化学实验设计改进与创新研究.doc

#+ 题目：化学实验设计、改进与创新研究 姓名： 单位： 化学实验设计、改进与创新研究 摘要：为了加强实验教学,提高实验教学水平,化学教师应具备设计、改进实验、进行创新实验教学研究的能力.本文阐述了设计、改进和创新化学实验的原则,探讨了设计、改进和创新化学实验的基本思路和基本方法.后应用实验、改进与创新的方法,联系中学化学教学,列举5个案例对课本需要补充的实验进行研究,对课外活动实验的研究以及对传统实验的改进研究. 关键词：实验教学；实验设计；实验改进；实验创新研究 化学是一门以实验为基础的自然科学.化学实验是化学教学的基本特征.实验是科学研究的重要方法,也是教师教学生学习科学知识的重要方法.实验教学是对学生进行科学知识、科学方法、科学能力、科学思想和科学品质教育的最生动、最活跃的教学形式.作为化学教学工作者,应该充分认识实验在化学教学中的重要意义和作用.现行教课书中缺少某些实验,或某些实验现象不明显,成功率不高.因此,根据学校的设备情况和学生的实际水平,适当增补一些实验、设计一些课外生活实验或者课本上规定的实验予以改进,设计和创造出适合化学教学、质量更高的实验,从而提高实验教学研究的能力,更好地发挥实验教学的作用. 一、实验设计、改进与创新遵循的基本原则 （１）科学性原则 这是实验设计的首要原则.它指所设计实验的原理、操作顺序、操作方法等时,必须与化学理论知识以及化学实验方法论相一致.教师进行实验研究,其目的主要是要通过对实验现象的分析,得出科学的结论,以实现教学目的.实验研究必须实事求是,讲究科学性,而不能弄虚作假,违背科学规律,更不能有实验现象明显,而不科学的操作和做法. (2)简约性原则 实验的教育价值往往与仪器的复杂程度成反比,
在不违反科学性和教材要求的前提下,可以对某些实验的仪器进行改进,做到实验装置简单；重点突出；实验材料要容易获得；实验操作较简便；实验步骤较少；实验时间较短；突出创造性. (３)直观性原则 在实验中,学生往往是通过观察鲜明、生动、准确的实验现象而进行分析、推理,得出科学的结论.所以化学实验的改革,不仅要求简易、快速,还必须做到直观、形象,使每个学生都能观察清楚.这就要求教师对那些现象不够明显,不够直观的实验进行改进,增强直观效果(颜色变化)等现象判断实验的进程. (4)可行性原则 可行性原则是指设计实验时,所运用的实验原理在实施时切实可行,而且所选用的化学药品、仪器、设备、实验方法等在现行的条件下能够满足. （5)安全性原则 这是指实验设计时应尽量避免使用有毒药品或具有一定危险性的实验操作教师在进行实验研究时,必须树立安全第一的主导思想. 二、实验改进、设计与创新的基本步骤 （1）提出实验研究课题（实验目的）.实验目的要求是实验的出发点和归宿,因此在实验设计前,必须对实验的目的要求相当明确 （2）根据实验目的要求,确定实验的原理和方法.只有明确实验原理和方法,才能对实验设计作出合理的规划. （3）理清设计思路.实验设计的基本思路是：目的——假设——变量——方法——步骤——器材.即根据实验目的提出假设,围绕假设确定被试和变量,按照实验变量采取相应的方法、手段、依从变量控制安排实验步骤、选择合适器材和反应条件等. （4）实施、对比、控制.在实验实施过程中要特别重视对比和控制,对照不当,实验将失去意义；没有控制,则不能成为实验.实验应始终保持主题活性,细致观察实验现象,详实记录数据. （5）结果处理.对实验现象、结果、数据进行加工整理,准确表述实验结论. （6）评价与修正.回顾实验设计,反思实验过程,修正检验假设,对结果评价. 三、实验改进、设计与创新的基本方法 实验研究一定要依据大纲,紧扣教材,符合大纲和教材的总体要求和阶段要求.成功的实验设计、改进与创新来源于立意的创新、构思的巧妙,这要求教师在明确化学反应原理的基础上,必须具有较广博的知识,熟悉化学、物理学、生物学等学科的实验方法及手段. （1）立意新颖、巧妙构思、改进常规实验装置 （2）正交实验、选择合适的反应条件 （3）因地制宜、自制非常规仪器用品 （4）突破常规、调整药品种类及用量 （5）设计微型实验、防止污染环境 （6）设计探究实验、突出化学学科特征 四、中学化学课堂实验创新实例 4.1 测定空气中氧气的体积分数 空气是学生从化学角度认识的第一种物质,了解 空气的成分并通过实验探究空气中氧气的体积分数是 化学课程标准的重要内容之一． 