化学实验探究性实验的设计

所谓探究性实验设计,是指实验者(包括学生和教师)在实施探究性化学实验之前,根据一定的化学实验目的和要求,并根据实验者已有的经验,运用有关的化学知识和技能,对探究性的化学实验的仪器、装置、探究步骤和方法、实验结果进行的一种规划和设想。它包含这对有关化学知识和实验技能的掌握与综合运用。

一、实验设计模式

(1)实验选题,明确目的。认真做好课堂演示实验,培养学生严谨认真的科学态度和科学方法

化学课的演示实验都是具有相当的基础性、目的性、典型性、指导性的意义,教师要在熟悉教材和实验内容的基础上组织好演示实验,一定要求学生明确实验目的、所需药品、操作步骤,并认真观察和记录现象,并经缜密思考,得出结论。教师必须用熟练的实验操作技能,严肃认真的科学态度去感化、影响学生。尤其要告诫学生不遵守实验规程会带来什么样的后果,必要时可结合实验的正反实例对学生进行教育和示范,使之形成一丝不苟的精神和严肃认真的实验态度。同时,在演示实验中,不失时机的进行各个环节的启发,调动学生思维,用不同的视角去观察、去思考、去发现、去总结。

(2)提出假设。根据已有的知识,对所研究的事物或现象作出初步的推测。针对探究性实验来说,提出假设就是根据实验内容、原理和收集到的资料,对实验结果进行合理的推论或推理。同一个实验可以多个假设,在探究过程中逐渐舍弃不合理的假设,向正确的结果逼近

(3)拟出方案。实验前利用掌握的知识,和学生已有的生活经验,做出周密地、全面的计划和具体的设想,明确实验的题目,目的,原理,实验用品步骤,装置图以及注意事项,现象记录和结论

(4)验证、修订。实验者完成实验设计后,方案未必是最合理的最完美的,教师要进行指导,一起讨论新的实验设计方案

二、探究性实验内容

根据以上实验设计的知识对高中化学部分实验设计的探究

(1)在室温下,把铜片放入浓硫酸中,没有明显的反应现象。对此,甲认为这是铜在浓硫酸里发生钝化现象;乙认为室温下铜片放入浓硫酸中看不到明显的现象,主要是因为铜与浓硫酸在室温下反应速率很慢。

[分析]:如果铜发生钝化,则表面会覆盖致密的氧化物薄膜,一般情形下难于反应。

[实验设计]:在烧杯中放入一块铜片,再加入适量的浓硫酸,使铜片浸没在酸中,稍待片刻,用镊子取出,用水洗净铜片表面的酸液。将用浓酸处理过的铜片放入盛有硝酸银溶液的烧杯中,观察现象。如果表面有白色的物质析出,溶液的颜色变蓝,说明铜在浓硫酸里没有产生钝化现象,乙的说法正确。如果表面没有白色物质析出,溶液的颜色也无明显变化,则甲的说法正确。

(2)加热稀氨水,溶液中的C(OH-)有什么变化?甲认为溶液中的C(OH-)增大,理由是NH3·H2O是弱电解质,在溶液中存在平衡:

NH3+H2ONH3·H2ONH+4+OH- ,弱电解质的电离过程是吸热的,当升高温度后,平衡就会向电离的方向移动,所以氨水中的C(OH-)增大。乙认为一般加热有利于电离,但氨水受热时反而不利于NH3·H2O 的电离,这是因为受热时氨易逸出,下列平衡:NH3+H2ONH3·H2ONH+4+OH-向左移动,使C(OH-)减小。

[分析]:C(OH-)改变可以由酚酞试液的颜色变化来判断。酚酞试液遇碱显红色,如氨水中的C(OH-)增大,则颜色变深;若氨水中的C(OH-)减小,则颜色变浅。

[实验设计]:在试管中注入滴有酚酞的氨水,并在试管口套上小气球(防止氨污染空气),加热,如颜色变浅,则加热使氨水中的C(OH-)减小,乙正确;如颜色变深,则加热使氨水中的C(OH-)增大,则甲正确。

(3)请结合所学知识设计实验,证实AlO-2结合H+的能力比CO2-3强,供选试剂:NaOH溶液、AlCl3溶液、CuSO4溶液、pH试纸、NaHCO3溶液、FeCl3溶液(仪器自选)。

①应选试剂;②操作要点;③能证明AlO-2结合H+的能力强于CO2-3的反应的原理的离子方程式。

[分析]:该实验为验证性实验,如果AlO2-2和HCO-3相遇时,生成 Al(OH)3白色沉淀,即可AlO-2结合H+的能力强于CO2-3

[解答]:①应选试剂:NaOH溶液、AlCl3溶液、NaHCO3溶液

②操作要点:①取少量的AlCl3溶液于试管中;②向试管中逐滴加入NaOH溶液直至产生白色沉淀恰好全部消失;③向其中再滴入NaHCO3溶液至足量。

③离子方程式:AlO-2+HCO-3+H2O = Al(OH)3↓+CO3-2

经过以上几个例子这样既能掌握实验内容,又使学生理解深刻,记忆牢固,创新思维得以发展,知识视野得以拓宽,达到了化学实验教学的目的。

三、创造性的使用教材,帮助学生设计恰当的学习方式,提高学生的综合能力

高中教学中,无论是在程设置还是课程内容以及教材编排上,给教师提供了广阔的创造空间,教科书是基本的课程资源,就化学实验的编排而言,有实验、实验设计、科学探究、思考与交流、实践活动等形式,并且不分演示实验和学生实验,教师应结合实际情况,联系学生学习实际和生活实际对教材内容灵活处理,自主开发教具,有选择性的使用好教辅资料,有效的拓展和完善实验教学内容,补充教科书内容的不足。在对教材深入研究的基础上,灵活有效的组织教学,拓展课堂教学空间,提高学生解决问题的能力。这样,教师引导学生针对不同的学习内容,选择不同的学习方式,去发现问题和提出问题,并不断收集证据,形成解释,通过相互交流、评价反思,提高学生对知识应用的水平和能力。

总之,经过多年的教学实践,对中学化学实验教学进行了一系列的探索和理性的思考,深深体会到培养学生创新精神和创新能力是当前和今后化学教学中的一项长期而艰巨的任务,是时代的需要,是化学教育的新课题。因此,教师要更新教育观念,当好主导,把握新的机遇,迎接新的挑战,积极探索,努力实践,培养出具有综合努力和创新努力的一代新人。

参考文献:

[1]普通高中课程标准实验教科书《化学1》(必修),人教版 ; 

[2]普通高中课程标准实验教科书《化学1》(必修),教师教学用书人教版。

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