中学化学实验创新设计.ppt

1、中学化学实验设计与创新,背 景 1,“新课程改革” “教育现代化”,自主、合作、 探究学习方式,“探究式教学理念” “STSE”教育理念,探究式教学,化学课堂教学的最终目标是转变学生的学习方式，促进学生自主学习，从而使学生获得主动发展，因此，在化学教学中要注重引导学生进行探究式学习。,化学课程改革的根本目标,探究式教学以探究为主的教学,指教学过程是在教师的启发诱导下，以学生独立自主学习和合作讨论为前提，以教材为基本探究内容，以学生周围世界和生活实际为参照对象，为学生提供充分自由表达、质疑、探究、讨论 问题的机会，让学生通过 个人、小组、集体等多 种解难释疑尝试活动， 将自己所学知识应用于 解决

2、实际问题。,引入到实验 教学中,“STSE”教育理念,“STSE” 是科学技术社会环境英文字母的缩写。它是近二、三十年来世界上形成的一种新的教育思想和模式，其影响正在日益扩大。 它强调了在科学教育中加 强科学技术与社会的关系，以 及科学技术在社会生产、生 活中的应用。作为当前国际 理科教育改革的潮流和热点。,背 景 2,“化学是中心学科 “化学是实践学科”,科学地位 实践特点,“学科的重要性” “学习的方法论”,化学是中心学科,化学,数学、物理学,生命、材料、环境,科学分类（复杂程度）,中 游,上 游,下 游,化学是实践学科,是学生学习化学的一种重要的学习方式, 是培养学生创新精神和实践能力的

3、重要途径.,实践性,自主性,创造性,综合性,趣味性,“学习的方法论”,内 容,一、中学化学实验教学创新理念,教学有意境，创新无止境。,指导思想（化学实验教学设计与创新 ）,引导学生质疑、调查、探究，在实践中学习； 通过探究性实验教学激发学生创新欲望和兴趣； 实验教学中突出化学技术社会相互联系。,基本理念（化学实验教学设计与创新 ）,通过以化学实验为主的多种探究活动， 使学生体验科学研究的过程， 激发学习化学的兴趣， 强化科学探究的意识， 促进学习方式的转变， 培养学生的创新精神和实践能力。”,二、化学实验教学的层次与方法,教学层次性 方法科学性,学生的学习心理,学科知识特点,由浅入深,化学实验

4、教学的层次与方法,1、引导,2、促使,3、提高,4、教会,5、培养,教学层次性 方法科学性,由浅入深,措施,化学实验教学的层次与方法（具体措施）,1、引导学生明确化学实验的基本特征,2、促使学生建立化学实验的思维模型,3、提高学生联系化学实验的对比能力,4、教会学生熟知化学实验的规则知识,5、培养学生理解化学实验的误差处理,化学实验教学的层次与方法（具体措施）,1、引导学生明确化学实验的基本特征,“化学实验的基本特征”,化学实验教学的层次与方法（具体措施）,2、促使学生建立化学实验的思维模型,使学生建立 “观察与分析实验现象”的思维模型,观察和描述对蜡烛及其燃烧的探究实验,“观察与分析实验现象

5、”的思维模型,本实验中的内容是“关注物质的性质关注物质的变化关注物质的变化过程及其现象”。,对物质在变化前、变化中或变化后的现象进行细致的 “观察与描述”.,对实验局部的特点的品析与记忆。如：蜡烛燃烧火焰分三层等。,化学实验教学的层次与方法（具体措施）,3、提高学生联系化学实验的对比能力,化学实验教学的层次与方法（具体措施）,实验室一般实验都遵从“实验原理实验操作实验现象实验结论”逻辑思路,从竹子中抽出一定体积气体、再从空气中抽出同等体积的气体，再将它们分别注入等体积的同一质量分数的石灰水中，观察到实验现象有什么不同？,如为了强化空气中不只是有氧气组成，将点燃的木炭先放在装有空气的瓶中燃烧，再

