安师大化学教学论教案02化学教学实验设计

第二部分化学教学实验设计化学教学实验设计是指教师在实施化学教学实验之前，根据一定的化学教学目的和要求，运用教育学、心理学、化学教学论、实验论的有关原理，以及有关的化学知识和技能,对实验的仪器、装置、步骤和方法所进行的一种规划。教师根据教学内容的特点和教学过程的需要，改进教材原有实验、设计新实验，不仅有利于学生掌握教学内容，顺利完成教学任务，而且能向学生示范实验设计的思路和程序，提高教师的教学水平和教学能力。因此，设计化学教学实验是一个化学教师必须具备的一种教研能力。第一单元化学教学实验设计的原则要设计具有良好教学功能的化学实验，需要用以下几项基本原则作为教学实验设计的指导思想。一、目的性原则目的是化学教学实验设计要达到的具体要求。要求明确，才能突出设计重点，突破设计难点。目的性是以实验过程的优化和实验成功为目的的，不能为了设计而设计。就中学化学实验而言，其目的有以下3 个方面：1 .配合课堂讲授内容给学生提供感性认识，帮助阐明科学概念和化学原理，同时向学生示范规范的实验操作，培养学生观察和描述实验现象，发现和解决问题的能力。2.巩固学生化学的理论知识，培养学生严谨的科学态度、良好的实验习惯和动手能力。3.为了拓宽学生的知识面，激发学生学习化学的兴趣，巩固和提高学生的实验技能，锻炼学生运用化学知识解决实际问题的能力，培养学生的创新能力。二、科学性原则科学性是化学教学实验设计的核心原则。科学性是指化学实验设计中的实验原理、装置原理、操作原理和方法都必须与化学理论知识、实验方法论、实验教学论和实验研究过程相一致。一个优秀的化学教学实验设计，应具有严谨的科学性。例如，乙烯能使澳水褪色，其原因有以下两个反应：CH2=CH2+Br2-*CH2BrCH2BrCH，=CH2+Br2+H20fCH2CHz+HBrI IBr OH如果把滨水的褪色完全归因于澳与乙烯发生加成反应生成1,2-二澳乙烯，其科学性不够严谨。三、安全性原则安全性是指化学教学实验设计时应尽量避免使用有毒药品或反应生成有毒气体物质以及具有一定危险性的实验装置和实验操作。如果必须使用，应在所设计的实验方案中详细写明注意事项和防护措施，以防造成环境污染和人身伤害。“一朝被蛇咬，十年怕井绳”。在化学实验中，如果发生燃烧、爆炸或中毒事故，不仅会给教师和学生造成人身伤害，而且还将严重地影响到学生今后学习化学课程的兴趣和积极性，甚至还会永远给学生留下“化学实验很危险”的潜意识。因此，设计化学实验时,对实验的安全性必须给予足够的重视，要做到万无一失。近年来，广大的教师在教学实验设计中，对化学因素和操作因素可能引起的安全问题都非常注意，但对物理因素可能引起的安全问题却常有忽视。四、可行性原则可行性是化学教学实验设计的根本原则。所谓可行性是指设计的化学实验方案中所运用的实验原理、装置和方法在现有的条件下能够得到满足，并在实验中能够得到正确的结论和现象。五、简约性原则对于同一实验，实验越简单越好，简单就是美。所谓简约性是指要尽量采用简单的实验方法和实验装置，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。恰当的实验设计既突出实验重点，又没有冗长的实验步骤，充分体现出简约性。“一个科学家最大的本领就是在于化复杂为简单，用简单的方法去解决复杂的问题”。六、创新性原则创新是化学实验设计的灵魂。没有创新，就没有进步。化学实验设计属于应用研究，像其他科学研究工作一样，贵在创新。创新程度的高低，是衡量一个创新实验价值大小的重要标准。所谓创新性，是指教学实验设计要敢于突破陈规，独到于新颖、独特、巧妙之处，能反映新事物、新观点、新理论、新方法和新思路等。一个优秀的化学实验设计必须反映实验设计者独出心裁的构思。七、趣味性原则化学实验常令学生兴趣盎然、终生不忘的原因，是实验现象具有趣味性。所谓趣味性是指设计的实验所得出的现象和结果，能够激发学生的好奇心和求知欲，从而引起学生学习化学的兴趣和动机。