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【摘 要】在新课程改革后,化学教学对实验教学的重视程度逐渐提高,高中化学实验有待进一步的完善。提高化学实验教学的效果,需要从实验方法、教学方法以及教学资源等多个层面来进行。本文分析了当前高中化学实验教学中存在的问题,并提出了解决问题的相应对策,以期改善高中化学实验教学的效率。
关键词 高中;化学实验;完善
引言
化学是一门自然科学,与生活实践息息相关,化学教学必须结合化学实验才能全面提升教学效率。高中化学实验教学是为了培养学生的思维能力和动手能力,灵活运用所学化学知识,深入理解化学理论的实际意义。因此,高中化学实验教学需要不断完善,针对化学实验当中的问题要提出有效的解决办法,使化学实验教学与课堂教学相适应。
1.高中化学实验存在的问题
1.1实验操作复杂
化学实验一直以来都需要进行复杂的操作,其主要原因是实验装置过于复杂,实验过程因而变得繁琐。学生为了记住操作步骤,容易分散注意力,忽略了实验内容的观察分析,使实验教学的效果大打折扣,化学实验也就不能满足教学大纲的要求。复杂的实验操作增加了化学实验教学的难度,改善化学实验需要简化实验操作。
1.2实验耗时较长
化学教学虽然重视化学实验,但化学课程依然是以理论知识教学为主,化学实验课时比较有限。当前化学实验所耗费的时间较长,在有限的课时当中,高耗时会对化学教学的进度造成影响。化学实验一般是根据教材的指示来完成,但教材中常用的实验案例都需要很长时间,解决化学实验耗时问题,就必须改善教材中的实验,创新实验方法。
1.3实验现象误差
实验现象的误差可分为两种。第一,实验现象不明显。化学实验注重对实验现象的观察,在演示过程中可能出现现象不明显的情况,会影响学生的判断,使学生在动手实验的时候对实验现象只有模糊的印象。第二,实验可能出现异常现象。许多化学实验需要严格控制使用的实验材料和剂量,若实验过程中没有把握实验的严谨性,就容易出现异常的现象,化学实验就不能达到预期的效果。
1.4实验污染和安全
化学实验中经常会生成污染性气体,这些气体对大气不会构成多大危害,但却会在实验室对学生的身心造成影响。有些污染性气体具有学生难以接受的刺激性气味,学生在闻到气味后会对实验产生反感不利于化学实验教学。另外,有些化学实验所使用的物品会威胁到人的身体安全,一旦化学实验中出现操作失误的现象,就很有可能对学生的身体造成损害,给化学实验带来负面效应。
2.完善高中化学实验的对策
2.1实验方法的完善
完善实验方法需要解决化学实验中的复杂问题,提高化学实验的效率。首先要改进实验的装置,便于实验操作。实验装置不必完全遵循教材中的规定,可以在不改变实验性质的前提下对装置进行简化,力求凸显实验现象,并节省实验时间。其次要研发新的实验仪器,增强实验仪器的性能。化学与生活密切相关,许多实验仪器都能够取材于生活实际,针对实验的特殊性,化学实验可以选择最佳的替代仪器,减少实验可能出现的问题。再次,化学实验可以对化学物品进行处理,增加其实用性。在化学实验中,有些实验物品并不具有足够的纯度,可能会对实验现象产生影响,在实验之前对物品进行处理,有助于强化实验现象。最后,对于污染性和危险性较高的化学物品,在实验允许的前提下可以调换其它相对安全的物品来进行。
2.2实验教学的完善
化学实验并不只是教会学生实验方法,更重要的是培养学生的化学思维方式,因而要改善化学实验的教学方式。在化学实验过程中,教师要引导学生探究化学理论的实际表现,锻炼学生分析、思考、总结的能力。为了增强学生对实验的印象,化学实验可以进行一些趣味实验活动,例如把生活当中常见的化学现象放到实验室,或是做一些化学现象比较特别的实验。在全面推行素质教育的背景下,化学实验教学还要重视化学反应的实际应用,充分展现化学实验的价值。
2.3实验设备的改善
在现代化教学当中,教学设备已经得到了很大改善,化学实验的完善同样需要先进技术设备的支持。在化学实验中,可以运用多媒体来进行演示教学。教师的演示不利于所有同学观察,而多媒体投影能够很好的表现化学反应,并且能够反复播放,增加学生的印象。有些需要讲解化学分子结构的实验,也可以用多媒体来进行动画演示。除此之外,像微型实验设备和传感器都能有效改善化学实验的效果。
3.结语
综上所述,高中化学实验的完善需要结合实验过程中常见的问题,采取有针对性的对策来改善实验的条件,对化学实验进行持续优化。化学实验的完善可以从多个层面来考虑,不论是实验方法还是环境设备,都会对化学实验的效果造成影响。在未来的化学实验教学中,会更加重视素质教育,不仅要培养学生的各项能力,还要把化学与自然结合,重视化学对生态环境的作用。
参考文献
[1]陆玉涵.精心设计实验.绽放化学之美[J].化学教与学.2013(10)
[2]嵇广清.化学实验中存在的问题及对策[J].中国科技信息.2013(16)
化学是一门实验科学,化学实验是中学化学的重要内容,实验能力是高考着重考查的四种能力之一.因此搞好化学实验的复习是化学总复习中的一个重要环节.