6、放入氧气瓶中燃烧。,对比是一把“解剖刀”, “从相同之处找不同，从不同之中找相同”，而对比联系方法能将“解剖刀”磨得更加锋利。,对比是一把“解剖刀”, “从相同之处找不同，从不同之中找相同”，而对比联系方法能将“解剖刀”磨得更加锋利。,实验内容：用镁、铝、锌、铁、铜五种金属做成它们各自元素符号的形状，将它们各自放在小烧杯中，然后向小烧杯里注入少量的盐酸中。我们来回味本实验在不同教学时段的操作与功能。,回味1：第一次应用是在上绪言课之初展示该实验,回味2：在第一单元课题1教学时第二次用到该实验，因为第一单元课题1的学习目标之一是学习观察实验现象的方法。,回味3：在学习元素符号时老师第三次回味该实

7、验，我们把镁、铝、锌、铁、铜各做成了它们各自元素符号的模样。目的是让学生在激情高昂观察实验现象的同时，不知不觉认识相关的元素符号。,回味4：在金属活动顺序教学中，教师再次提出该实验，并与下册教材在P11页卡通画作对比（如上图），,回味5：在学习酸的化学性质时最后一次提示这一实验分析酸的化学性质。 （前设后置的方法）,化学实验教学的层次与方法（具体措施）,4、教会学生熟知化学实验的规则知识,“化学课程要求学生遵守化学实验室的规则，初步形成良好的实验工作习惯。”,新课程标准,新课程理念,提倡同学们的自主学习，目的是张杨同学们的个性.,从新课标对实验技能提出六个方面的内容分析，规则性知识是实验技能的

8、一部分，又是其它实验技能的基础，所以规则要记、规则要练、规则要用。,化学实验教学的层次与方法（具体措施）,5、培养学生理解化学实验的误差处理,难点：“量化实验”和处理实验误差,定位在：“讲明道理，理解不深究”这一层面，同学们只要能从“量”的变化中解释实验所证明的问题；能在处理“量”的准确性上认识误差产生的主要原因。,小 结,不同实验内容学习目标不同； 不同阶段实验内容学习目标各有侧重 认识上述五类实验知识与方法对于化学实验教学是十分有利的。,方案,1.开发简单实验仪器,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,举例：,开发简单实验仪器,微型电解实验装置,喷泉实验装置,方案,2.

9、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“面粉爆炸实验”的改进 用半个酒瓶替代塑料瓶，玻璃管与橡胶管连接，用嘴吹气，方便、火焰效果好纸板盖盖上即可，不能封死，保证安全。,优点:,化学实验方法 定义,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,以期：培养学生创新精神和实践能力。突出实验课的实践性、自主性、创造性、综合性、趣味性,方案,1.改进常规的实验方法（主要手段）,新课程积极倡导探究性实验方法，以探究化学问题,举

10、例,铁丝在氧气中燃烧实验此实验按照义务教育课程标准实验教科书中的做法，难以成功。,原实验步骤： 在螺旋状的细铁丝末端系上火柴梗，用坩埚钳夹住铁丝点燃火柴梗，至其快燃尽时伸入充满氧气且瓶底有少量水的集气瓶中。,容易失败的原因： 对火柴梗燃烧的程度难以把握。如果火柴梗过长，会看不到铁丝在氧气中燃烧的现象；只能看到火柴梗在氧气中燃烧的现象。如果火柴梗过短，由于红热的铁丝冷却很快，也会看不到铁丝在氧气中燃烧的现象。,举例,铁丝在氧气中燃烧实验 改进后的方法,把细铁丝的一端盘成螺旋状，另一端用坩埚钳夹住。 用小烧杯盛一定量的无水乙醇，待用。 把酒精灯和充满氧气且瓶底有少量水的集气瓶放在较近的位置，并点燃

