探究实验的选题和设计

1、概述今天讲“化学教材中的探究实验设计''课程的第二 缺“探究实验的选题和设计雹本节讲解以下三个问题：一、从教材疑难实验中寻找实验探究线索。二、在教学实践中开发实验探究的创新点。三、利用文献资料指导探究实验。一、从教材疑难实验中寻找实验探究线索中学化学教材中往往冇一些成功率不高、或实验现象不明显、或实验结果不理想的实验, 其至有些实验还会产牛一些怪异现彖，这些所谓的疑难实验的存在给我们的实验教学造成了 定的困难，这些问题的出现，也对教师的实验研究能力捉出了更高的要求，教师在实施实 验教学的同时，对于这些问题的出现应及时发现，并通过科学的研究方法来解决这些问题。疑难实验的探索包括对

2、反应条件、反应机理等多方位的探索。就拿反应条件來看，它就包括 实验所需温度、浓度、压强、催化剂、仪器、装置、操作等诸多因索。案例21：氢氧爆呜实验教材中各种爆呜实验，成功率往往较低，例如氢氧爆呜实验就受到爆炸极限、点火时间、 爆呜装置等一些因素影响，能否设计出一种方案，可以使该实验的成功率达到近100%?下 而的方案就为不错的设计：二、在教学实践中开发实验探究的创新点含有探究性实验的教学显然是一种探究式教学，作为教师应该善于在教学实践屮开发实验 探究的创新点。一般来说，中学化学教学实践屮的探究式教学有两种常见的教学模式。第一种模式可概括为：问题假说、检验一一结论应用。第二种模式可概括为：问题实

3、验事实科学抽彖结论应用。例如：案例2-4：如何从碱式碳酸铜屮提取铜在实验室如何从少量的碱式碳酸铜试剂中提収出铜。大部分同学选用的方法是先在试管中 加热分解碱式碳酸铜，得到产物氧化铜，再将氧化铜溶于稀硫酸，再用铁置换。z所以 选川先在试管中加热分解碱式碳酸铜的方法，是因为初三教材的绪言课上就有一个加热分解 碱式碳酸铜的演示实验。但我们可从另一个探究问题的角度來思考该方案：“通常条件卜， 碳酸盐与酸都会反应；碱会和酸发生中和反应。”而冃还可进一步引伸出：“碱式碳酸铜可立 接与稀硫酸、稀盐酸等反应，其产物应是水、二氧化碳及铜离子。”该法具体应用的范例就 是古代就有的“湿式炼铜”等。从上述例子可见，实

4、验事实、分析推理、科学抽象等，对在教学实践中开发实验探究的创 新点是重要的。三、利用文献资料指导探究实验查阅文献资料是获取探究实验课题及进行探究实验教 学过程设计的方便、有效z途径。案例2-5：铁与水反应的实验设计研究问题缘起：铁与水蒸气反的实验是现行人教社2000年版高屮化学 教材中用以说明恢是一种较活泼金属的验证演示实验， 但实验做下来发现操作难度较高，实验成功率较低。教 材上的装置图如下：作者是华东师范大学化学 系硕丄生孙卫中案例25：铁与水反应的实验设计研究这个装置不足之处主要表现为：实验装置较长、操作起来较复杂；温度上升较慢，实验时间长，占用课堂演示时间；酒精喷灯预热和点燃需要一段时

5、间；烧瓶中的水蒸气在进 入玻璃管的过程中热暈容易损火，从而会影响反应的发生； 川向下排空气法收集氮气，难以确定收集轼气的量和确定氛气 收集满的时间，检验时容易造成危险。要对该实验进行探究， 首先应了解他人对该实验研究的程度。文献资料上该实验改进后的装置很多：经挑选，有如下图示。三、利用文献资料指导探究实验文献：图2史松亭.铁与水反应实验的改进j.教学仪器与实验,2003,7:27. 图3铁与水熬气反应的装置改进和铁粉选择j.化学教学,2006,7:9-10. 图4杨长军，鲍止荣.铁粉与水蒸气反应实验的改进j.教学仪器为实验 2006, 4:46-47.案例25：铁与 水反应的实验设 计研究图5

6、胡业宏.铁与水反应实验的改进j.化学教育，2005, 1:52. 图6陈新智.铁跟水反应的实验探究j.化学教学,2004, 12： 15-16.分析以上设计图可发现，对该实验的改进主要从三方面着手考虑：水蒸 气的发生装置、水蒸气与铁粉的反应装置、氢气的检验和收集装置等。1. 水蒸气的发生装置图4a中撤去了石棉网，直接用酒精灯加热；图2和图4b中用试管代替 烧瓶；图3用一带支管的烧瓶代替普通烧瓶，图5和图6更是简化了水蒸 气的发生装三、利用文献资料指导探究实验案例25：铁与水反应的实验设计研究2. 水蒸气与铁粉的反应装置图2用普通玻璃管代替硬质玻璃管；图4用具支试管作为反应容器；图3以石英管作为

7、反 应容器，用2kw的电炉丝为热源；图6为人教版新教材中的探究性实验，用试管作为反应 容器。3. 氢气的收集和检验装置改进后的实验屮人多用排水法来收集，增强了安全性能；图2在川排空气法收集氢气前增 设了一个洗气装置；图4的设计中用氢气流吹肥皂泡。4. 对以上装置的综合评价上述装置从不同的方面改进了原有实验设计，提高了实验的成功率并给其它实验的改进提 供了-些新思路和有益的借鉴。鉴于以上原因，可进一步从装置简单化、操作方便化、现彖明 显化等方面对该实验进行改进。改进后的简易实验装置见下图实验步骤：1. 连接好装置。球泡处加7.6g胆矶，试管中部平铺5.也铁粉，川酒楮灯对着装胆矶的球 泡加热；2.

8、 当观察到石棉附近试管内壁有水雾出现时，用丁烷灯(或酒精喷灯)对着铁粉加热；3. 用排水法收集气体，然后验纯；4. 当氢气已经纯净时，用酒精灯在尖嘴导筲处点燃氢气并观察发牛的现彖。该方案改进后的优点1、利用胆矶的受热来提供反应中 需要的水蒸气；2、试管底部吹制成球形，有利于 盛放较多胆矶、增大了受热而积；cuso 5h 03、杳阅资料知胆矶受热分解过程 及温度如下：1q2x：cuso 3h o »cuso -ho胆矶后儿个结晶水逸出在102°c至22()°c之间，确保产生水蒸气的温度较高, 有利于反应的进行。4、对铁粉要求不高，普通的还原性铁粉即可;5、尖嘴导管屮部球泡内装的是无水氯化钙，用于吸收水份，保证了管口处氢气的顺利燃烧；6、反应速度快，完全符合演示实验要求