一、高考化学实验的具体要求
《考试大纲》是专家命题的依据,只有研究《考试大纲》才能知道高考考什么,如何考,考到什么程度,复习备考才能做到有的放矢.无论如何考,所考内容都在《考试大纲》限定的范围内,都来自所学的课本和学生最熟悉的现实生活中.《普通高等学校招生全国统一考试大纲———理科综合》中对化学实验的要求是:1.了解化学实验常用仪器的主要用途和使用方法.2.能绘制和识别典型的实验仪器装置图.3.掌握化学实验的基本操作.了解实验室一般事故的预防和处理方法.4.掌握常见气体的实验室制法(包括所用试剂、仪器、反应原理和收集方法).5.综合运用化学知识对常见的物质(包括气体物质、无机离子)进行分离、提纯和鉴别.6.根据实验现象,观察、记录、分析或处理数据,得出正确结论.7.根据实验试题要求,设计或评价实验方案.8.以上各部分知识与技能的综合应用.
二、高考化学实验试题的特点
在高考化学试题中,实验试题占分较多、命题新颖、涉及知识面广、思考容量大.从高考实验试题的类型来看,一般分为两种类型:一种是基本操作类试题,此类试题以常见仪器的使用、实验安全知识、典型实验现象、混合物分离操作方法、pH试纸使用操作、沉淀进行程度和洗涤方法、实验仪器洗涤方法等为立意方式.另一种是综合类试题,此类试题近年加重了对实验设计能力的考查,此类题目要求根据给定的器材和药品,以及实验提出的目的、设计或补全实验步骤,这类题目体现了理论与实际相结合,及学以致用的特点,要求考生在学习实验时,培养“根据实验试题要求和相关原理设计出简单实验方法”的能力及通过分析、综合、比较和论证,选择解决问题的最佳方案的评价能力.
