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1、化学实验设计与研究 2014级免费师范教育硕士 2014年7月 卢一卉 卢一卉 化学实验设计的基本原则化学实验设计的要求化学实验创新设计的内容化学实验创新设计的策略和方法化学实验创新设计的思维方法中学化学实验教学中的问题解决 视时间而定 朱华英 中学化学实验研究与改进梁吉成 化学实验在新课程改革中的功能探究陈辉国 化学课堂实验教学设计 化学实验设计与研究 课程内容安排 教师介绍 梁吉成老师简介重庆市兼善中学教务处副主任 中学高级教师全国优秀教师 北碚区名师 北碚区理科综合教育学会常务理事北碚区高中课改核心组化学学科副组长重庆市北碚区教师教育专家库成员 西南大学化学国培班兼职教师 西南大学学科教
2、育兼职副教授 西南大学师范生教学实践导师参加多个国家级 市级课题研究 曾在多种国家级刊物上发表多篇论文 教师介绍 陈辉国老师简介西南大学附中 中学一级教师 化学教研组组长 西大附中青年骨干教师 多次代表学校参加重庆市优质课大赛 近几年多次获得重庆市优质课大赛一等奖和三等奖 重庆直属重点中学教师课堂技能大赛 二等奖 发表教学改革论文多篇 化学奥林匹克竞赛教练 指导学生获全国冬令营金牌1名 数十位学生获重庆市一等奖 二等奖 课程学习目标 通过案例的讨论理解化学实验设计的基本原则通过案例的讨论明确化学实验创新设计的内容通过案例的讨论学会化学实验创新设计的策略和方法通过案例的讨论学会化学实验创新设计的
3、思维方法通过讨论和交流解决中学化学实验教学中的具体问题通过中学老师的专题讲座拓展实验研究的视野 了解实验教学的新功能 学习如何利用实验的教学功能去设计一堂优质的化学课堂教学 化学实验的含义 化学实验定义化学实验是依据研究目的 利用实验仪器 设备 突出主要因素 排除干扰因素 在最有利的条件下认识物质变化规律的一种化学研究方法 化学实验的构成 1 科学性原则科学性是化学实验方案设计的首要原则 科学性是指 实验原理 实验操作程序和方法正确 问题讨论 木炭还原氧化铜实验 有教师用乙醇将木炭和氧化铜调成糊状 涂在试管壁上或在其中加铅笔粉末 方法是否可行 用氧化铜代替金属铜作为乙醇催化氧化反应的催化剂的方
4、法是否可行 化学实验设计的原则 2 安全性原则实验设计应尽量避免使用有毒药品和进行危险性的实验操作 化学实验设计的原则 化学实验设计的原则 案例1验证质量守恒定律实验改进的科学性研讨 原沪教版教材中的实验 实验原理 火柴头的主要成分是氯酸钾 二氧化锰和三硫化二锑等 当加热火柴头时 三硫化二锑燃烧产生气体 同时燃烧放出的热量又使氯酸钾分解放出氧气 化学实验设计的原则 存在的问题 三硫化二锑燃烧产生气体 及氯酸钾分解放出氧气 在较高的温度环境中气体体积会变大 在短时间内密闭的小空间中 气体迅速的膨胀 试管内压力迅速增大 会发生爆炸 化学实验设计的原则 3 绿色化原则从源头上尽可能地消除或减少有毒
5、有害化学物质对环境的影响是当前绿色化学一个重要的目标 而绿色化学又是当前化学科学的重要发展方向 化学实验设计的原则 案例2铜与氯气反应实验绿色化设计 4 可行性原则实验设计所运用的实验原理在实施时切实可行 所用的化学药品 仪器 设备和方法等在现有的实验条件下能够得到满足 问题讨论 除去CO气体中的少量CO2气体 有老师选择将混合气体通过炽热的炭层的方法 目的是想利用炭的还原性将CO2还原为CO气体 此方案是否可行 为什么 用点燃法除去CO2中混有的少量CO是否可行 化学实验设计的原则 化学实验设计的原则 5 简约性原则实验设计要尽可能简单易行 应选用简单的实验装置 用较少的实验步骤和药品 并能
6、在短时间完成实验 NO与NO2转化实验装置1 NO与NO2转化实验装置2 化学实验设计的原则 6 直观性原则直观性原则就是设计的实验现象要直观 鲜明 因为直观 鲜明的实验现象才能对感官的刺激达到一定程度和强度 才能使人们更好地感知 问题讨论 在进行认识 酸与碱反应生成盐和水 反应规律教学时有以下两种实验设计方案 你认为哪种方案更好 方案1 用H2SO4与NaOH溶液的反应 来作为说明 酸与碱反应生成盐和水 这一反应规律 方案2 用H2SO4与Cu OH 2固体反应 来作为说明 酸与碱反应生成盐和水 这一反应规律 化学实验设计的原则 7 教育性原则设计的实验方案必须有环保的意识 体现绿色化学思想
