让创新的火花在实验中灵动.doc

海量资料 超值下载让创新的火花在实验中灵动摘 要 本文从改进实验方法、提高实验技能；对简单实验仪器进行开发、开辟实验创新之路；和落实化学实验功能三个方面，通过典型的实验教学案例，开展化学实验在实际操作过程中的一些改进和创新。关键词 化学实验 新课程 学科特色 实验探究高中化学新课程更加注重化学实验的教学功能。“设置化学实验有助于学生更深刻地认识实验在化学科学中的地位，掌握基本的化学实验方法和技能，培养学生的创新精神” 1 ，这是高中化学新课程对实验教学的一大基本理念。在实施高中化学新课程的过程中，“使学生认识化学实验是学习化学知识，解决生产和生活中的实际问题的重要途径和方法”1，现行的化学教材，化学实验的设置遵循了学生认知的基本规律，重视通过典型的化学实验事实帮助学生认识物质及其变化的本质，但部分的实验设计还是存在缺少绿色化学观念的培养、淡化实验安全意识、可操作性差等诸多缺陷。这就需要教师在实践中，使化学实验更加简单易行，更好的发挥化学实验的特点，让创新的火花在实验中灵动。一、改进实验方法 提高实验技能化学实验方法是根据化学实验目的，通过运用实验仪器、设备、装置等物质手段，在特定的实验条件下，变革化学实验对象的状态或性质，通过实验观察获得各种化学科学事实，以探究化学问题的一种科学研究方法。新课程标准要求掌握基本的化学实验方法和技能，了解现代仪器在物质的组成、结构和性质研究中的应用。高中化学新课程中安排了丰富的实验内容，对培养学生的实验方法和技能发挥了重要的作用。但是学生实验方法和技能的提高需要教师具有高超、精湛的实验方法和技能，才能为学生做好示范和指导。1、改进常规的实验方法，倡导“绿色理念”探究性实验方法的研究，是化学实验教学的重心。如浓硫酸的脱水性实验（“黑心馒头”实验）：烧杯中放入20g蔗糖，加入几滴水，搅拌均匀。然后加入15mL溶质的质量分数为98%的浓硫酸，迅速搅拌。观察实验现象。此实验的缺点是：反应放出大量有刺激气味的有毒气体如SO2等，对空气污染严重，学生咳嗽不止，甚至干扰了课堂正常秩序。改进方案：将200ml烧杯置于有少量水的玻璃水槽内的一块大理石小垫块上（大理石小垫块稍微高于水面），再在200ml小烧杯上倒扣一个大烧杯（如图1所示）。图1 “黑心馒头”实验2、变更逆向实验方案，提高探究效果附着铜的电极变更逆向实验方案是沿着实验的相反方向，用反方向探求的思维方式对现有的实验设计进行逆向思考，从而提出新的实验设计的实验创新。例如在演示完用碳棒(惰性电极)电解. CuC12溶液的实验，引导学生弄清电解原理后，将原实验中阴阳两根电极(此时阴极碳棒上已附着红色的铜)调换再进行电解，一段时间后改作为阳极的碳棒上附着的铜消失。由“异性相吸，极性交错”原理作为电化学知识的武器。显然将阴阳两极调换后，可以为非惰性电极作阳极时的电解原理的学习设置探索情境。图2 变更逆向电解氯化铜实验3、发展微型实验，实现学生实验探究的普及化学生实验是化学教学的重要组成部分，学生通过化学实验，收集相关数据，并科学地加以处理，体验知识的形成过程。微型实验在保证现象明显的前提下，实现药品微量化及实验仪器微型化。尽可能用少的药品获取最有效的实验信息，具体讲就是药品用量少、仪器容量小、基本无污染、实验现象直观明显的化学实验。它是在绿色化学思想下，用预防化学污染的新实验思想、新方法和新技术对常规实验进行改革和发展的必然结果。尽可能少用一点试剂，是微型化学实验的核心，是一种思维方向，是绿色化学思想在化学实验中的具体体现。为此，使用微型实验仪器，减少对玻璃仪器的依赖性，同时，能实现学生实验探究的普及化，最大限度的发挥化学的学科特色。例如“设计一套电解饱和食盐水的装置” 3，一般的设计都是利用U型管进行电解。可利用试纸及铅笔设计设计微型实验，将半片广泛pH试纸和半片KI-淀粉试纸用饱和食盐水浸泡，置于表面皿，以铅笔为两电极分别接触两试纸，阳极产生Cl2，使KI-淀粉试纸变蓝，阴极产生NaOH，使pH试纸变为绿色。（实验装置如图3所示），该微型实验装置简单，反应迅速，现象明显，利于学生分组实验探究。+ -浸泡饱和食盐水的淀粉KI试纸 浸泡饱和食盐水的PH试纸图3 试纸微型实验4、优化组合多个实验，提高综合探究能力教材对实验的设计往往各自独立，且教师在日常的教学中，可以合并多个具有同一探究功能的实验。实验的合并是将某几个实验合并在一起做，既能减少实验中产生的污染，又可培养学生的综合素质能力。如：浓硫酸特性实验及产物的验证实验。浓硫酸的特性主要表现为吸水性、脱水性、强氧化性，这些只要用一个实验即蔗糖与浓硫酸。产物有CO2、SO2等(如图4所示)：图4 浓硫酸特性实验及产物的验证实验优化组合多个实验应注意下列问题：(1)组合并不是几个化学实验的简单联接和共同演示，经过组合的实验应具有原先实验所不具有的教学功能，能获得. 1+12的教学效益。