中学化学实验微型化,无害化研究实验报告.doc

中学化学实验微型化、无害化研究实验报告一、课题的提出97年10月，辽宁省教育学院张庆云教授应邀到大连讲学，内容是“中学化学实验微型化、无害化。”我们听后深受启发。在罗秀传主任和于国芳老师的指导下，我们立即申请加入该课题组，投入该课题的研究。近年来，微型、无害化学实验已日益发展、广泛推广，它是对化学实验教学的一项重大改革。采用微型、无害化实验，一方面有利于提高学生实验技能，激发求知欲，培养学习兴趣，开发学生智力和提高教学质量；另一方面也为实施素质教育，培养学生创新意识奠定基础。著名化学家戴安帮教授说：“大力推行微型化学实验，使全国中学的化学教学皆有学生单一实验作业，以加强化学教学的素质作用”。我们希望微型、无害化学实验的研究和推广能开拓我校化学教师的视野，同时为我校化学教学注入一种新的活力，更有效地提高我校化学教学质量。二、现状1国际及国内现状通过学习我们知道微型化、无害化化学实验始于80年代中期。它是在一些专门设计的微型化仪器、装置中所进行的化学实验，其药品和试剂的用量常常是常规实验的几十分之一，甚至更少，所以称为微型化学实验。迄今为止我国已在近800所大专院校和中学得到推广应用。现在美国、澳大利亚、南非等国均已成立全国性微型化学中心（National Miciosale chemistry center）（请注意：微型化学已成为国际通行的专用名词）以推动本国的微型实验工作，我国的微型化学实验研究中心也已经成立。我国先后五次于杭州召开全国范围的研讨会，我省了举办过4次研讨会，取得一系列科研成果。2我校现状听了张庆云教授的报告，我们深感微型化、无害化化学实验研究的紧迫性和必要性：其一：初中化学教材中有很多实验涉及有害物质，可我们很少意识到这些危害，也很少去教育我们的学生如何避免这些危害。其二：素质教育要求我们要面向全体学生，全面提高学生的素质，如何更好地贯彻实施素质教育一直困扰着我们。微型、无害化学实验在激发学生学习化学的兴趣，强化动手能力训练，培养创新能力等方面有独特功效，我们何不把它作为实施素质教育的突破口呢？其三：我校始建于1952年，实验室的设计不很合理，实验设施陈旧落后，虽经改造，但由于经费有限等原因，也是勉为其难。因此有些实验尤其是学生分组实验往往开不全。微型实验可以因陋就简，节约经费也节约时间。其四：由于学生实验课堂教学组织固有的特殊性及受传统计表教学思想的影响，学生实验教学仍是薄弱环节，仍在单调僵化的教学形式中运行。探索新的实验课堂教学模式也一直困扰着我们。三、理论依据（一）可持续发展战略可持续发展是世界环境保护工作的主题。可持续发展包括自然资源和生态环境、经济和社会的可持续发展。其中保护自然资源和生态环境是可持续发展的核心。这就是说，加快经济发展决不能以浪费资源和牺牲生态环境为代价。江泽民总书记在96年全国第四届环保会上所指出的从我国实际出发，实施可持续发展战略，保护环境所要做好五个方面的工作，都离不开化学科学。因此，化学教学在加强体现时代精神，实施可持续发展思想教育方面甚为重要。传统的实验除了实验本身使用污染环境的试剂之外，还有实验本身在设计上就存在问题的情形。如何消除或减轻化学实验对环境的污染，是传统化学实验面临的最大挑战。同时，化学实验是纯粹消耗性的实验，这是不可避免的、有意义的消耗，但是，在很多化学实验中的消耗是多余的、毫无意义的，这就是化学实验中的资源浪费现象。江泽民总书记一再告诫我们：“不能吃祖宗饭，断子孙路”。作为化学教师，更应责无旁贷地担负起教育学生杜绝资源浪费的责任。因此，微型、无害化学实验符合时代精神，符合时代需要。