11、酒精灯。 用坩埚钳夹住细铁丝的一端并将有螺旋状的另一端伸入到无水乙醇中，利用无水乙醇的表面张力，使细铁丝有螺旋状一端蘸满无水乙醇。取出后，马上在酒精灯上点燃，并迅速伸入到充满氧气且瓶底有少量水的集气瓶中，可以看到铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成黑色固体物质。,此方法极易成功，实验效果好；也不会再为火柴梗燃烧的程度而担忧；更适合于开设学生实验；无污染，并节约了资源。,改进后的方法优点,举例,“探究燃烧的条件”实验创新设计 ,原实验方法不足： 其一，白磷燃烧产生大量的白烟会污染空气，因此，教材要求实验在通风橱中或抽风设备下进行，然而很多学校不具备这样的条件； 其二，给水下的白磷通入的

12、氧气需要提前准备好，或在实验时一边制氧气一边将氧气通入水中，这样操作起来就较为繁琐。,改进方法： 第一，当铜片上的白磷燃烧时，将一内壁沾有水的小烧杯罩在白磷上；第二，取下铜片后，用一支空试管向下罩住水下的金属圆柱体（白磷）,改进后方法优点,1白磷燃烧后，用内壁沾有水的小烧杯吸收五氧化二磷，既能让学生观察到白磷燃烧的现象，又能减少白磷燃烧对空气的污染。 2将空试管倒扣在水中的金属圆柱体（白磷）上，白磷迅速燃烧，不需要制备氧气，操作简单，现象明显。,举例,收集呼出气体有技巧,原实验方法不足： 要求收集两瓶人呼出的气体，在实际操作中往往不能达到预期的实验效果，前者向呼出气体中滴入数滴澄清石灰水难以看

13、到澄清石灰水变浑浊，后者向呼出气体中伸入燃着的木条木条火焰没有多大的变化，更谈不上木条火焰熄灭，都导致实验失败。,改进方法： 将两个集气瓶灌满水倒立在水槽内放好，深吸一口气，呼出近一半的气体，再将剩下的气体吹入集气瓶内，不必进行换气就可以收满一瓶气体。同样方法再收集一瓶气体。,改进后方法优点,收集的呼出气体含二氧化碳多。因为一开始呼出的气体还没有来得及与肺泡外血液中的气体充分交换，呼出的气体中原来吸入的成分较多。后呼出的气体与肺泡外血液中的气体充分交换，呼出的成分较多。,方案,2.掌握现代仪器的科学使用方法,新课程积极倡导探究性实验方法，以探究化学问题,举例,实验测定酸碱滴定曲线此实验不仅操作

14、难度大，而且很难绘制出标准的滴定曲线,难以成功。,原实验步骤： 1、酸碱中和滴定操作； 2、采集数据； 3、处理数据（人工计算或excel软件处理 4、绘制曲线。,使用与计算机相连的pH传感器的连续测定，会得到理想的实验效果。,方法：准确量取2000 mL NaOH溶液后，放在电磁搅拌器上，调整转速至适合的速度，将标定后与计算机相连的pH传感器的电极探头浸入溶液中，用50 mL酸式滴定管滴加稀盐酸，按照1 mL/10 s的流速调节旋钮，形成稳定“水流”，连续测定500 s，数据的采集和处理由计算机同时完成，可以形成非常理想的酸碱滴定曲线。,“实验探究互动型”教学模式的功能目标,使学生养成自主探

15、索、研究的主动学习的习惯；教会学生如何学习；培养学生实事求是的科学态度；激发学生创造性思维，培养创造能力，使学生学会怎样发现问题、分析问题，怎样加工信息，并对提出的假设如何推理论证，形成全新的课堂学习环境。,操作过程大体分为三个阶段,“教师拉着学生走”,“教师引着学生走”,“学生摸着石头走”,阶段1,阶段2,阶段3,“教师拉着学生走”,阶段1,“教师”任务,1教师根据教材和课标及学生兴趣的要求，选择合适的实验。2教师讲解、分析实验设计的思路和方法。 3教师根据设计思路和方法进行演示实验。 4教师选择并布置学生要模仿的实验主题。,“学生”任务,1理解和揣摩教师的实验设计的思路和方法。 2根据教师

