中学化学实验创新设计研究(共96张PPT)

(4)实验步骤
(5)实验操作
(6)试剂用量
(7)实验装置
(8)实验装置图
又如空气中氧气含量的测定
存在着一些不足：
①将点燃的红磷伸入集气瓶过程中 不仅产生对环境有污染的五氧化二磷， 而且还会因为伸入集气瓶瞬间使空气 膨胀，使瓶内空气逸出，导致测量结 果偏大；
② 装置中所用的导管实验前充有空 气 ，红磷火焰熄灭倒吸后这部分空气 进入容器。实验后导管充满了水，而 这些水本应该进入容器中。这两种因 素会导致实验结果偏低；
• 一位大家说：“一个科学家 最大的本领就是在于化复杂 为简单，用简单的方法去解 决复杂的问题。”
3.6 创新性原则
创新程度的高低，是衡量一个创新实 验价值大小的重要标准。所谓创新 性，是指实验设计要敢于突破陈规， 独到于新颖、独特、巧妙之处，能 反映新事物、新观点、新理论、新 方法和新思路等。
一个优秀的化学实验创新设计必须反 映出实验设计者独出心裁的构思。
3.5 简约性原则
• 对于同一实验，实验越简单越好， 简单就是美。
• 所谓简约性是指要尽量采用简单 的实验方法和实验装置，用较少 的实验步骤和实验用品，在较短 的时间内可完成效果明显的实验。
例如，混有空气的氢气遇火 可能会爆炸
• 恰当的实验创新设计既突出 重点，又没有冗长的实验步 骤，充分体现出简约性。
• 2(NH4)2Cr2O7＝2Cr2O3+4NH3↑+3O2↑+2H2O
3.3 安全性原则
• 安全性是指化学实验创新设计时应 尽量避免使用有毒药品或反应生成 有毒气体物质以及具有一定危险性 的实验装置和实验操作。
• 如果必须使用，应在所设计的实验 方案中详细写明注意事项和防护措 施，以防造堂讲授内容给学生提供感 性认识，帮助阐明科学概念和化学 原理，同时向学生示范规范的实验 操作，培养学生观察和描述实验现 象、发现和解决问题的能力。
• ② 学习和巩固相关的理论知识，培 养学生严谨的科学态度、良好的实 验习惯和科学探究能力。
• ③ 拓宽学生的知识面，激发学生学 习化学的兴趣，巩固和提高学生的 实验技能，锻炼学生运用化学知识 解决实际问题的能力，培养学生的 创新意识和实践能力。
实验设计优点与效果：
（1）实验设计巧妙，操作简便，现象明显， 成功率高，有效弥补了容易失败的不足。
（2）几个实验整合在一起进行，简化了实验 操作，短时间内即可完成，节省了二氧化碳， 也提高了课堂效率。
（3）实验设计过程中应用了控制变量法，改 变了原有的实验思维定势，激发了学生的创 新精神，培养了学生的实践能力。
② 蜡烛正常燃烧的火焰较旺，在烧杯内燃 烧放热使杯内气体热膨胀，二氧化碳很 难倒入杯底，导致灭烛实验失败；
③ 受烧杯自身口径的制约，倒进的二氧化 碳往往会将高的火焰扑灭，从而造成实 验的负效应。
又如，CO还原氧化铁实验
再如，德国一实验室做实验
一学生实验需用氢氟酸，被告知需要培训讲 解，因为非常危险。1个教师用PPT给学生讲 解了大约1个小时，使用规则、以及急救措施 等等，确实是非常具体到位，使学生学到不 少东西。最后叮嘱学生：我可以和你一起做 一次，然后以后你做的时候随时叫我，因为 这种酸非常危险，必须要有2个人一起做，万 一出了问题，有其他人急救。
首先将实验 所需的药品和仪器 准备好。
药品：无水乙醇 （或灯用酒精）， 自来水，水彩笔；
仪器：10mL量筒， 试管，胶头滴管， 烧杯，试管塞。
彩虹颜色由下至上分别是绿、紫、红、蓝、黄、橙色
3.8 启发性原则
• 所谓启发性是指实验创新设计本身具 有启迪学生思维的作用以及教师对实 验作出一系列富有启发性的指导，使 学生在实验或实验观察中能自觉、深 入地思考，并对实验的结果进行论断 和评价，从而培养学生思维能力和创 新精神。
本实验折射出二氧化碳的四种性质，实现 了教学二氧化碳物理性质和化学性质的无缝 对接，有利于教学目标落实。
3.2 科学性原则
• 科学性是化学实验创新设计的核心 原则。科学性是指创新设计中的化 学原理、装置原理、操作原理和方 法都必须与化学理论知识、实验方 法相符合。
• 一个优秀的化学实验创新设计，应 具有严谨的科学性。简言之，就是 合理性。
③燃烧匙一般由金属铜材料制成， 加热条件下磷单质与铜反应生成Cu3P， 使燃烧匙受到腐蚀。
• 新的中学化学教材中有许多经典实 验，实验方法被长期传承和运用。虽有 改进，但不排除有的实验存在诸如（1） 不便操作、（2）严密性差、（3）现象 不稳固、（4）实验步骤不合理等瑕疵。 化学教师应以科学创新的态度去审视每 一个实验，勤于反思、善于琢磨、精于 研究，勇于创新。使教学行为将变得更 加有效，教学行动将不断有所创新。
例如二氧化碳性质实验设计
先在烧杯内壁上贴上干 燥的蓝色石蕊试纸和湿润的 石蕊试纸各一张，在烧杯外 壁贴上湿润的蓝色石蕊试纸 一张。将2mL 澄清石灰水 倒入烧杯底部，将集气瓶中 的二氧化碳倒入烧杯中并摇 晃，观察变化。再将燃着的 阶梯形蜡烛缓缓地伸进烧杯 内，观察变化。最后将已经 变红的石蕊试纸在酒精灯上 烘烤片刻，观察观察它的变 化。
3 化学实验创新设计的原则
• 要设计具有良好教学功能 的化学实验，需要用以下 几项基本原则作为实验创 新设计的指导思想。
3.1 目的性原则
目的性是实验创新设计要达到预期 的化学教学目标。一般来说，其目 的都是为了使化学实验教学效果更 理想。 • 在设计实验前，首先要搞清楚实验 到底要达到什么目的?