八、启发性原则教学中的化学实验设计不同于科研工作中的化学实验设计，其不同点之一是前者应具有启发性。所谓启发性是指化学实验设计本身具有启迪学生思维的作用，以及教师对实验作出一系列富有启发性的指导，使学生在实验设计或实验观察中能自觉、深入地思考，并对实验的结果进行诊断和评价，从而培养学生思维能力和创新精神。九、发展性原则发展性是指化学教学实验设计既符合学生的认知结构、知识和能力水平，又能促进学生的实验、思维、创新等能力的发展。因此，在学生实验设计中，教师应让学生在富有启迪作用的“难度适中的实验问题”中由易到难、循序渐进地进行实验设计。十、最优化原则最优化原则是指在多个化学教学实验设计方案中，挑选出最佳的实验设计方案。挑选的方法多是通过分析、比较或实验验证得出的。一个优秀的化学教学实验设计方案，一定具有较高程度的创新性，但是，一个创新程度较高的实验则未必是一个优秀的实验，还要看它是否比已发表的同类实验更加优越。因此，在设计一个实验之前，必须要尽可能地掌握相关实验的设计方案，并在此基础上，提出自己的设计方案，经反复试验、比较、优化，获得满意的效果后，再付诸应用和交流。值得注意的是，不要片面地为了“创新”而设计，只“新”不优的实验是没有多大价值的。第二单元化学教学实验设计方案的优选标准评价化学教学实验，也是一个化学教师必须具备的一种教学研究能力。在化学实验教学研究活动中，评价化学实验与设计化学实验同样重要。可以这样说，不懂得评价，就难以做到精益求精，也就难以设计出优秀的化学实验。评价化学实验的标准和原则很多，关键是这些标准和原则是否简便、适用。一般从以下6 个方面进行评价（定量评价见表1）：一、科学、安全二、效果明显三、新颖、直观、富有趣味性和启发性四、装置简单五、易操作、用药少六、步骤少、时间短表 1 化学实验设计评价表评定内容评价标准评价等级ABC实验设计方案A.实验设计方案科学、合理、安全、新颖，富有启发性、实验步骤简便，实验用品少、经济。（30分）B.实验设计方案科学、合理、安全，有启发性，实验步骤较简单，实用验品较少。（20分）C.实验设计方案基本合理，实验步骤较复杂，实验用品多。（1 0分）实验装置A.实验装置合理、紧凑、新颖、美观；使用仪器、设备少。（1 0分）B.实验装置合理、紧凑、美观；使用仪器、设备较多。（8 分）C.实验装置较合理；使用仪器、设备多。（6 分）实验操作A.实验操作细致、规范、正确、娴熟；实验用品摆放有序，实验台面整洁。（20分）B.实验操作细致、规范，基本无错误；实验用的摆放有序，实验台面较整洁。（1 5分）C.实验操作基本规范，有少数错误；实验用品摆放杂乱，实验台面不够整洁。（1 0分）实验现象A.实验现象鲜明，可见度高，需时较短。（1 5分）B.实验现象明显，可见度较高，需时较长。（1 0分）C.实验现象迟迟不能出现，甚至有异常现象出现。（5 分）实验讲解A.讲解准确、恰当，富有启发性，并与实验操作和实验现象的出现配合协调，讲、演教态自然、大方。（25分）B.讲解准确，有启发性，能与实验操作和实验现象的出现配合协调，讲、演教态较自然、大方。（20分）C.讲解基本准确，与实验操作和实验现象的出现配合的协调性较差，讲、演教态较紧张。（1 5分）实验难度A.实验难度大，实验影响因素多、难控制。（实验难度系数为1.00）B.实验难度较大，实验影响因素较多、不易控制。（实验难度系数为0.90）C.实验难度不大，实验影响因素较少、易控制。（实验难度系数为0.75）注：该表为化学实验设计的动态评价表，它能真实地评价出实验设计者的实验能力和实验方案的优劣程度。评绩总成上述5 项成绩之和X实验难度系数第三单元化学教学实验设计在中学化学教学中，从应用场合和教学目的来看，化学教学实验可分为演示实验、学生实验、综合活动性实验三大类，各类实验都有各自的特点。因此，化学教学实验设计的内容也包括在这三大类实验中。但在设计中，应体现各类实验的特点。一、演示实验的设计演示实验大多数是密切联系课堂讲授内容而进行的化学实验。