(2)组合应是在对原先实验进行变形的基础上再将它们进行的有机融合，切忌将一些并不相干的实验生搬硬套地拼凑在一起。(3)组合的实验应易操作、仪器装置应简单明了。小而简的组合的实验效果则更佳。例如“Cu和浓HNO3的反应与喷泉实验的优化组合”： 在注射器中滴加4mL浓硝酸，锥形瓶中放入铜片，如图5所示装配好，推进注射器，铜与浓酸即开始反应，红棕色气体充满烧瓶，空气被排出。当整个烧瓶充满二氧化氮气体时，用手挤压胶头滴管，使少量水进入烧瓶，立即形成美丽的喷泉。实验结束，烧瓶中剩余气体的体积约占烧瓶体积的13。浓HNO3铜片图5 “Cu和浓HNO3的反应与喷泉实验的优化组合”装置上述实验将铜与浓硝酸反应的实验、二氧化氮与水反应的喷泉实验巧妙地组合在一起。装置简单、仪器少，而且NO2体积与生成物NO的体积关系一目了然。二、对简单实验仪器进行开发 开辟实验创新之路化学实验教学倡导和鼓励一线教师对简单实验仪器进行开发，研究低成本、少污染的化学实验。同时也鼓励学生和教师充分利用生活中的常见用品和废弃物，设计富有特色的实验和实践活动。开发的化学实验仪器应有助于激发学生学习化学的兴趣，创设生动活泼的教学情景，帮助学生理解和掌握化学知识和技能，训练学生的科学方法，培养学生的科学态度和价值观。1、 用成品化仪器代替复杂实验很多化学概念和理论的形成，一般都首先从认识具体物质的性质入手。而物质的性质，必须借助于一定的实验仪器装置，在人为控制的条件下，使物质发生物理变化或化学变化时才显露出来，被学生感知。学生从获得化学实验事实的基础上形成化学概念、认识化学理论。新教材中安排使用了许多先进的仪器设备和现代化的实验手段，为高中化学教学提供了可靠的保障。但是开发一些简单的仪器装置，在化学教学中也能发挥出独特的作用。例如：碘升华实验对环境有一定的污染，且实验后的碘回收率低等缺陷，在实际的教学中，可使用“碘升华管”（如图6所示），即装有少量碘、两端封闭的玻璃管，该仪器有操作简单、现象明显，无污染、可循环使用等优点。又如气体发生器，常用医用废弃的一次性注射器代替（如图7所示）。温度对化学平衡的影响实验，可采用密封有二氧化氮的二连球（如图8所示）等。 图6碘升华器 图7 注射器 图8 NO2二连球2、寻找仪器替代用品用日常生活用品替代一些化学仪器，不仅节约开支，而且实验效果很好。例如在原电池和电解实验中，用1号锌锰电池的碳棒替代石墨电极，用盛放石蕊试纸的小塑料盒（如图9所示）2 替代U形管或小烧杯做电解槽效果就很好。这是因为装置中两个电极的距离比在U形管中小很多，所以省电省时。这种塑料盒与小型U形管容积相当，而且材质无色透明，便于观察实验现象。使用时用双面胶固定在塑料板或木板上，防止倾倒。A、用小塑料槽做氢氧燃料电池的实验图9 试纸塑料盒替代U形管做电解槽小塑料槽内盛放饱和硫酸钠溶液，用1号锌锰电池的碳棒做电极，通14V直流电，待碳棒上吸附少量氢气和氧气时断开直流电，连接电子贺卡，则电子贺卡又响又亮。实验成功率非常高，有利于帮助学生理解氢氧燃料电池的工作原理。B、用小塑料槽做电解池的实验将氯化铜溶液倒入小塑料槽，插入两根1号锌锰电池的碳棒做电极，通14V直流电，很快观察到阴极碳棒一侧附有一层红色的铜（如图5左所示）；若在U形管内进行电解氯化铜溶液，不仅耗时很长，而且仅能在碳棒下端观察到有很小面积的铜（如图10右所示）。图10 小塑料槽做电解池的对比实验三、落实化学实验功能 培养综合素质科学探究能力的培养应紧密结合化学知识的教学来进行。在化学实验的探究活动中帮助学生掌握知识、技能与方法，体验科学探究的过程，在态度情感与价值观方面得到良好的发展。要按照课程内容的要求，积极开展实验探究活动。通过实验探究活动发现学习和生产、生活中有意义的化学问题；能根据具体情况设计解决化学问题的实验方案，并予以评价和优化；能通过化学实验收集有关数据，并科学地加以处理；能对实验现象做出合理的解释，运用比较、归纳、分析、综合等方法初步揭示化学变化的规律。如探究钢铁在弱酸性环境下会发生哪一类腐蚀?可以在学完电化学腐蚀后提出该问题：钢铁在酸性环境一定会发生析氢腐蚀吗? 几乎所有学生都认为是肯定的。但实验结果却出人意料：将一根铁钉用稀盐酸浸泡除锈后，放入具支试管中，导管内的液面不但不下降却反而上升（如图11所示），其高度与用饱和食盐水浸泡过的铁钉几乎一样高。这是为什么呢？仔细分析就不难得出结论：虽然铁钉表面吸附少许盐酸，但放在具支试管中，由于氯化氢的挥发使水膜的酸性减弱，即使有少量的氢离子得电子生成氢气，但主要是溶解在水膜里的氧气得电子发生吸氧腐蚀，致使具支试管里的气体体积明显减小而不是体积增大。实验说明，钢铁在酸性较弱的环境中也主要发生吸氧腐蚀，吸氧腐蚀对于析氢腐蚀，是一种更普遍的电化学腐蚀。用稀盐酸浸泡除锈后的铁钉图11 钢铁在弱酸性环境的吸氧腐蚀 学生通过这样深层次的实验探究，经历对化学物质及其变化进行探究的过程，探究知识形成的过