关键词:高三;化学;实验;复习方法
一、实验复习方法:
学习考试说明及考试大纲中的实验考试内容,让学生能在整体观念的基础上把握实验考点,把考试说明中的重点系统知识且又是学生实验知识上的缺陷列成小专题,做到系统与重点相结合。
基础知识小专题。①常见仪器的分类和使用 ②实验基本操作及药品的取用存放 ③混合物的分离提纯 ④常见物质的鉴别与鉴定 ⑤物质的性质检验及制备 ⑥化学定量实验 ⑦常见气体的制备、收集、净化和尾气处理 ⑧化学实验方案设计和安全常识
在常见仪器的分类和使用的专题复习中,教师先将仪器分类为:可加热仪器、计量仪器、盛放物质仪器、反应仪器及其他常用仪器,然后列出表格,布置学生自行完成表格,教师再做重点讲解。在化学实验方案的设计专题复习中,教师依据第三册教材,重点讲解“Al(OH)和FeSO4的制备”、“乙二酸的性质检验”及“红砖中氧化铁成分的检验”四个实验,进而指出:①方案设计要以可行性为前提。在生产中,除要考虑生产流程、原料用量、价格,同时还要考虑反应所需的条件,以及对设备的要求;实验制备中,要考虑实验室所能提供的条件,在以可行性为前提的条件下,选择最佳制备方案。②化学实验方案设计常见的题型是简答题,一定要注意表达的科学性、准确性、有序性,要符合实验常规,一般简答顺序是:“操作―现象―结论”。
题型小专题。实验题型小专题的复习,需花十几课时,其间选部分典型习题形成实验题型小专题,帮助学生熟悉高考题目(特别是近五年全国、上海高考试卷中典型的实验题目),让他们了解这些试题的主要类型和特点,掌握典型题目的解题方法、技巧、步骤及注意事项,进行强化训练,增强题型意识。这样既能迅速提高学生的实验题解答能力、又能对学生进行解题规范化训练,达到知识与能力相结合。
能力培B小专题。要在拓宽解题思路、综合应用知识上进一步提高,就必须通过实验专项训练让学生自己去探究、思考,提高解答实验题的能力。复习中要引导学生分析考试说明中实验题型示例对能力的考查,分析高考中实验题目是如何以知识为载体考查能力的。让学生自己总结解答实验习题的思维方法,引导他们建立主动的、正确的思维模式,培养他们会分析实验问题,调用信息和使用信息,然后重组信息解决实验问题的能力。
开放实验室。高三学生时间紧、任务重,应由教师组织参观已陈列有序的仪器室,使他们获得身临其境的感受,加深他们对仪器的印象。利用课余时间开放实验室。在教师的组织下,以班级为单位,每人带足用具到实验室,然后根据复习进程与计划,选好内容对照实验仪器复习有关实验原理、方法步骤,必要时,可动手做实验。 经过一段时间的开放,如果有的学生对某些实验仍未复习好,可再开放,直到把这些实验作到满意为止。
二、实验考查方法:
实验考查是实验复习中的重要组成部分,通过实验考查不仅可以检查复习效果,更重要的是可以获得平日教学中很难得到的反馈信息,更好地指导复习,提高实验能力。实验考查主要是实验技能和创新能力的考查。具体考查方法可分以下进行:
拟定试题。根据考试内容,由教师命题,命题时一定要突出考查基本操作能力,实验设计能力等方面的特点,否则考查形式意义不大。
抽签考试。根据抽到的题目要求到实验室实验操作,获得必要的实验结论,在指定的时间内作出该题的答案,解答时,同一题目可以互相讨论研究,使答案正确。
三、对实验复习和考查方法的效果评价:
在实验复习和考查中,学生通过以考试说明为纲,以化整为零的小专题形式分类复习,对实验复习的内容会感到层次分明,容易消化理解。学生的实验理论掌握得扎实,实验技能和创新能力有较大提高。有学生反映:从复习进实验室,到考试,头脑越来越清晰,内容越来越丰富;感到充实多了,自信心也增强了。
关键词:肥皂泡;洗洁精:气体检验;实验设计;实验探究
文章编号:1005C6629(2017)5C0069C05 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
