化學實驗設計、改進與創(chuàng)新研究.doc

題目：化學實驗設計、改進與創(chuàng)新研究 姓名： 單位： 化學實驗設計、改進與創(chuàng)新研究摘要：為了加強實驗教學,提高實驗教學水平,化學教師應具備設計、改進實驗、進行創(chuàng)新實驗教學研究的能力.本文闡述了設計、改進和創(chuàng)新化學實驗的原則,探討了設計、改進和創(chuàng)新化學實驗的基本思路和基本方法.后應用實驗、改進與創(chuàng)新的方法,聯(lián)系中學化學教學,列舉5個案例對課本需要補充的實驗進行研究,對課外活動實驗的研究以及對傳統(tǒng)實驗的改進研究.關(guān)鍵詞：實驗教學；實驗設計；實驗改進；實驗創(chuàng)新研究化學是一門以實驗為基礎的自然科學.化學實驗是化學教學的基本特征.實驗是科學研究的重要方法,也是教師教學生學習科學知識的重要方法.實驗教學是對學生進行科學知識、科學方法、科學能力、科學思想和科學品質(zhì)教育的最生動、最活躍的教學形式.作為化學教學工作者,應該充分認識實驗在化學教學中的重要意義和作用.現(xiàn)行教課書中缺少某些實驗,或某些實驗現(xiàn)象不明顯,成功率不高.因此,根據(jù)學校的設備情況和學生的實際水平,適當增補一些實驗、設計一些課外生活實驗或者課本上規(guī)定的實驗予以改進,設計和創(chuàng)造出適合化學教學、質(zhì)量更高的實驗,從而提高實驗教學研究的能力,更好地發(fā)揮實驗教學的作用.一、實驗設計、改進與創(chuàng)新遵循的基本原則（）科學性原則 這是實驗設計的首要原則.它指所設計實驗的原理、操作順序、操作方法等時,必須與化學理論知識以及化學實驗方法論相一致.教師進行實驗研究,其目的主要是要通過對實驗現(xiàn)象的分析,得出科學的結(jié)論,以實現(xiàn)教學目的.實驗研究必須實事求是,講究科學性,而不能弄虛作假,違背科學規(guī)律,更不能有實驗現(xiàn)象明顯,而不科學的操作和做法.(2)簡約性原則 實驗的教育價值往往與儀器的復雜程度成反比,在不違反科學性和教材要求的前提下,可以對某些實驗的儀器進行改進,做到實驗裝置簡單；重點突出；實驗材料要容易獲得；實驗操作較簡便；實驗步驟較少；實驗時間較短；突出創(chuàng)造性. ()直觀性原則 在實驗中,學生往往是通過觀察鮮明、生動、準確的實驗現(xiàn)象而進行分析、推理,得出科學的結(jié)論.所以化學實驗的改革,不僅要求簡易、快速,還必須做到直觀、形象,使每個學生都能觀察清楚.這就要求教師對那些現(xiàn)象不夠明顯,不夠直觀的實驗進行改進,增強直觀效果(顏色變化)等現(xiàn)象判斷實驗的進程.(4)可行性原則 可行性原則是指設計實驗時,所運用的實驗原理在實施時切實可行,而且所選用的化學藥品、儀器、設備、實驗方法等在現(xiàn)行的條件下能夠滿足.（5)安全性原則 這是指實驗設計時應盡量避免使用有毒藥品或具有一定危險性的實驗操作教師在進行實驗研究時,必須樹立安全第一的主導思想.二、實驗改進、設計與創(chuàng)新的基本步驟（1）提出實驗研究課題（實驗目的）.實驗目的要求是實驗的出發(fā)點和歸宿,因此在實驗設計前,必須對實驗的目的要求相當明確（2）根據(jù)實驗目的要求,確定實驗的原理和方法.只有明確實驗原理和方法,才能對實驗設計作出合理的規(guī)劃.（3）理清設計思路.實驗設計的基本思路是：目的假設變量方法步驟器材.即根據(jù)實驗目的提出假設,圍繞假設確定被試和變量,按照實驗變量采取相應的方法、手段、依從變量控制安排實驗步驟、選擇合適器材和反應條件等.（4）實施、對比、控制.在實驗實施過程中要特別重視對比和控制,對照不當,實驗將失去意義；沒有控制,則不能成為實驗.實驗應始終保持主題活性,細致觀察實驗現(xiàn)象,詳實記錄數(shù)據(jù).（5）結(jié)果處理.對實驗現(xiàn)象、結(jié)果、數(shù)據(jù)進行加工整理,準確表述實驗結(jié)論.（6）評價與修正.回顧實驗設計,反思實驗過程,修正檢驗假設,對結(jié)果評價.三、實驗改進、設計與創(chuàng)新的基本方法實驗研究一定要依據(jù)大綱,緊扣教材,符合大綱和教材的總體要求和階段要求.成功的實驗設計、改進與創(chuàng)新來源于立意的創(chuàng)新、構(gòu)思的巧妙,這要求教師在明確化學反應原理的基礎上,必須具有較廣博的知識,熟悉化學、物理學、生物學等學科的實驗方法及手段.