例如氨的彩色喷泉实验设计
又如，化学彩虹实验
化学彩虹实验是采用互不相溶的 不同溶剂构建异相、多层、不同颜色 的化学彩虹，或者是采用浓度不同且 具有密度差的相同溶剂构建同相、多 层、不同颜色的化学彩虹等等。
相同溶剂化学彩虹实验：配制体 积分数为0%、30%、50%、65%、 85%、100%的乙醇水溶液。
• 爱因斯坦曾说过：“为了满足人类的需 要而找出已知装置的新的组合的人就是 发明家。”
• 同样，将已有的化学实验按一些共同特 征或功能进行合理组合，使其具有某种 新的教育功能也是对原有化学实验的一 种创新。
例如：二氧化碳的密度比空气大实验
有不少老师设计了用两个气球(或塑料保 鲜袋)，分别充满二氧化碳和空气，置于 同一高度在同一时刻下落，观察气球落 地的先后(先落地的是二氧化碳，后落地 的是空气)。
实验中存在许多不严密的地方——气球 自身的质量不完全相等；充气后气球的 体积和形状不完全相同。这些因素都直 接影响气球落地的先后。
例如：二氧化碳的灭火性实验探究
• 教材中沿用了较为 传统而又经典的二 氧化碳灭烛实验： 即在烧杯内点燃两 支呈阶梯形的蜡烛， 然后倒入一瓶二氧 化碳，观察蜡烛燃 烧的变化。
其实验本身存在以下的缺陷：
① 实验的安全性差 在倾倒二氧化碳的过 程中，操作者双手被蜡烛火焰灼烤，苦 痛难耐，背离了人性化的原则；
例如溶解度教学实验设计
（1）把蔗糖逐步加入一杯冷水, 把食盐加入一杯 等量的热水中, 直到二者不能再溶解为止。
（记下蔗糖、食盐用量。下同）
（2）常温下, 将蔗糖逐步加入半杯水中, 把食盐 逐步加入一杯水中, 直到二者不能再溶解为止。
（3）常温下, 在相同的两杯水中, 分别加入1g蔗 糖和1g食盐, 都能完全溶解。
I2+5H2O2→2HIO3+4H2O 溶液呈无色。
振荡实验溶液配制：
（1）无色溶液A ：在烧杯中，加入41 mL 30 %的H2O2溶液，再加入59mL自来水，用玻 璃棒搅拌均匀，装试剂瓶，即为无色溶液A。
（2）无色溶液B ：称取4.3 g碘酸钾，放入到 100mL烧杯中，加入约60mL的自来水，加 热溶解，冷却后，再加入4 mL 2 mol/ LH2SO4溶液，用自来水稀释到100mL的标 记处，用玻璃棒搅拌均匀，装试剂瓶，即为 无色溶液B。
又如：氨的合成实验创新设计
图1 1.重铬酸铵 2.玻璃纤维 3.酚酞溶液
验证
图2 1.重铬酸铵 2.玻璃纤维 3.酚酞溶液
(或2%硫酸亚铁溶液)
重铬酸铵热分解产物：
• 重铬酸铵热分解产物主要是三 氧化二铬、氮气和水
• (NH4)2Cr2O7＝Cr2O3+ N2↑+4H2O
• 另外，还有氨气、氧气。
1.2趣味化学实验设计 （1）铜变银银变金实验。 （2）化学振荡实验
例如，化学振荡实验
化学反应原理：
在Mn2+的催化下，
5H2O2+2IO3¯+2H+→5O2↑+6H2O+I2 淀粉遇I2变蓝； I2+CH2(COOH)2→ICH(COOH)2+I¯+H+ I2+ICH(COOH)2→I2C(COOH)2+I¯+H+ 丙二酸控制碘量，溶液呈亮黄色；
具体教学中有八个方面：
（1）有理念少行动； （2）有开发少实用； （3）有情境少建构； （4）有教师少实验员； （5）有实验室少用品； （6）有活动少专题； （7）有内容少课时； （8）有考核少监督。
特别是化学教材中的实验问题
(1)实验原理的科学性
(2)实验安全性
例如乙烯的制取与性质实验
(3)实验现象可见度
（3） 无色溶液C ：称取0.03g可溶性淀 粉，放入到100mL烧杯中，加入少量 的自来水，加热、搅拌、煮沸2分钟后， 冷却，再加入1.6g丙二酸、0.34g硫酸 锰晶体，再用自来水稀释到100mL的
标记处，搅拌均匀，装试剂瓶，即为 无色溶液C。
1.3化学实验教育功能
(1) 感性认识的源泉; 宏观表征
根据实验结果学生去思考分析、判断、归纳， 获得什么结论？
例如，铁与氧气反应实验
• 学生也看到铁丝在氧气中燃烧，发出 耀眼的白光，并有黑色的物质落在集 气瓶中的水面下。