安排演示实验的目的是配合课堂讲授内容给学生提供感性认识，帮助阐明科学概念和化学原理，同时向学生示范规范的实验操作，培养学生观察和描述实验现象、发现和解决问题的能力。因此，设计的演示实验应具有实验装置简洁明快、实验操作严格规范、实验现象鲜明易察、实验过程耗时少等特点。实验设计示例一铜与硫反应演示实验的设计一、问题的提出铜跟硫反应是中学化学中一个难以获得成功的实验，影响因素较多。同时，硫在高温下又能跟空气中的氧气反应生成二氧化硫而污染环境。因此，有必要对铜跟硫反应实验进行重新设计，以保证实验成功以及避免二氧化硫的污染。二、实验用品硫粉、细铜丝(民用照明灯头线内芯)、氢氧化钠溶液(5%),20X200mm具支试管、球形干燥管、带单孔橡皮塞的玻璃棒、酒精灯、铁架台、砂纸、防风罩、脱脂棉。三、实验装置实验装置如右图所示。四、实验步骤1.取二分之一药匙的硫粉，放入具支试管中，并将铜跟硫反应封闭式实验装置图1.硫 粉 2.吸有氢氧化钠稀溶液 的 脱 脂 棉 3.细铜丝该具支试管竖直夹持在铁架台上。2.取20cm光亮的多股细铜丝（用砂纸擦光），将其紧紧地绕缠在一根30cm长、带有单孔橡皮塞的玻璃棒上，并将螺旋状的细铜丝向玻璃棒一端推出l 2cm,然后将玻璃棒上的单孔橡皮塞塞在具支试管上，再把玻璃棒向上拉至细铜丝处。3.取一浸有5%氢氧化钠溶液的脱脂棉球，将其疏松地塞入球形干燥管内。4.给盛有硫粉的具支试管加热，约Imin钟后，硫粉熔化并沸腾，产生硫蒸气。再加热2min钟左右，待液态的硫快蒸发完，硫蒸气区呈近乎无色时，将玻璃棒向下推动，使螺旋状细铜丝伸人近乎无色的硫蒸气区，可见细铜丝立即燃烧，持续发红，约5 s钟。5.取出玻璃棒，可以看到光亮的细铜丝变成黑色，用手一捻即成粉末。硫受热各种聚集状态区域图1.升 华 硫 区2.胶状硫区3.硫 蒸 气 区4.液态硫区,A(2Cu 十 S Cu2S)五、问题与讨论1 .铜在硫蒸气中能够稳定燃烧的关键条件有三个：（1）铜丝要细，以保证铜跟硫有更大的接触面，并使铜丝内的铜尽可能跟硫充分反应完全。（2）硫蒸气的温度要高，且浓度要大，以保证有很高的起始反应温度和过量的硫。（3）铜丝伸入具支试管内的部位要正确，以保证铜丝在高温、高浓度的硫蒸气区。2.硫在加热熔化并持续沸腾时，具支试管里的硫有不同的聚集状态（见上图所示）。（1）升华硫区。该区域温度低（1 1 2.8）,硫以浅黄色粉末存在。（2）胶状硫区。该区域温度较高（200400）,硫以红棕色的胶状态存在，并且有高的粘稠性。当硬度不大的细铜丝在通过该区域时，很容易被胶状硫粘在具支试管内壁上，细铜丝就难以向下移动，导致实验失败。因此，用细铜丝实验时，应借助于硬度大的玻璃棒（或其他物体），以保证细铜丝能上下移动。硫蒸气区。该区域温度最高（444.6以上），硫以近乎无色的气态存在（其成分有S2、S4、S6和S8）。该区域是最有利于铜跟硫反应。液态硫区。该区域温度在1 1 2.8400之间，硫以液态形式存在，其颜色随温度的升高而加深。当硫粉用量少，加热时间长，该区域消失，便成为硫蒸气区。（3）单孔橡皮塞的孔径应与玻璃棒的外径配套，且小孔要垂直，并在孔内涂有少量的凡士林，这样就便于玻璃棒上下移动，同时可防止气体外泄。（4）浸 有5%氢氧化钠溶液的脱脂棉球应以不滴出液体为宜。（5）硫粉用量不宜太多，一般用量以0.5 g为宜。用量太多，不仅浪费药品，而且给洗涤具支试管带来不便，甚至在具支试管冷却过程中，大量多余的硫固化后，固其膨胀系数与玻璃不同，结果导致具支试管破裂。（6）实验结束后，应立即洗去具支试管内壁附着的硫，否则，时间一长就更难除去。洗硫方法有多种，其 中“热石灰水法”是一种简单、有效、成本低廉的方法。现介绍如下：待具支试管稍冷却后，向管内加入1 0mL饱和石灰水，倾斜具支试管，用酒精灯加热石灰水淹没处的硫，硫一受热，并很快脱离管壁。按此操作，除去另外的硫。最后用试管刷刷洗，即可得到干净、明亮的具支试管。3Ca（O