7、 设计方案中所用的仪器装置必须美观大方 注重审美教育 设计方案中的仪器装置必须主体突出 以便展示其主要部位 不能喧宾夺主 让次要的部分强占了主体位置 以免分散学生的注意力 1 目标明确 具有针对性化学实验设计要依据化学教学的目标 为教学目标服务 2 现象鲜明 富有趣味增强实验的直观性和现象的鲜明性和趣味性 能使学生更有效的感知和形成深刻的印象 化学实验设计的要求 案例3 分子的运动 实验趣味化改进 化学实验设计的要求 3 精心设计 富有启发性精新设计实验 设法提高每个实验的智力价值 使整个教学过程充满启发 思考 有利于学生能力的发展 化学实验设计的要求 设计思路 利用压强变化说明他们之间发生了
8、反应 案例4证明CO2与NaOH发生反应的实验设计 化学实验设计的要求 化学实验设计的要求 一 化学实验本身的创新1 化学实验条件的优化实验条件的种类化学药品这类实验条件主要包括化学试剂的规格 化学药品的种类 纯度 状态 固 液 气态 形状 块状 颗粒状或粉末状 用量 体积和浓度等 化学实验仪器和装置这类实验条件主要是指不同的规格的化学实验仪器及不同的安装方法 化学实验设计与创新的内容 化学实验设计与创新的内容 化学实验操作这类实验条件包括点燃 加热 冷却 振荡 溶解 洗涤 过滤 蒸发 蒸馏 等化学实验操作 以及对电流 电压 时间和压强的控制等 这也是化学实验中经常需要控制的一类实验条件 化学
9、实验设计与创新的内容 2 化学实验装置的创新 1 改进不合理的装置 案例5蔗糖与浓硫酸反应 教材中的方法 化学实验设计与创新的内容 实验存在的问题 有污染不能完全检验反应产物 改进思路 将反应在密闭的容器中进行 防止污染 设计组合装置检验二氧化硫和二氧化碳 改进后的优点 避免污染 操作简单 方便 化学实验设计与创新的内容 化学实验设计与创新的内容 问题讨论 改进装置1有无问题 有何问题 如何改进 化学实验设计与创新的内容 导管是插入大瓶底的 化学实验设计与创新的内容 改进装置3 化学实验设计与创新的内容 改进装置4 化学实验设计与创新的内容 改进装置5 化学实验设计与创新的内容 2 实验装置组
10、合创新将相关的化学实验按照某种关联因素或特征进行新的组合 以形成功能更好的实验设计方案 案例6二氧化碳性质的组合设计 化学实验设计与创新的内容 化学实验设计与创新的内容 案例7氨喷泉装置组合设计 教材中的方法 化学实验设计与创新的内容 存在的问题 操作不方便 有污染 改进后的装置 如图所示 改进后的优点 将制备 性质实验装置和吸收装置组合在一起 简化操作 降低污染 增加趣味性 化学实验设计与创新的内容 4 实验仪器替代用生活中的用品或废弃品代替实验药品和仪器 化学实验设计与创新的内容 3 实验方法的创新从实验方法上改进实验 从而达到相同的实验目的和相同 或更好 的实验效果 1 增强观察效果的方
11、法创新实验 案例9金属活泼性比较 金属活动顺序 教材上的方法 化学实验设计与创新的内容 化学实验设计与创新的内容 存在的问题 实验效果不够直观 不利于学生观察 改进方法 在溶液中先滴加石蕊溶液 产生颜色 便于观察 再滴加餐具洗涤剂 产生泡沫 便于观察 改进后的优点 有颜色 增加美感 便于观察 巩固指示剂知识 增强观察效果 2 用微型的方法创新实验将化学实验微型化 减少用量和降低浓度 降低污染 降低实验成本 增加学生动手的机会 节约时间 装置微型化的实验采用微型化学的方式进行实验 降低试剂用量 节约成本 减少污染 有利于学生自主学习 化学实验设计与创新的内容 化学实验创新设计与研究 案例10 分