1 问题的提出
众所周知,化学实验对于提高化学教学质量,全面落实培养学生科学素养的目标,具有其他化学课程内容和形式不可替代的特殊作用[1],实施有效的分组实验教学是提高学生化学核心素养的重要途径。分组实验指的是学生在实验室中,在教师的指导下,自主进行的实验。它不仅可以培养学生独立动手的能力,而且能够使学生养成求实、严肃、认真、科学的良好习惯,对学生参加各项工作将起到有益的作用[2]。
当前普通中学特别是农村中学学生参与分组实验的情况令人担忧,如吴素萍等在“农村中学化学实验教学现状与反思”[3]一文中所述,其所调查的学校从义务教育九年级到高中三年级,学生仅做过一次分组实验。王吉霞等在“农村中学化学实验开设情况调查与分析”[4]一文中的结果同样令人揪心,只有35.1%的学生进行过分组实验。王世腾在“高中化学实验课常见气体的制备与实验设计”[5]一文中认为:常见气体的制备和检验是考查学生化学学科素养的重要抓手,目前常见的气体实验教学采取的是教师讲、学生记的模式,学生缺乏实践的机会,造成教育理念与教育实践相脱节的矛盾。
王吉霞等建议,要提高学生的化学素养,培养学生的实验意识,必须增开学生分组实验和探究性实验,健全中学化学实验教学的配套设施,包括实验室的数量、实验设备的配置、专职实验人员的配备等[6]。但是,以上措施并不是短时间可以解决的,需要一个长期的过程。而一届又一届的学生就这样在期待中毕业,失去了参与分组实验所带来的体验和提高自身化学学科素养的机会。因此,必须寻找一种快速简便的方法,使学生有机会进入实验室,并在动手中体验实验的乐趣。为了解决以上问题,以中学常见气体的检验为重点,探究有利于实施分组的实验方案,尽可能让更多学生特别是农村地区学生有机会在简陋条件下动手体验气体检验的实验过程。
2 设计思路
实验改进、设计的过程本身就是一个探究的过程、也是培养创新能力的过程[7]。为了让更多的学生有机会体验到探究的快乐,必须设计实验现象明显、实验操作容易、实验危险性小、探究性强的分组实验方案。大多数人都玩过吹泡泡水,吹出来的五颜六色的泡泡总是十分讨人喜欢。可以将反应产生的气体转化为气泡,观察气泡从无到有可以证明有气体生成,再通过性质实验验证该气体。由此,可以从气体的肥皂泡入手设计常见气体的检验方案。
2.1 实验装置
往烧杯中放入固体反应物,再加入液体反应物,然后滴入洗洁精。固体与液体反应生成气体,气体在溶有洗洁精的溶液中形成气泡。再以气泡为研究对象,设计相应性质实验,验证该气体的存在。设计的装置见图1,装置中所述“洗洁精”为可形成泡沫的洗洁精、洗手液或泡泡水的总称(下同)。
2.2 实验原理
使用以上装置形成的气泡,每个气泡就像一个气体收集装置。与直接将气体排放检验相比,使用气体的肥皂泡进行检验有三个优点:一是可以直观体验到气体的生成,如果检验的气体无色无味,没有肥皂泡无法观察到气体的生成;二是可以减缓气体的扩散速率,由于洗洁精的存在,反应产生的气体收集在肥皂泡里,不会立即扩散,有利于分组实验时学生从容地进行检验;三是可以确保实验安全环保,如果检验的气体具有可燃性或者毒性,收集在肥皂泡里可以防止分组实验时大量气体飘散到实验室中酿成实验事故。
为了观察到明显现象,以上装置产生的肥皂泡要足够大,而肥皂泡的大小与表面张力有关。表面张力是指液面作用于单位长度分界线的张力[8],由于上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力,所以该分子所受合力不等于零。其合力方向垂直指向液体内部,结果导致液体表面具有自动缩小的趋势,这种收缩力称为表面张力。表面张力这种“收缩力”越小,越有利于产生大的气泡。林子健在“神奇的表面力”[9]一文中,测得水的表面张力是常见液体中最强的,而加入表面活性剂如洗洁精等会明显降低水的表面张力。