（二）素质教育理论素质教育的“三要义”（即面向全体学生，促进学生全面发展，主动地生动活泼地发展，是素质教育理论的精髓和灵魂）是实施素质教育的根本着眼点。微型、无害化学实验能促进实验教学的全面性得以实现，一改“黑板上讲实验”的落后教学方法，用实验教学法来激发学生学习兴趣，对发挥学生自觉性、创造性、积极性，发挥学生主体作用，培养和发展学生观察能力、实验能力、思维能力及提高教学质量是有益处的。因为学生在化学实验室的作业中不仅学到第一手化学知识和动手技术，由于教师的指导得法，循循善诱严格要求，受到科学方法和思维的训练，还得到科学精神和品德的培养。四、实验过程1理论学习和课题选择阶段97年，由于“微型、无害化学实验”开展的还不够广泛，各种相关资料很少，我们主要是学习张庆云教授在大连的报告内容及他所编写的微型、无害化学实验一书，同时注意收集各类杂志中的实验改革成果。在此基础上提出一些子课题，如：微型无害化学实验与环境保护；微型无害化学实验的经济效益；微型无害化学实验在课外活动中的应用；微型无害化学实验的规范化操作；微型无害化学实验改进方案等等。在罗秀传主任和于国芳老师指导下，本着从我校实际出发的原则，我们课题组选择了“微型、无害化学实验改进方案”这个内容作为我校在该课题研究的突破口，并以此逐步带动其它方面的研究。2实验探索阶段首先，也就是9798年我们重新审查全书84个演示实验、10个学生实验和9个选做实验，确定哪些实验与有害物质有关。其中硫在氧气中燃烧、一氧化碳还原氧化铜、燃烧条件这三个实验的改进尤为迫切。我们把这三个实验定为97年下半年主攻方向。每个实验都集思广益设计出各种不同方案。比如就一氧化碳还原氧化铜这个实验，我们就设计出五种方案，实验200余次。其一如图1：这个实验失败是因为石灰水在气体的压强作用下喷出或倒吸。其二如图2：但这个实验在瓶塞启闭时会有一氧化碳气体逸出，同样造成污染。其三如图3：这种改进爆炸的可能性占60%，且很难持续燃烧。其四改进与教材中改进装置相近，但是存在着接点接多，不易操作、易爆等缺点。通过一个阶段的研究与探索，我们几乎失去信心。有一天我们在实验室整理实验仪器时，突然发现了封液漏斗的两球形结构很特别，如果在第一种改革方案中造出两球结构不就可以解决石灰水喷出和倒吸的难题吗？李文辉老师当即用封液漏斗改造一个，马上实验，一举成功解决了上述问题，但也随之带来了新问题：在实验中有易爆的缺点。为了迎接第四届辽宁省微型化学实验研讨会，中秋节那天李文辉老师还泡在实验室里，反复摸索，从早到晚，中午时他感到头晕、恶心，并有呕吐等轻微煤气中毒的表现。回家休息一会儿之后，他又钻进实验室。而于国芳老师那天也没有休息，专程到实验室指导。在这一天80余次实验的最后，他终于发明了防爆尖嘴，彻底解决了最后的难关（具体制作方法见详细说明）。这套装置很小，且由原装置8个接点变为2个接点，有效避免了一氧化碳泄漏，且由于装置小，又配备防爆尖嘴，爆炸的可能性大大减少，操作更加简便，只需一分钟就能完成，效果非常明显，有效克服了原装置的缺点（这套装置的改进已获得大连市教育学院领导允许试生产，进而推广）。初试成功后，大家倍受鼓舞，余下两个有毒实验均被逐个突破，每个实验改进的成功背后都伴随着几十次甚至上百次的实验。这些改进实验在辽宁省第四届“微型化、无害化实验研讨会”上获三项一等奖。张庆云教授在闭幕式上给予高度评价：“大连地区异军突起”。（这三项改进另有详细说明资料）9899年，我们又着手制定新的改进及推广计划。其中有5个实验列入改进计划：电解水实验；碳还原氧化铜实验；导电性实验的完善；氢气爆炸实验的研究改进；氢气流吹肥皂泡。