12、子在不断运动 实验微型化设计 化学实验创新设计与研究 案例11一滴溶液的微型实验 化学实验设计与创新的内容 实验仪器按比例微型化 化学实验设计与创新的内容 用井穴板进行实验用V形管或W型管进行实验 特殊微型实验仪器 化学实验设计与创新的内容 用多用滴管进行实验 化学实验设计与创新的内容 新型微型实验仪器 成套微型实验仪器 化学实验设计与创新的内容 案例8空气中O2的测定微型实验设计 教材上的方法 化学实验设计与创新的内容 实验存在的问题 使用红磷的量大实验时间长 红磷在空气中燃后再伸入广口瓶 这样燃烧产生的白烟 P2O5 会污染空气 同时红磷伸入广口瓶的过程中广口瓶内会有空气逸出 增大了实验误
13、差 实验改进装置设计思路 让 容器先密闭 红磷后引燃 就能提高实验结果的准确性 避免污染空气 利用注射器的特点 有刻度 能够自由伸缩 能够储备气体和液体 设计实验装置 化学实验设计与创新的内容 改进后的实验装置 操作方法 按照图装配好仪器和药品 将注射器活塞事先处于10mL刻度处 用酒精灯加热红磷 燃烧结束 等到试管冷却后 松开弹簧夹 可以看到注射器活塞从10mL刻度处慢慢前移到1mL刻度处 说明空气里的O2的体积分数为 10 1 mL 45mL 1 5 滤纸上的微型实验在滤纸上进行实验 节约实验试剂 化学实验设计与创新的内容 化学实验设计与创新的内容 实验方法 将一块滤纸裁成两半 取一半平放
14、在玻璃板上 用NaCl酚酞试液充分浸润 分别用旧2号电池碳棒 铁钉作阳极和阴极 轻轻将电极卷在滤纸中 并接通电源 通电1 2分钟后 立即打开裹有碳棒的一端滤纸 滴入一滴碘化钾 淀粉溶液 滤纸变蓝 证明阳极有氯气生成 再打开另一端 发现滤纸变红 证明NaOH在阴极生成 优点 药品用量少 节省时间 现象直观 案例9电解饱和食盐水 滤纸上的微型实验 化学实验设计与创新的内容 粉笔上的微型实验粉笔的主要原料是碳酸钙和熟石膏 通常是以2 3的质量比混和 加水调和成浆状浇模制得 可用作实验液体的载体 做焰色反应 乙醇 汽油和苯等液体的燃烧实验做 粉笔生烟 氨水与氯化氢反应 实验做层析分离实验 化学实验设计
15、与创新的内容 实验方法 取三支白色粉笔 分别浸到甲基橙 石蕊 酚酞试液中 再将粉笔浸在稀盐酸溶液中片刻 再竖直放在盛有氢氧化钠溶液的培养皿中 实验结果 三支白色粉笔变为彩色粉笔 pH值恰好如粉笔的自然形状 由粗到细象征pH值由大到小 案例10指示剂的变色范围 粉笔上的微型实验 三种指示剂的变色范围和颜色 化学实验设计与创新的内容 案例11电解饱和食盐水 粉笔上的微型实验 实验方法 在饱和食盐水中 滴入少量酚酞和碘化钾 淀粉溶液 用一支白粉笔在上述溶液中浸润 将连有直流电源的惰性电极接触粉笔的两端 结果观察 不久就可看到与电源负极相连的一端呈现红色 与正极相连的一端呈现蓝色 原因分析 在阳极生成
16、了C12 置换出Kl中的碘 碘遇淀粉变蓝 在阴极生成了Na0H 使酚酞变红 化学实验设计与创新的内容 案例12系列微型化学实验气体分子运动实验木炭还原氧化铜实验白磷自燃实验氨气与氯化氢反应实验 化学实验设计与创新的内容 3 模拟的方法创新实验模拟实验是指模仿实验对象制作模型 或者模仿实验的某些条件进行实验 模拟实验也是科学研究中常用的一种方法 在中学常用的模拟实验是计算机动画模拟实验 计算机模拟化学实验应用范围实验现象不易观察的化学实验 反映物质内部变化的实验 对环境有较大污染实验受药品和仪器的限制或有毒 有危险实验难度较大或现象不明显 影响教学效果的实验模拟实验的错误操作模拟实验装置的搭配 化学实验设计与创新的内容 4 虚拟的方法创新实验虚拟实验是指借助于多媒体 仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助 部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境 实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目 所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果 化学实验设计与创新的内容 化学实验设计与创新的内容 化学实验设计与创新的内容 化学实验设计与创新的内容 化学实验设计与创