（1）立意新穎、巧妙構(gòu)思、改進常規(guī)實驗裝置（2）正交實驗、選擇合適的反應條件（3）因地制宜、自制非常規(guī)儀器用品（4）突破常規(guī)、調(diào)整藥品種類及用量（5）設計微型實驗、防止污染環(huán)境（6）設計探究實驗、突出化學學科特征四、中學化學課堂實驗創(chuàng)新實例4.1 測定空氣中氧氣的體積分數(shù)空氣是學生從化學角度認識的第一種物質(zhì),了解空氣的成分并通過實驗探究空氣中氧氣的體積分數(shù)是化學課程標準的重要內(nèi)容之一 人教版教材中圖1 測定空氣中氧氣體積分數(shù)實驗測定空氣中氧氣的體積分數(shù)的方法是燃燒紅磷法,實驗裝置如圖 1 這種方法的原理是用紅磷燃燒消耗容器中的氧氣產(chǎn)生負壓,使水進入容器,證明氧氣的體積分數(shù)約占空氣的 1 /5 在實驗過程中存在以下問題:一是紅磷的著火點比較高,引燃紅磷需要的時間較長,紅磷燃燒熄滅并不是容器里的氧氣耗盡,而是氧氣的濃度降低到不能再支持紅磷燃燒;二是當把燃燒的紅磷插入容器中雖然立即塞緊橡膠塞,但是也使容器里一部分受熱膨脹的空氣外逸,從而導致誤差較大,并且不環(huán)保為了簡化實驗操作,減小誤差,對該實驗作如下改進:(1) 實驗儀器及試劑:10mL 的青霉素小瓶、注射器 (20mL) 、白磷、輸液器; (2) 實驗操作:圖2 測定空氣中氧氣體積分數(shù)微型實驗1) 檢查裝置的氣密性;2) 裝藥品,連好儀器 取綠豆粒大小的一塊白磷,用濾紙擦干水,立即放入青霉素小瓶里,插入輸液器插頭密封;3) 白磷燃燒 關(guān)閉輸液器開關(guān),加熱青霉素小瓶,白磷燃燒;圖2 測定空氣中氧氣體積分數(shù)微型實驗4) 燃燒結(jié)束,打開輸液器開關(guān),觀察現(xiàn)象 可觀察到注射器活塞慢慢向前移動大約 2mL,說明空氣中氧氣的體積分數(shù)為 1 /5 ( 見圖 2)此實驗的優(yōu)點是：（1）對實驗進行了綠色化設計,白磷燃燒在密閉的容器內(nèi)進行,減少了對空氣的污染.(2) 白磷的著火點很低(40 ) ,即使在燃燒熄滅后仍在發(fā)生氧化反應,幾乎把容器內(nèi)的氧氣消耗盡,減小了實驗誤差,用注射器更能體現(xiàn)實驗的真實性和科學性;(3) 裝置簡單、輕巧,藥品消耗少,每次實驗僅需 2 分鐘左右 既節(jié)省實驗藥品又節(jié)約了實驗時間; (4) 用代用品做實驗,增強了實驗的探究性和學生的參與度,激發(fā)了學生的學習興趣42 分子運動的實驗改進 氨分子運動實驗是初中化學的教學重點之一,是學生將微觀知識形象化的重要事實 教材實驗圖3 氨分子運動實驗( 如圖 3) 選用三支小燒杯盛放濃氨水和酚酞溶液,觀察實驗現(xiàn)象 學生進行探究活動中,濃氨水揮發(fā)出來的刺激性氣味很大,影響師生正常上課,而且用 小燒杯盛放濃氨水和酚酞試液的用量也較大,該實驗存在環(huán)境污染和藥品浪費問題,不符合綠色化學的要求.實驗改進如下：(1) 實驗儀器與試劑:廢礦泉水瓶、青霉素小瓶、夾子、滴管、白醋、蒸餾水、藍色 石蕊試紙( 如圖 4) (2) 實驗操作:1) 用帶蓋的礦泉水瓶剪去平底代替大燒杯;圖4 氨分子運動微型實驗2) 將適量白醋倒入青霉素小瓶;3) 將兩片藍色石蕊試紙用夾子夾住,再用蒸餾水潤濕,瓶內(nèi)外各一片,蓋上礦泉水瓶蓋4) 觀察現(xiàn)象 瓶內(nèi)的藍色石蕊試紙變紅,瓶外的藍色石蕊試紙不變色 此實驗的優(yōu)點是:(1) 操作簡單、實驗現(xiàn)象明顯; (2) 安全環(huán)保 濃氨水對皮膚有一定的腐蝕性,氨氣刺激呼吸系統(tǒng),而食醋不會對人體造成損傷;(3) 節(jié)約藥品 改進后的實驗操作更加簡單,實驗材料在生活中容易找到,只需用少量白醋和兩片紫色 石蕊試紙即可完成實驗,避免濃氨水和酚酞試液的浪費;(4) 可將演示實驗轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生實驗或家庭小實驗 通過實驗的微型化、普通化,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、環(huán)保意識五、總結(jié)中學化學實驗的設計、改進與創(chuàng)新是一個龐大的課題,中學化學實驗改進與創(chuàng)新可以彌補傳統(tǒng)實驗之不足,提高實驗的安全性與可操作性,節(jié)省藥品、減少環(huán)境污染 教學中可將演示實驗改為邊講邊實驗,增加學生進行實驗操作和實驗探究的機會,解決大班或農(nóng)村中學進行“實驗探究”教學的問題 同時教師實驗探究、實驗改進、實驗創(chuàng)新的精神潛移默化地影響著學生, 對學生創(chuàng)新精神培養(yǎng),環(huán)境保護意識、綠色化學思想的形成大有益處,有利于落實國家課程標準的要求,提高學生的科學素養(yǎng)參考文獻:1吳煥云,夏正盛.中學化學教學導論M.武漢:華中理工大學出版社,1996.2賀湘善