16、的要求，学生模仿设计并进行实验。,特点： 教师强化示范为主，学生领悟模仿为辅,“教师拉着学生走”,阶段1,举例,蜡烛燃烧产物的探究实验,1提出问题：蜡烛燃烧产物是什么？ 2查阅资料：蜡烛的主要成分是石蜡，石蜡是石油分馏产品，主要成分是碳氢化合物。天然气的主要成分是甲烷，甲烷是碳氢化合物，它燃烧后生成水和二氧化碳。 3提出猜想：蜡烛燃烧产物可能为水和二氧化碳气体。 4设计实验方案：二氧化碳气体的特性是使澄清的石灰水变浑浊；用澄清的石灰水来验证二氧化碳气体的生成。用什么样的仪器？考虑到蜡烛燃烧生成的气体和水不好收集，因此把气体导出的方案不可取。可以采用在火焰上方罩烧杯的方案。,特点： 教师强化示范

17、为主，学生领悟模仿为辅,“教师拉着学生走”,阶段1,举例,蜡烛燃烧产物的探究实验,5进行实验：用一干燥而冷的烧杯，罩在火焰上方，片刻取下烧杯，迅速注入少量澄清石灰水并振荡。 6收集数据：烧杯内壁有水雾；石灰水变浑浊。 7整理材料 ：水雾的形成是有水生成的表现；石灰水变浑浊是有二氧化碳生成的表现。 8得出结论：蜡烛燃烧产物为水和二氧化碳气体。,特点： 教师强化示范为主，学生领悟模仿为辅,“教师拉着学生走”,阶段1,举例,蜡烛燃烧产物的探究实验,5进行实验：用一干燥而冷的烧杯，罩在火焰上方，片刻取下烧杯，迅速注入少量澄清石灰水并振荡。 6收集数据：烧杯内壁有水雾；石灰水变浑浊。 7整理材料 ：水雾

18、的形成是有水生成的表现；石灰水变浑浊是有二氧化碳生成的表现。 8得出结论：蜡烛燃烧产物为水和二氧化碳气体。,特点： 教师强化示范为主，学生领悟模仿为辅,“教师拉着学生走”,阶段1,举例,蜡烛燃烧产物的探究实验,结论： 一旦实验成功，学生会有很大的成就感，激发了他们对化学学科的学习兴趣，在培养他们化学科学素养的同时，又增添了学生对化学学科主动学习的动力和信心。,“教师引着学生走”,阶段2,“教师”任务,1教师根据教材和课标及学生兴趣的要求，选择合适的实验主题。2教师提供理论帮助，适时指导学生的实验设计思路和方法。3教师对学生的实验进行评价。,“学生”任务,1学生小组讨论和协商实验设计的思路和方法

19、。 2学生根据教师的建议，初步进行实验。 3学生根据教师的实验评价进行反思和评价。,特点： 学生设计和实验为主，教师引导和帮助为辅,“教师引着学生走”,阶段2,举例,催化剂的特点,1提出问题：氧化铁（铁锈）能否作双氧水制取氧气的催化剂？ 2查阅资料：氧化铁和二氧化锰都属于金属氧化物，故性质相似。催化剂的特点是：（1）能改变其它物质的化学反应速率（2）在化学反应前后，本身的质量不变 （3）在化学反应前后，本身的化学性质不变。 3提出猜想：氧化铁（铁锈）能作双氧水制取氧气的催化剂。 4设计实验方案：方案分三个小实验进行。（1）探究氧化铁是否能改变双氧水的化学反应速率。（2）探究氧化铁在化学反应前后

