化学实验设计是指实验者根据化学课题的目的和要求

一 探究实验设计的界定及意义一 探究实验设计的界定及意义 探究 是科学的灵魂 也是人们认识未知世界 获得真知的基本方法 在中学化学教学里 探究式学习的 探究 是相对于 接受 而言的 探究式学习让学生自己分析原始资料 或通过实验探究获得学习结果 探究式学习在获得化学知识的同时获得问题解决能力 概括能力以及知识 形成过程的体验 探究性实验是探究式学习的一个重要方式 探究性实验要求学生自己制定实验目的 设计实验步骤 分析操作注意点 实验有成功或失败两种可能 显然 探究性实验是运用化学实验获得未知或 解决一个具体的化学问题 探究性实验必定促使学生主动学习 探究实验教学探究实验教学 背景资料背景资料 50 年代末 60 年代初 以美国为先导 在世界范围内开展了一场旨在提高 理科教学质量的理科教育现代化运动 实验探究教学思想在这次改革中有进 一步的发展 美国著名科学家 芝加哥大学教授施瓦布 Schwabjj 对此做出 了重要的贡献 他主张让学生通过自主地参与知识获得的过程 掌握科学研 究所必须具备的科学方法 探究性地获得科学概念 不仅继续强调自主性 探究性和观察 实验等科学方法 而且更强调科学概念的掌握 探究能力的 形成和科学态度的培养 探究实验教学的意义探究实验教学的意义 创新性的探究实验课题的开发可以吸引学生更热情地投入到实际教学活动 中 使他们一开始就对此实验教学活动充满了兴趣和好奇心 这也使教师和 学生的互动性得到了进一步的加强 另外 探究实验教学的意义主要有以下 两方面 提升学生的化学实验能力 促进学生主体性发展 提升学生的化学实验能力 提升学生的化学实验能力 化学实验能力可定义为运用实验解决化学问题的能力 它是由多种成分 组成的一种综合能力 这种能力的基础包括化学基础知识 化学实验方法论 初步知识 化学实验操作技能和运用化学实验方法论技能等四个方面 这种 能力还包含了发现问题 提出问题 选择课题的能力 查阅有关化学文献资 料获取有关化学信息能力 选择实验方法 设计实验方案的能力 观察实验 并进行推理 分析 综合 抽象 概括及判断的能力等方面 化学实验教学 中研究性学习要求学生在开放的化学实验环境中自主地发现问题和提出问题 通过多渠道采集相关信息 数据 资料 分析与处理信息 设计解决问题 的实验方案 通过自主的实验探索 得出结论 实现问题的解决 主体性是主体的品质与能力的反映或概括 发展学生的主体性是未来社会 对高素质人才的要求决定的 我们培养的人必须具有良好的品格 有强的适 应社会的能力 有高的文化素养 他们不仅会学习 会生活 而且会创造 会做人 这种人集中表现在主体性的高度发展方面 主体性主要表现在合作 性 自主性 主动性 创造性四个层面 促进学生主体性发展 促进学生主体性发展 合作性是指在群体间人际关系和交往活动中 积极建立群体间的合作关 系 学生在竞争和合作两种关系处理中 形成良性促进的和谐关系 自主性 也称为自我完善性 它是人成为主体的前提和基础 是主体独立自主行使支 配自己的权利并且具有这种能力主动性 集中表现在有目的 有意识地认识 世界和改造世界的理性活动 创造性是对现实的超越 是主体性发展的最高 表现 人的发展必须靠主体性的发挥来获得 教学活动在本质上是学生的认 识活动 所以学生是教学的主体 因此 在实验教学过程中 既要重视发挥 学生的主体性 更要重视学生主体性的发展 具体的说 1 需要使学生意识到自己是学习的主人 增强学习的自主性 2 需要学生主动思考问题 探索新知 树立主体参与意识 3 需要提高学生发现问题 解决问题的能力 培养创新意识和创造性思 维能力 4 发挥学生的非智力因素 使他们会学习 会生活 会创造 会做人 促进学生全面发展 案例 探寻铁生锈的主要因素 同学在老师提问及引导下会给出很多猜想 假设 如 空气 氧气 二氧化碳 稀有 气体 污染的空气 水 盐水 酸雨 铁表面肮脏 铁里有杂质 这本是好事 但有些老师只关注上述的 和 因为教材上只讲到水和氧气 于是就会说 使铁生锈的 主要原因是氧气和水 我们可以通过实验来探究一下 此时哪里还有什么探究 第一 对 同学提出的大多教假设视而不见 其实有些假设是颇为有理的 第二 只选 正确 的假设 书上的答案 进行实验 这种实验教学形式和传统的验证性实验又有何不同呢 探究活 动的本质在这里已走味了 实际上 