任文辉等在“液体表面张力系数与温度、浓度的关系”[10]一文中的研究表明:温度越高,表面张力系数越小。说明温度越高,越有利于形成大的气泡。但是,升高温度同时容易导致气泡破裂。为了防止气泡的破裂,可以通过加入大分子有机物增大液体分子之间的引力。特别是对于水分子,如果能够形成更多的氢键,分子间的作用力就更大,气泡也可以变得更大更稳定。经过试探,往洗洁精中加适量蔗糖、甘油、胶水等含多羟基的有机物,可以使气泡变大且较稳定。但在气体制备放热导致的较高温度条件下,甘油、胶水可能无法发挥最佳效果。而在该条件下往洗洁精中加入适量蔗糖效果则不受影响,这与浓硫酸与蔗糖反应产生的“黑发糕”现象[11]具有异曲同工之妙。因此,为了简化实验过程并优化实验效果,首选蔗糖进行研究。
3 常见气体检验的分组实验方案
经过反复实验,并经过课堂可行性验证,最终设计出氧气、二氧化碳、氢气等常见气体的分组实验方案。
3.1 蔗糖洗洁精的配制及氧气检验方案
制备氧气的反应物通常为二氧化锰粉末和过氧化氢水溶液,由于反应较为剧烈且放热,要将氧气留住形成不易破裂的较大氧气气泡,需往洗洁精中加入一定量的蔗糖。如果蔗糖含量过多,会形成大量的泡沫而非气泡(见图2)。
为了探究洗洁精中蔗糖的合适含量,本实验使用二分法设计对照实验方案。先固定反应物及洗涤剂的量,再通过改变蔗糖的质量对比实验效果。具体做法如下:准备二氧化锰2克、30%过氧化氢溶液10毫升、洗手液5毫升各若干份,先不加蔗糖做空白实验,然后以1克蔗糖和5克蔗糖作为二分法的两个界限分别做对照实验,再选择效果好的一组寻找中间区间做对照实验,以此类推。在五次试探后,终于寻找到可以生成稳定较大氧气气泡所需的蔗糖含量。实际操作方案如表1。
实验图片如图3。从图3可以看出,方案5生成的氧气气泡较大且均匀,并能稳定存在,有利于氧气的检验。
根据以上探究结果,氧气分组实验操作方法为:取2克二氧化锰粉末倒入500毫升烧杯中,将2克蔗糖溶解在5毫升欧柏丽牌洗手液中配成蔗糖洗洁精并倒入烧杯中,再倒入10毫升30%过氧化氢水溶液(编者注:30%双氧水对皮肤有较强腐蚀性,建议降低浓度使用或让学生戴上乳胶手套)。此时有较大气泡平缓产生,且气泡大小适中,并呈蜂窝状稳定存在。将带火星的木条靠近氧气气泡,木条复燃,现象非常明显(见图4)。此法可作为义务教育化学教材中氧气制备和检验的学生分组实验方案。
3.2 二氧化碳检验方案
在二氧化碳的检验方案中,同样以二分法探究洗洁精中蔗糖含量对气泡大小及稳定性影响问题。以碳酸氢钠2克、pH约为1的稀盐酸制备二氧化碳,在5毫升欧柏丽牌洗手液中分别加入0克、1克、5克蔗糖进行对照实验,再根据效果选择区间点进行探究。最终得到在该条件下加入3克蔗糖效果最佳。
具体分组方案如下:往500mL烧杯中加入2克碳酸氢钠,再加入由5毫升欧柏丽牌洗手液和3克蔗糖配制的蔗糖洗洁精,然后倒入10毫升pH约为1的稀盐酸,此时反应较快进行,并产生较大呈蜂窝状稳定的二氧化碳气泡。用燃烧着的木条靠近气泡,木条熄灭,证明有二氧化碳生成。此法可作为义务教育化学教材中二氧化碳制备和检验的学生分组实验方案。
在检验二氧化碳后,再用燃烧着的镁条插入二氧化碳气泡中,镁条剧烈燃烧(见图5)。燃烧后泡沫表面有黑色物质存在,同时可以观察到镁条变成白色粉末。此法可作为高中一年级化学教材中镁在二氧化碳中燃烧的学生分组实验方案。
3.3 氢气检验方案
氢气可以采用锌与稀盐酸或稀硫酸反应进行制备,但在具体的实验中,不论使用何种洗洁精,锌与稀盐酸反应产生的气泡都容易破裂,导致盐酸挥发出来,产生刺鼻的气味,不适合分组实验。如果不使用盐酸,由于没有氯离子的催化效应[12],锌与稀硫酸反应不够剧烈,所产生的氢气气泡都非常小,不利于燃烧的进行。为了得到较大且稳定的氢气气泡,必须选择合适浓度的硫酸,同时必须研究相关的洗洁精添加配方。