20、，本身的质量是否改变（3）探究氧化铁在化学反应前后，本身的化学性质是否改变。,特点： 学生设计和实验为主，教师引导和帮助为辅,“教师引着学生走”,阶段2,举例,催化剂的特点,在学生整个探究过程中，教师应融入学生之中，不断巡视各小组的表现情况，及时给予必要的帮助和指导。实验现象明显，实验结论明确，学生们的兴奋之情溢于言表。,特点： 学生设计和实验为主，教师引导和帮助为辅,结论： 这样的探究过程充分体现了学生的主体地位，学生亲身体验到类似于科学家发明发现的过程，不仅有利于学生进行科学方法的训练，培养学生的创新精神和实践能力，而且有利于创新个体的形成和发展。,“学生摸着石头走”,阶段3,“教师”任务

21、,1教师根据教材和课标及学生兴趣的要求设置不同的实验主题。2教师对学生的实验进行评价。,“学生”任务,1学生选择自己小组感兴趣的实验主题。 2学生小组讨论和协商实验设计的思路和方法。 3学生独立完成实验的设计和操作。 4学生根据教师的实验评价进行反思和评价。 5 学生对教材中的实验探究活动素材进行改进和创新。,特点： 学生独立设计和实验为主，教师鼓励和评价为辅。,“学生摸着石头走”,阶段3,举例,浓氨水和酚酞试液的实验,知识背景：酚酞是一种酸碱指示剂，遇酸不变色，遇碱变红色，浓氨水呈碱性，能使酚酞试液变红色。 现象：B和C烧杯无现象，A 烧杯中的酚酞变红色。 结论：C 中的氨分子运动到A中使酚

22、酞变红。,“学生摸着石头走”,阶段3,举例,浓氨水和酚酞试液的实验,教师演示完本实验后，学生经过认真的分析和思考后，对此实验进行了创新：,把实验装置改成：1)将滴有酚酞试液的滤纸放在试管中，试管口塞上一团脱脂棉。用滴管吸取浓氨水，滴在脱脂棉上。观察到的实验现象：无色酚酞从右到左依次变红。 2)将滴有浓氨水的滤纸放在试管内，管口塞上一团脱脂棉。用滴管吸酚酞试液滴到脱脂棉上。 观察到的实验现象：棉花变红。,“学生摸着石头走”,阶段3,举例,浓氨水和酚酞试液的实验,教师演示完本实验后，学生经过认真的分析和思考后，对此实验进行了创新：,把实验装置改成这样：用废铁丝作支架呈树状，树枝上绑上棉团，棉团上喷

23、上酚酞试液，小烧杯内放浓氨水，并用一个不透明的盒子盖上，过一会后，掀开盒子，“铁树”上果真开满了红花。）效果非常好。,“铁树开花”,“学生摸着石头走”,阶段3,举例,将二氧化碳通入澄清的石灰水验证量守恒定律,人教版化学九年级上册第五单【实验5-2】镁条燃烧后比燃烧前质量增加的实验，该实验不是在密闭容器内进行的，教材设计该实验的用意是做一个有气体参加的且反应后总质量增加的实验，但在该实验中镁条在空气中燃烧，由于燃烧产生大量白烟飘散到空气中，损失一部分生成物氧化镁，导致燃烧后产物的质量没有增加反而减少，与【实验5-1】相同，没有形成鲜明对比且镁条燃烧时放出耀眼的强光，会对同学们的眼睛造成一定的伤害

24、。针对这一情况可引导学生将该实验改为向澄清石灰水中吹气的活动与探究实验，符合教材本意，有气体参加，反应后总质量增加，得到和【实验5-1】相反的结果，使学生理解了一切化学反应都遵守质量守恒定律；也使学生理解了质量守恒定律中的关键词。,实验互动探究,结论： 这样的探究过程充分体现了学生的自主创造能力，学生亲身体验到类似于科学家发明发现的过程，具有极大地科学成就体验感和满足感，有利于创新个体的形成和发展。,四、化学实验教学设计与创新案例,经典案例：注射器在实验设计中应用,1 作某些仪器的代用品,注射器=集气瓶+量筒+滴管+分液漏斗+烧杯,要探究久未开启的菜窖屋内的气体成分，怎样取样？,注射器在实验设

