1、课题三 综合实验设计(选学)中学化学的创新不同于科学研究的创新,学生在知识基础和能力发展水平等各个方面都与科学工作者有着较大的差异。无论是演示实验还是学生实验,其实验目的主要是为了使学生获得和运用知识,并在这一过程中掌握实验技能、形成实验能力和科学的自然观。综合实验中的创新可以体现在以下几个环节中:1确定实验问题中的创新在确定化学问题中,学生的知识、技能基础和能力发展水平对实验问题的深广度具有制约作用。如果教师提出的实验问题过深、过繁,超出了学生的知识、技能和能力水平,那么,学生不仅不能解决实验问题,无从发挥实验能动性,而且还会降低实验兴趣,影响实验教学效果。创新必须是在已有知识基础上的发展。
2、确定实验问题中的创新主要体现在对生活与学习中的问题的发现过程中,如不同浓度硝酸与铜反应后的溶液颜色不同的原因、产物的探究等。2实验设计中的创新在独立进行实验设计的过程中,学生不仅要灵活地、创造性地综合运用所学的知识和技能,而且所作设计还要符合实验设计的科学性、可行性、安全性和简约性等原则,以及实验方案的优选标准。对于同一实验问题,每一学生所设计的实验方案也不尽相同,新颖、独特的实验方案,体现了学生思维的创造性。实验设计的创新包括以下几个方面:(1)实验原理的创新,如与其他学科的综合、新反应的应用、新的检测手段应用等;(2)实验装置、仪器的创新,如仪器的新用途、替代物、重新组合、装置的改进等;(
3、3)实验效果的创新,如视觉效果实验现象明显(如颜色变化、能量变化、气体的产生等)、应用多媒体手段放大或模拟、现代实验技术(数字化采集器、光谱分析法)应用等;(4)实验步骤与程序的创新,如简化、快速、安全等;(5)实验安全的创新,如有毒药品的替换、消除实验污染、安全装置的设计等。3实验操作中的创新认真理解实验操作的每一个步骤和方法,而不是照方抓药,严格按照实验操作规程,对异常、不明显或结论错误的实验现象及时分析原因,找出实验操作中的不当之处等,都是学生的实验能动性的具体表现。有的学生在实验操作中,注意实验技巧,合理巧妙地组织和改进实验操作顺序和方法,使自己的实验能动性得到充分的发挥。4处理实验结
4、果中的创新对于所获得的实验现象,能用化学知识解释(如用化学方程式表示),设计简明的表格,绘制规范、正确、美观的线图和实验装置图;认真分析实验现象产生的原因,并对其进行正确的理论解释,都可以体现学生的创新意识,也可以认为是创新的具体体现。一、课题引入教学中可以先由【思考交流 1】入手,提出问题,引导学生从以下方面分析比较:(1)不同实验装置的原理、仪器、使用等方面的异同;(2)评价优缺点;(3)有哪些方面的创新;(4)综合了哪些知识、技能等;(5)是否可以加以改进或替换。【实践活动】1滴入水后,大量气体溶解于水,使烧瓶内压强减小,小于大气压,利用大气压使气球在烧瓶内膨胀,此实验与喷泉实验原理相似
5、。同理,可以利用大气压压瘪矿泉水瓶甚至铁皮油桶。具体方法是将水壶中的水加热至沸腾,将空的矿泉水瓶口与水壶口相对(注意防止烫伤),使水蒸气进入矿泉水瓶,一段时间后,旋紧瓶盖,静置一段时间后,水蒸气冷凝,瓶内压强降低,矿泉水瓶将被压瘪。2(1)应将气压计与玻璃管的上端相连。(2)适用实验溶解热效应实验图 4-1 溶解热效应实验装置用此装置实施放热、吸热反应的方法及现象如下表所示:证明、测定空气中的氧气参与氧化还原反应实验图 4-2 证明空气中的氧气参与反应的实验仪器、装置气密性检验实验,例如用于生活中天然气管道的检查生化综合实验图 4-3 生化综合实验总结其应用可以归纳为两类:有气体量变化(增加或