人教版教材中 图1 测定空气中氧气体积分数实验 测定空气中氧气的体积分数的方法是燃烧红磷法, 实验装置如图 1． 这种方法的原理是用红磷燃烧消耗容器中的氧气产生负压,使水进入容器,证明氧气的体积分数约占空气的 1 /5． 在实验过程中存在以下问题: 一是红磷的着火点比较高,引燃红磷需要的时间较长,红磷燃烧熄灭并不是容器里的氧气耗尽,而是氧气的浓度降低到不能再支持红磷燃烧; 二是当把燃烧的红磷插入容器中虽然立即塞紧橡胶塞,但是也使容器里一部分受热膨胀的空气外逸,从而导致误差较大,并且不环保． 为了简化实验操作,减小误差,对该实验作如下改进: (1) 实验仪器及试剂:10mL 的青霉素小瓶、注射器 (20mL) 、白磷、输液器; (2) 实验操作: 图2 测定空气中氧气体积分数微型实验 1) 检查装置的气密性; 2) 装药品,连好仪器． 取绿豆粒大小的一块白磷,用滤纸擦干水,立即放入青霉素小瓶里,插入输液器插头密封; 3) 白磷燃烧． 关闭输液器开关,加热青霉素小瓶,白磷燃烧; 图2 测定空气中氧气体积分数微型实验 4) 燃烧结束,打开输液器开关,观察现象． 可观察到注射器活塞慢慢向前移动大约 2mL,说明空气中氧气的体积分数为 1 /5． ( 见图 2) 此实验的优点是： （1）对实验进行了绿色化设计,白磷燃烧在密闭的容器内进行,减少了对空气的污染. (2) 白磷的着火点很低(40℃ ) ,即使在燃烧熄灭后仍在发生氧化反应,几乎把容器内的氧气消耗尽,减小了实验误差,用注射器更能体现实验的真实性和科学性; (3) 装置简单、轻巧,药品消耗少,每次实验仅需 2 分钟左右． 既节省实验药品又节约了实验时间; (4) 用代用品做实验,增强了实验的探究性和学生的参与度,激发了学生的学习兴趣． 4．2 分子运动的实验改进 氨分子运动实验是初中化学的教学重点之一, 是学生将微观知识形象化的重要事实． 教材实验 图3 氨分子运动实验 ( 如图 3) 选用三支小烧杯盛放浓氨水和酚酞溶液, 观察实验现象． 学生进行探究活动中,浓氨水 挥发出来的刺激性气味很大,影响师生正常上课,而且用 小烧杯盛放浓氨水和酚酞试液的用量也较大,该实验存在环境污染和药品浪费问题,不符合绿色化学的要求. 实验改进如下： (1) 实验仪器与试剂:废矿泉水瓶、青霉素小瓶、夹子、滴管、白醋、蒸馏水、蓝色 石蕊试纸( 如图 4) ． (2) 实验操作: 1) 用带盖的矿泉水瓶剪去平底代替大烧杯; 图4 氨分子运动微型实验 2) 将适量白醋倒入青霉素小瓶; 3) 将两片蓝色石蕊试纸用夹子夹住,再用蒸馏水润湿,瓶内外各一片,盖上矿泉水瓶盖 4) 观察现象． 瓶内的蓝色石蕊试纸变红,瓶外的蓝色石蕊试纸不变色． 此实验的优点是: (1) 操作简单、实验现象明显; (2) 安全环保． 浓氨水对皮肤有一定的腐蚀性,氨气刺激呼吸系统,而食醋不会对人体造成损伤; (3) 节约药品． 改进后的实验操作更加简单,实验材料在生活中容易找到,只需用少量白醋和两片紫色 石蕊试纸即可完成实验,避免浓氨水和酚酞试液的浪费; (4) 可将演示实验转变为学生实验或家庭小实验． 通过实验的微型化、普通化,培养学生的创新意识、环保意识． 五、总结 中学化学实验的设计、改进与创新是一个庞大的课题,中学化学实验改进与创新可以弥补传统实验之不足,提高实验的安全性与可操作性,节省药品、减少环境污染． 教学中可将演示实验改为边讲边实验,增加学生进行实验操作和实验探究的机会,解决大班或农村中学进行“实验探究”教学的问题． 同时教师实验探究、实验改进、实验创新的精神潜移默化地影响着学生, 对学生创新精神培养,环境保护意识、绿色化学思想的形成大有益处,有利于落实国家课程标准的要求,提高学生的科学素养． 参考文献: [1]吴焕云,夏正盛.中学化学教学导论[M].武汉:华中理工大学出版社,1996. [2]贺湘善,吴俊明.中学化学教师基本功讲座[M].北京:北京师范学院出版社,1991. [3]人民教育出版社 课程教材研究所 化学课程教材研究开发中心.化学,普通高中课程标准实验教科书(必修1).人民教育出版社,2007年3月第3版 [3]人民教育出版社 课程教材研究所 化学课程教材研究开发中心.化学,普通高中课程标准实验教科书(必修2).人民教育出版社,2007年3月第3版