25、计中应用 案例,1作某些仪器的代用品 （量气体体积）,用45mL试管作反应容器，磷的燃烧均在密闭容器里进行，可防止白烟污染空气。用注射器测量磷燃烧消耗的氧气体积（右图）。,操作：检查装置的气密性。装药品，连好仪器。夹紧弹簧夹，加热白磷，观察现象。燃烧结束，试管冷却后松开弹簧夹，可以看到活塞慢慢左移，以测定空气中氧气的体积分数。,环保，绿色化学,注射器在实验设计中应用 案例,由于注射器上有计量单位，可用作一些对比实验用的量具。右图是用肥皂水区分硬水和软水的实验。 用注射器取等体积的肥皂水加入盛有等体积硬水和软水的烧杯中，搅拌。操作简便，现象明显。,简便，现象明显,1作某些仪器的代用品 （量液体体

26、积）,注射器在实验设计中应用 案例,右图中的注射器代替了分液漏斗，可随时添加药品，不断产生O2。 还可控制氧气的生成速率。用注射器，取液、滴加都很方便，也可控制试剂用量和滴速，节省试剂。,简便，可控，节约,1作某些仪器的代用品 （分液漏斗）,注射器在实验设计中应用 案例,右图将块状固体放入干燥管中，塞紧一根带弹簧夹的导管，原本将其放入盛酸的烧杯中反应，现用盛酸注射器接在干燥管上，装配成了气体发生装置，该装置能随时控制反应的进行。可用来制取H2或CO2。,简便，可控,1作某些仪器的代用品 （烧杯）,注射器在实验设计中应用 案例,水和乙醇能够互溶的实验，用注射器替代胶头滴管，将盛有色水的试管倾斜，

27、注射器装好乙醇后如右图慢慢推活塞，分层现象明显，操作简便，节约时间。,简便，可控，环保,1作某些仪器的代用品 （滴管）,四、化学实验教学设计与创新案例,经典案例：注射器在实验设计中应用,2改变容器内的气体压强,2.1检查装置的气密性,连接好装置（注射器内留有一半体积的空气），打开弹簧夹，向长颈漏斗中注入水，使其下管口必须液封，慢慢推注射器的活塞，瓶内气压增大，长颈漏斗内形成一段水柱，过一会后水柱的液面不下降。再慢慢往外拉活塞至初始位置以后，瓶内气压减小，液柱下降，下管口有气泡冒出。说明装置不漏气。,经典案例：注射器在实验设计中应用,2改变容器内的气体压强,2.2研究化学反应对气压的影响,将Na

28、OH溶液注入盛有CO2的集气瓶中，振荡，小气球很快膨胀起来。,经典案例：注射器在实验设计中应用,2改变容器内的气体压强,2.3研究沸点随气压的变化,图中打开弹簧夹，将NaOH溶液注入烧瓶中振荡，试管内95的水会立即沸腾。（气压减小，沸点降低。）,经典案例：注射器在实验设计中应用,2改变容器内的气体压强,2.4 除去装置内生成的二氧化硫气体,（1）按图准备好装置并制取一瓶氧气，把盛有燃着硫的装置伸进充满氧气的集气瓶中，塞紧胶塞，比较硫在空气里和氧气里燃烧现象有什么不同。 （2）实验结束后，把注射器中的氢氧化钠溶液注入集气瓶中，振荡以除去装置内生成的二氧化硫气体。,装置制作简单，操作方便；密封性强，安全、环保。,经典案例：注射器在实验设计中应用,4 用于排送气体,测定变质的烧碱样品中Na2CO3的质量分数，设计了图2所示的装置。反应的开始、结束都要用注射器反复的排送气体。,小 结,体积小巧 节省试剂 操作简便 可靠安全 减少污染 应用广泛 一器多用,注射器利用 优点：,2008年上海高考化学试题的26题就是利用注射器来考查实验的创新能力,四、化学实验教学设