6、减少)的实验,如上述实验;有温度变化从而使气体体积发生变化的实验,如上述实验。3该测试笔以导线作为电极,纽扣电池作为电源,并利用了废旧材料,达到了绿色环保的目的,制作工艺简单,实现了导电性检测实验的微型化。主要在实验仪器替代方面实现了创新。【思考与交流 1】1教材中图 4-1 中的两套装置实验原理相同,仪器用途相同,实验原理的创新主要体现在与物理学科的综合。两套气体发生装置的区别是仪器不同,体现在仪器的替代、重新组合:I 装置复杂,造价较高,不易与其他仪器相互替换,II 装置的组成仪器简单,造价低廉,容易拆装。依据实验原理,也可以使用其他仪器组成简易装置。例如如下几套装置:图 4-4 几种简易
7、气体发生装置2教材中图 4-2 的实验主要是实验原理的创新和实验效果的创新。实验原理是利用氨气极易溶解于水,向烧瓶内加入少量水后,氨气大量溶解于水,使烧瓶内压强降低小于外界大气压,利用烧瓶内外压强差将烧杯中的加有酚酞的水压入烧瓶中,形成红色的喷泉,体现了与物理学科的综合;实验效果的创新主要体现在视觉效果方面。图 4-3 是利用无色的两种气体氨气与氯化氢气体接触生成固体氯化铵,悬浮于集气瓶内形成白烟,利用良好的视觉效果强化对此化学反应的认识。两个实验原理巧妙,所用仪器简单。【思考与交流 2】对教材中图 4-4 所示实验,可以做两方面改进,一是设法减少烧瓶内的压强,二是设法检测烧瓶内压强的变化。减
8、少烧瓶内的压强,需制备收集氨气或氯化氢,有刺激性气味,污染空气,烧瓶中的气体可以改进为二氧化碳,滴管中改为氢氧化钠浓溶液。另外,还可以使烧瓶中充满水蒸气,待冷却后,同样可发生气球自胀。检测烧瓶内压强的变化,除可用气球外,还可以使用图4-5 的气压计。本实验与喷泉实验原理相同。教材中图 4-5 的装置应用于图 4-4 的实验,可以按如下方式连接:即用气压计代替气球,观察气压计中液面变化,从而了解容器内压强变化。教材中图 4-6 微型导电测试笔使用纽扣电池实现了微型化,但纽扣电池的价格较普通电池高,可以考虑使用废旧小手电与普通干电池组装导电测试笔。实验 4-5 综合实验设计实践1实验目标(1)鼓励
9、学生在实验设计中从实验原理、装置组合、实验程序等方面对实验进行创新设计。(2)培养学生在实验操作中,合理巧妙地组织和改进实验操作顺序和方法。(3)培养学生对实验现象进行化学用语化、表格化、线图化处理,并对其进行合理的理论说明,发现新问题。(4)在实验创新过程中使学生体验创新的乐趣。2实验设计建议(1)自制气体发生和贮存装置为探究氯气的性质,用下图所示装置进行有关实验。A 中烧瓶内是 MnO2,分液漏斗内是浓盐酸;D 中是氢氧化钠溶液。图 4-6 气体发生和贮存装置装置 B 可用来贮存多余的气体。实验中 K、L 处于开启状态,若 C、D 装置出现堵塞,B 可以起到安全瓶的作用。当 C 中收集满氯
10、气后,关闭 K,移去酒精灯,但由于余热的作用,图 4-5 检测气压变化的装置A 处仍有气体产生,此时 B 中瓶内液面下降,漏斗内液面上升,起到储存、收集气体的作用。(2)气体扩散性质实验图 4-7 气体扩散性质实验(3)铜锌原电池为门铃供电音乐卡所需电压较低,但声音较小,不适宜用做课堂演示试验。演示实验时可购买市售门铃,为使实验效果明显,须将 3 个以上的铜锌原电池串联。(4)冰醋酸稀释过程中溶液导电性实验(见图 4-8)图 4-8 冰醋酸稀释过程中的导电性实验(5)利用有颜色变化的反应,设计可用于魔术表演的化学实验实验原理:FeCl 3溶液遇到硫氰化钾(KSCN)溶液显血红色,遇到亚铁氰化钾K 4Fe(CN) 6溶液显蓝色,遇到铁氰化钾K 3Fe(CN) 6溶液显绿色,遇苯酚显紫色。FeCl 3溶液喷在白纸上显黄色。实验用品:白纸、毛笔、喷雾器、木架、摁钉。FeCl 3溶液、硫氰化钾溶液、亚铁氰化钾浓溶液、铁氰化钾浓溶液、苯酚溶液。实验步骤:用毛笔分别蘸取硫氰化钾溶液、亚铁氰化钾浓溶液、铁氰化钾浓溶液、苯酚浓溶液在白纸上绘画。把纸晾干,钉在木架上。用装有 FeCl3溶液的喷雾器在绘有图画的白纸上喷上 FeCl3溶液。