锌与不同浓度的硫酸反应有不同的产物与现象。浓度太小,虽可以得到氢气但反应不够剧烈;浓度太大,可能出现其他气体产物且反应也不够剧烈。另外,配制硫酸溶液还要考虑温度变化导致速率变化的问题,由于浓硫酸稀释放热,稀释后的硫酸温度较高,当场用于分组实验可以确保实验成功。但如果是提前配制好的稀硫酸,待恢复到室温后反应就不够剧烈,必须在分组实验前再进行试探。因此,为了确保实验成功,必须现场配制稀硫酸,并用锌粒试探至其表面有明显连续的气泡冒出(见图6),试探后可以产生大的氢气气泡的硫酸浓度大约在40%左右。
关于洗洁精中添加物的探究,在蔗糖、甘油等效果都不明显的情况下,使用胶水、甘油按照不同比例进行对照实验,最终得到可以形成较大且稳定气泡的洗洁精配制方法:往5毫升水中加入欧柏丽牌洗手液、4毫升晨光牌胶水、2毫升甘油,充分混合,该混合液简称为胶水甘油洗洁精。
具体的氢气检验分组实验方案如下:往500毫升烧杯中放入五颗黄豆大小的锌粒,加入约40%稀硫酸20毫升,锌粒与硫酸较快反应,再滴入胶水甘油洗洁精,大约30秒后,可以观察到明显的氢气大气泡。用燃烧着的木条靠近,氢气气泡燃烧起来(见图7)。此法可作为义务教育化学教材中氢气制备和检验的学生分组实验方案。
3.4 c与水反应产生氢气的检验方案
在设计完以上实验后,发现该思路也可以适用于钠与水反应产生的氢气的检验。高中一年级《化学(必修1)》中演示钠与水反应时,直接将绿豆大的金属钠投入水中,通过钠的四处游动说明钠与水反应有氢气放出。该实验现象虽然明显,却无法直观体验到氢气的生成。如果将钠投入到洗洁精泡沫中,会有怎样的现象呢?经过反复实验,只要洗洁精泡沫层足够高,都可以观察到明显现象。具体操作如下:
取一大烧杯,滴入适量洗洁精,将水龙头的出水量调至最大,然后用烧杯接水。让大流量的水瞬间冲击洗洁精,即可以形成高的“洗洁精”泡沫层。往泡沫中滴加几滴酚酞溶液,再投入绿豆大的金属钠。金属钠接触到洗洁精泡沫后,小范围游动,周边溶液迅速变红色;一段时间后,钠块周边气泡燃烧起来,火焰呈黄色(见图8)。通过以上的燃烧现象,可以证明钠与水反应有可燃性的气体氢气生成。为了避免学生误以为是金属钠直接燃烧起来,应该先做钠直接投入水中的对照实验,让学生体验到钠与水直接反应并没有燃烧起来,从而得出泡沫层的燃烧是由氢气生成造成的。此法可作为高中一年级化学教材中钠与水反应氢气检验的学生分组实验方案。
以上改进实验中,仅使用普通洗洁精或蔗糖洗洁精、必要的反应物和烧杯、酒精灯、小木棒等,即可设计出几种常见气体检验的学生分组实验方案,包括钠与水反应生成氢气的检验、镁在二氧化碳中燃烧等实验过程,仪器简单、操作简便、现象明显、环保安全,适合作为条件简陋的农村中学开展常见气体检验的分组实验方案。该方案可以让更多的学生有机会参与分组实验,从而培养学生的创新精神和实践能力,有利于他们化学学科核心素养的提高。
参考文献:
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一、 化学实验装置设计的原则
1.目的性原则
目的性是指在整个实验装置设计过程中, 应围绕实验的目的和要求,对实验装置进行优化组合设计.
2.科学性原则
科学性是化学实验装置设计的核心原则.科学性是指化学实验装置设计中的装置原理必须适应反应原理、 操作原理、 实验方法和教学原理等.
3.安全性原则
安全无小事, 应贯穿安全第一的思想.设计中应尽量避免实验装置中存在的隐形的安全隐患,以防实验中造成环境污染和人身伤害.
4.可行性原则
可行性是实验装置设计的根本原则.可行性是指设计中所运用的装置原理和实验方法在实施时切实可行,所选用的化学实验仪器、 设备和附件在现有的条件下能够得到满足, 并在实验中能够获得正确的现象和结论.