都会对铁生锈有影响 其中有些因素十 分重要 如 等 四 探究实验的课题更 要注意趣味性 安全性 案例 如茶水变色探究 探究水果电池等实验 就既有趣 又安全可行 是师生较为欢迎的探究课题 动画演示 1 茶水变色 动画演示 2 水果或番茄电池 实验探究个案实验探究个案 1 茶水为什么会变色 茶水为什么会变色 许多植物的色素具有酸碱指示剂的功能 如有色花朵 红罗卜的皮 紫色卷心菜等 都能随不同 PH 值而发生颜色变化 再如在茶水中放几片柠檬 茶水的颜色就会变浅 加 入碱性物质 茶水的颜色就会变深 茶水中的化学成份很复杂 能发生的变色反应也很多 其中有些反应还被某些巫师用于迷信活动 比如拿起一杯茶略晃一晃 浅棕色的茶水就变 成了深色的 黑墨水 换个手再晃一晃 墨水 又变成清亮的浅棕色 在这前后的变色过 程中 关于 有祸 和 消灾 的骗人故事就编造出来了 然而这一切都是很普通的化学变 化 实验 取半杯浅棕色的茶水 投入一小粒氯化亚铁的晶体 一开始并无什么现象 但晃一 晃茶水 再过片刻后 茶水的颜色慢慢变深 最后呈黑色 如果改用氯化铁 只需滴加一 滴 5 的水溶液 茶水立刻就变成黑色 在黑色的茶水中加入一小粒草酸 随着草酸的溶解 茶水又慢慢变为浅色 最后完全恢复成原来的色泽 如果再加些碱 茶水又变成了深色的 黑墨水 再加些酸 茶水又变成了清亮的浅棕色 原理 亚铁盐在水溶液中很容易被氧化而生成三价的铁盐 茶水中含有鞣酸 鞣酸与三价 铁能结合生成黑色的鞣酸铁 草酸是有机酸 草酸能和鞣酸铁中的铁反应而生成无色的配 合离子 从而使鞣酸铁的黑色完全褪尽 拓展探究 1 家中的蜂蜜曾受到铁桶的污染 可选用什么简易方法来检验 2 草酸能退除蓝黑墨水的笔迹吗 为什么 实验探究个案实验探究个案 2 番茄为什么能做成电池 番茄为什么能做成电池 实验用品 导线 灵敏电流计 番茄 铜片 锌片 实验步骤 1 取 2 个半熟的番茄 相隔一 定距离 分别插入铜片和锌片 2 按右图所示 用导线将铜片与锌片及电流计相连 观察现象 实验原理 番茄汁显酸性 当在番茄里平行 地插入铜片和锌片时 形成原电池 华东师范大学 化学系 郑玉婷 上海市高一教材中有一个探索原电池的 实验 用的是两个半熟的番茄相连 再用铜 片和锌片作电极 形成原电池 用电流检流 计检验原电池是否产生电流 如图 其实 这个实验不仅仅局限在番茄作介 质 因为我们用的检验器是检流计 所以 只要有微小的电流产生就可以检验出来 只 要调到合适的量程 那我们用来做原电池 的材料就可以是其它的 含有电解质的物质 而且 我认为完全不需要将两个番茄串联 用一个番茄的话 在番茄内部形成通路也是 可以的 对此我做了一系列的实验 实验一 苹果原电池实验一 苹果原电池 用一个苹果代替两个番茄 同样可以在检流计上看到有电流通过 量程为 2 毫安 实验中发现 检流计的示数并不稳定 会越变越小 经过一段时间后会跳动的慢一些 因为电流很小 以及检流计的灵敏度 所以要达到示数完全停止跳动是非常困难的 其次 电流的大小与铜锌片的位置有一点关系 多数情况是两电极离得越远 电流越 小 个人猜想是 因为苹果起电解质作用的是一小部分果酸 而大多数果肉是不导电的 所以就相当于电阻 两极离得越远 中间电阻越大 电流越小 最后 在实验中发现这样一个情况 就是 同样的位置 铜片插得深点之后 一下子 就没有电流了 如图 1 2 与之相比较 图 3 4 将苹果剖开后 查出原因 铜片与锌片接触后 就没有电流了 如下图 如果避免接触 电极插的深浅不会造成没有电流通过的现象 如下图 实验二 橙子原电池实验二 橙子原电池 橙子原电池的实验结果与苹果基本一致 实验三 液体原电池实验三 液体原电池 如果不使用水果 使用还有电解质的液体也可以做成原电池 使用液体得到检流计示数也不是很稳定 总结 总结 从以上试验可以看到 除了番茄可以做原电池试验外 其它水果也可以 因为苹果中的酸 含量与番茄 柠檬相比 要少 如果一个苹果可以做成原电池 那番茄 柠檬也应该可以 其它水果大多数也应该可以 这样就可以将试验的对象扩大 为学生自主探究拓宽了思路 而且 从成本上看 柠檬的成本一般比较高 番茄和苹果成本相对较低 如果学生自己实 验就可以选择当时比较便宜的水果实验 用一个水果代替两个 同样也节约了成本 而且 可以省去一对电极和导线 其次 作原电池的对象的拓宽还有利于学生对于电解质的进一步探究 比