、意识和观念上的一些不足,同时体验到了探究式教学的方法和魅力,纷纷回去后要加强学习,更新观念,应用探究式教学,同时把情感、态度和价值观渗透到科学课教学中,在教学中让学生体验过程和方法,切实培养和提高学生的探究、创新能力。