5.直观性原则
化学实验教学要求实验现象明显, 感官度高.目的是通过可见(气体, 沉淀)、 可感(热, 光, 气味)、 可称(质量增减)、 可辨( 颜色变化) 等现象判断实验的进程,从而引发学生的联想、 推理、 顿悟和学习兴趣等.
6.简约性原则
所谓简约性,是指要尽量采用简单的实验方法, 用较少的实验步骤和实验药品、仪器,在较短的时间内可完成效果明显的实验装置.恰当的实验装置设计既突出实验重点, 又没有冗长的实验步骤, 能充分体现出简约性.
二、高中化学新教材实验装置改进和探讨
高中化学新教材中的实验装置的设计大多从科学性、安全性、可行性和绿色 化角度进行设计,但其中也有若干装置可以进行部分的改进,很多教师对其中的实验提出了宝贵的修改意见.以下我们结合实验装置设计方法的分析,选取了1个较为典型的实验进行分析,为相关研究提供思路.
例1
碘的升华及性质实验
碘被加热时,不经熔化就直接变成紫色蒸气,蒸气遇冷,重新凝聚成固体,这一性质就是碘的升华.
原实验设计:
用试管夹夹好内装碘晶体的玻璃管,该玻璃管两端密封,在酒精灯上微热.实验装置如图1所示.
存在问题:
使用酒精灯加热不容易掌握加热的温度,很容易超过碘的熔点(113.5 ℃),使碘熔化造成实验失败;而且碘的性质检验试验分开进行,没有连续性,造成药品浪费,耗时.
改进设计:
在V形侧泡反应管中,侧泡处放置一小颗芝麻大小的碘晶体,V形处加入CCl4,在管口粗端用馒头堵住.取一支试管,其中加水约2~3mL,实验装置如下图所示.实验时用酒精灯加热约1.5 min,使水沸腾,水蒸气加热碘,使其升华,可以看到馒头立即由白色变成蓝色,管内有紫色的碘蒸气,静置约1 min后,管内的紫色蒸气消失,并在管内壁附有少量的有金属光泽,紫黑色的单质碘,CCl4缓慢地由无色变成紫色.由此可知单质碘受热易升华,遇冷易凝聚,遇到淀粉能变成蓝色,易溶于CCl4等性质.装置如图2所示.
评价:改进装置从原有装置存在的问题出发,将碘升华、碘使淀粉变蓝以及碘在四氯化碳中的溶解性实验进行了整合.通过水蒸气加热代替试管直接加热的思想使用了置换法和弱化法,解决了碘因高温而熔化的问题;将碘的升华及性质实验通过微型实验装置进行整合,则是使用了组合法及微缩法,简化了实验步骤,节省了实验药品,节约了实验时间,大大增强了实验的教学效果.
三、教学思考
1.教师驾驭能力是化学实验装置设计教学的前提
教师的化学实验装置设计能力的形成和提高,可
从3个方面着手:(1)平时自我钻研.教学之余,教师可对现有的化学实验装置进行逐个研究,这个实验装置有哪些优点,还有什么不足,应怎样进行改进或重新设计.
(2)开展学生实验装置设计活动.教师要多开展学生实验装置设计活动,多与学生接触、交流、讨论,通过不断的思维碰撞以产生创新的火花,提高实验装置设计能力.3、开展校本教研活动.它是以教师参与为基础,以解决教师在教育教学过程中遇到的真实问题为对象的实践性活动.
2.学生打牢“双基”是化学实验装置设计教学的关键.
所谓“双基”, 是指化学实验的基础知识和基本技能.化学实验装置设计, 不是实验设计者对一些仪器、设备的简单连接所作的构思而已, 它是基于对化学实验原理的理解, 基于对化学常规实验手段、常见仪器使用的熟练掌握,基于对相关化学知识的融会贯通, 基于对化学实验手段优劣的辨析等而作出的整体安排. 学生打牢化学实验的基础知识和基本技能,是设计良好的化学实验装置的关键.在化学教学中,实验设计者的专业知识越扎实、实验经验越丰富,设计的实验装置就越全面、具体、正确,验证与探究的实验结论和体验与获得的教育教学价值就会越接近实验目的.
参考文献:
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