之所以把这5个实验列入改进计划是因为这5个实验都是一些效果不够理想、费时较多或操作繁琐的实验。到目前为止，其中有4个实验已改进比较成功，只差没有解决好（详细资料另附）。在2000年4月于沈阳召开的中学化学实验研讨会上，我们又有四项改进实验获奖，其中一等奖一项，二等奖三项。在这同时我们也大力推广了第四届微型、无害化学实验研讨会上其它院校的科研成果。尤其是对塑料吸管、井穴板两种新型仪器在实验中的使用进行大胆演讲取得较好效果，至今我们可以把第八章36个实验中的29个实验采用微型化设计。例如：做酸、碱、盐这间的反应实验时，只需2-3滴酸碱溶液与1滴指示剂作用就可以显示明显的颜色，但原设计方案中却要加入2毫升酸或碱溶液，这之间的差距约为20多倍；另外，酸碱溶液的浓度为0.001mol/L时实验现象就非常明显，而原方案却用1:4的稀酸。为了解决这类问题，我校于3年前就开始使用医药塑料包装片及眼药水瓶。现在已经购进30套井穴板和塑料吸管这两种微型化学实验仪器代替原来的医药包装片及塑料眼药水瓶。为了适应微量化的要求，我们又研制出“微量可调塑料药匙”。以往学生分组实验取固体时尽管一再强调取用最少量，但由于所用药匙比较大，很难做到这一点，造成很大的浪费。现在上实验课我们只需在实验台上放置合适的塑料药匙即解决了这问题（详细制作方法见资料4）。3实验归纳阶段经过两年多的实验与探索，我们课题小组在各级领导的支持帮助下，对微型、无害化学实验有了较深的认识，也积累了一些经验，同时也取得了一些科研成果。因此我们也开始进行了全面的实验总结：首先，我们对改进的实验逐项归纳整理，我们一共改进实验43项：（1）、硫在氧气中燃烧的改进方案；（2）、空气中氧气含量测定改进方案；（3）、燃烧条件实验改进方案；（4）、氢气流吹肥皂泡实验改进方案；（5）、氢氯爆炸实验改进方案；（6）、一氧化碳燃烧改进方案；（7）、一氧化碳还原氧化铜改进方案；（8）、溶液导电性改进方案；（9）、石墨导电改进方案；（10）、微量可调塑料药匙的制作；（11）、碳还原氧化铜实验改进方案；（12）、灭火器实验改进方案；（13）、分子性质的补充实验；（14）、二氧化碳与氢氧化钠反应补充实验。第八章29个酸碱盐之间反应的演示实验及常见离子鉴别实验都可以用井穴板和塑料吸管代替，且效果极佳。其次，我们不断引进其它院校科研成果充实我校化学实验，取人之长，补己之短，进而推广普及，其中购进改进的实验装置4项38套。（1）、井穴板、塑料吸管30套；（2）、电解水（快速）装置4套；（3）、氢气发生装置4套。同时学习别人经验，重点引入十余项改进实验或实验设计思想。这一项对我们推行、普及微型、无害化学实验起了非常重要的作用。再其次，我们从素质教育理论的高度重新认识微型、无害化学实验。素质教育要求我们面向全体学生，全面提高学生素质。化学是一门以实验为基础的学科。学生能亲手操作实验和只听教师讲述实验的效果是大不相同的。首先：它有利于提高学生科学素质和身心素质。例如：在离子的检验方法一课中，李萍老师采取了以医药包装片为反应容器的学生分组实验。在学生设计出实验方案后再借助医药包装片加以验证，达到了理论和实践相结合的目的。又如蔡秀丽老师在主讲氢气的实验室制法一课时，为拓宽学生思路，又利用井穴板补充投影实验，使学生从感性上认识到锌、铁、镁中锌是最适宜用来制氢气的金属，而铜不能与稀硫酸反应生成氢气，这为学生以后学习金属活动性顺序奠定基础。在学习金属活动性顺序时再次使用这套装置，使它更具有普及性。这样的实验，使学生对所学知识记忆得更深刻，运用得更灵活，同时也提高了学生实事求是，尊重规律的科学态度，提高学生自立、不盲从、坚韧、刻苦、顽强的心理素质。其次，它有利于提高学生的能力素质和智力素质。过去的学生分组实验，绝大多数学校很难一人一套设备，通常两人或三人用一套仪器，有些学生就没有动手机会，效果也不那么理想。引入微型实验后，彻底改变了长期困扰教师的难题，人人动手，自己观察，自己分析，自己总结，秩序井然，充分发挥了学生的智慧潜能和创造力，从而达到提高学生动手能力、观察能力、分析能力、解决问题能力，提高了实验课的教学质量。过去课堂上的演示实验，前排看得比较清楚，中间看得模糊，后排学生就不用说了，使最能调学生学习积极性的实验手段变成了学生厌倦的僵化教条，大大削弱了学生学习兴趣，扼杀了学生独立思考能力和创造精神。引入投影微型实验后，学生注意力、感知力、思维力、想象力、记忆力等智力素质均得到较大提高，课堂教学密度、广度都得到相应地加大和拓宽，使课堂教学效率和质量得到提高。五、实验及教学成果：1学生方面通过对微型化、无害化实验的研究，使学生对化学这一科的学习兴趣明显变浓（在问卷调查中喜欢化学这一科的占98.3%），环保意识明显增强（在问卷调查中了解微型、无害化学实验中环保意义的占100%），自己动手实验的机会增多了（在问卷调查中“自己做的家庭小实验”平均每人10个，学生独立做过的实验平均每人10次以上），学生化学成绩逐年提高（见下表）实验前后时间一分二率我校区内名次全区实验前1997年平均分74.4874.5及格率73.9%875.95%优秀率41.2%435.1%实验后1998年平均分74.77773.4及格率75.4%875.8%优秀率36.42%430.2%1999年平均分66.7361.5及格率71.8%467.67%优秀率12.1%37.03%2000年平均分82.82279及格率87.2%282.3%优秀率53.56%134%并且在全国化学竞赛中，我校化学成绩近两年名列前茅。99年集体总分获大连市第四名，中山区第一名；2000年集体总分大连市第二名，中山区第一名。2、教师方面李文辉老师：99年7月在东北三省化学教学观摩课上使用微型、无害化装置获一等奖；99年10月在中山区“三杯”赛上所讲单质碳的化学性质一课获中山区“新秀奖”，且总分第一；98年10月在辽宁省第四届中学化学实验研讨会上谈微型化、无害化实验在我校的实施获辽宁省化学会一等奖；2000年4月在辽宁省中学化学实验研讨会上氢气性质实验的改进获辽宁省化学会一等奖；98-99年度，获中山区教委颁发的“教育先进个人”称号；98-99年度，被中山区工会评为“技术革新标兵”；99年化学竞赛中指导的学生有两人获省一等奖，三人获市二等奖；2000年化学竞赛中指导学生有一人获全国一等奖，一人获全国二等奖，四人获省三等奖；99年7月论文微型化、无害化学实验的探索与研究获大连市教育学会一等优秀论文；99年3月在中山区自制教具评选中获中山区一等奖；98年11月，李文辉老师代表课题组在中山区微型化、无害化实验汇报会上做的专题汇报，引起与会领导及老师的极大兴趣。此项活动得到市领导关注并给予极大支持，于1998年12月再次在大连市中学化学实验改进汇报会上由李文辉老师代表九中课题组汇报研究进展及成果，得到市领导的充分肯定和赞许。两次汇报会上共有300多人参加，起到一定的推广作用。之后又有很多老师曾多次共同研讨实验改进问题，并提出订购我校改进仪器，市教育学院领导也批准生产试销，但由于无人经营，只能满足个别学校的要求。李萍老师：1998年10月论文一氧化碳还原氧化铜微型化、无害化设计获辽宁省化学会一等奖；1999年11月在中山区自制教具评选中获中山区二等奖；2