中學化學實驗微型化,無害化研究實驗報告.doc

中學化學實驗微型化、無害化研究實驗報告一、課題的提出97年10月，遼寧省教育學院張慶云教授應邀到大連講學，內(nèi)容是“中學化學實驗微型化、無害化?！蔽覀兟牶笊钍軉l(fā)。在羅秀傳主任和于國芳老師的指導下，我們立即申請加入該課題組，投入該課題的研究。近年來，微型、無害化學實驗已日益發(fā)展、廣泛推廣，它是對化學實驗教學的一項重大改革。采用微型、無害化實驗，一方面有利于提高學生實驗技能，激發(fā)求知欲，培養(yǎng)學習興趣，開發(fā)學生智力和提高教學質量；另一方面也為實施素質教育，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識奠定基礎。著名化學家戴安幫教授說：“大力推行微型化學實驗，使全國中學的化學教學皆有學生單一實驗作業(yè)，以加強化學教學的素質作用”。我們希望微型、無害化學實驗的研究和推廣能開拓我?；瘜W教師的視野，同時為我?；瘜W教學注入一種新的活力，更有效地提高我校化學教學質量。二、現(xiàn)狀1國際及國內(nèi)現(xiàn)狀通過學習我們知道微型化、無害化化學實驗始于80年代中期。它是在一些專門設計的微型化儀器、裝置中所進行的化學實驗，其藥品和試劑的用量常常是常規(guī)實驗的幾十分之一，甚至更少，所以稱為微型化學實驗。迄今為止我國已在近800所大專院校和中學得到推廣應用?，F(xiàn)在美國、澳大利亞、南非等國均已成立全國性微型化學中心（National Miciosale chemistry center）（請注意：微型化學已成為國際通行的專用名詞）以推動本國的微型實驗工作，我國的微型化學實驗研究中心也已經(jīng)成立。我國先后五次于杭州召開全國范圍的研討會，我省了舉辦過4次研討會，取得一系列科研成果。2我?，F(xiàn)狀聽了張慶云教授的報告，我們深感微型化、無害化化學實驗研究的緊迫性和必要性：其一：初中化學教材中有很多實驗涉及有害物質，可我們很少意識到這些危害，也很少去教育我們的學生如何避免這些危害。其二：素質教育要求我們要面向全體學生，全面提高學生的素質，如何更好地貫徹實施素質教育一直困擾著我們。微型、無害化學實驗在激發(fā)學生學習化學的興趣，強化動手能力訓練，培養(yǎng)創(chuàng)新能力等方面有獨特功效，我們何不把它作為實施素質教育的突破口呢？其三：我校始建于1952年，實驗室的設計不很合理，實驗設施陳舊落后，雖經(jīng)改造，但由于經(jīng)費有限等原因，也是勉為其難。因此有些實驗尤其是學生分組實驗往往開不全。微型實驗可以因陋就簡，節(jié)約經(jīng)費也節(jié)約時間。其四：由于學生實驗課堂教學組織固有的特殊性及受傳統(tǒng)計表教學思想的影響，學生實驗教學仍是薄弱環(huán)節(jié)，仍在單調僵化的教學形式中運行。探索新的實驗課堂教學模式也一直困擾著我們。三、理論依據(jù)（一）可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略可持續(xù)發(fā)展是世界環(huán)境保護工作的主題?？沙掷m(xù)發(fā)展包括自然資源和生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展。其中保護自然資源和生態(tài)環(huán)境是可持續(xù)發(fā)展的核心。這就是說，加快經(jīng)濟發(fā)展決不能以浪費資源和犧牲生態(tài)環(huán)境為代價。江澤民總書記在96年全國第四屆環(huán)保會上所指出的從我國實際出發(fā)，實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，保護環(huán)境所要做好五個方面的工作，都離不開化學科學。因此，化學教學在加強體現(xiàn)時代精神，實施可持續(xù)發(fā)展思想教育方面甚為重要。傳統(tǒng)的實驗除了實驗本身使用污染環(huán)境的試劑之外，還有實驗本身在設計上就存在問題的情形。如何消除或減輕化學實驗對環(huán)境的污染，是傳統(tǒng)化學實驗面臨的最大挑戰(zhàn)。同時，化學實驗是純粹消耗性的實驗，這是不可避免的、有意義的消耗，但是，在很多化學實驗中的消耗是多余的、毫無意義的，這就是化學實驗中的資源浪費現(xiàn)象。江澤民總書記一再告誡我們：“不能吃祖宗飯，斷子孫路”。作為化學教師，更應責無旁貸地擔負起教育學生杜絕資源浪費的責任。因此，微型、無害化學實驗符合時代精神，符合時代需要。（二）素質教育理論素質教育的“三要義”（即面向全體學生，促進學生全面發(fā)展，主動地生動活潑地發(fā)展，是素質教育理論的精髓和靈魂）是實施素質教育的根本著眼點。微型、無害化學實驗能促進實驗教學的全面性得以實現(xiàn)，一改“黑板上講實驗”的落后教學方法，用實驗教學法來激發(fā)學生學習興趣，對發(fā)揮學生自覺性、創(chuàng)造性、積極性，發(fā)揮學生主體作用，培養(yǎng)和發(fā)展學生觀察能力、實驗能力、思維能力及提高教學質量是有益處的。因為學生在化學實驗室的作業(yè)中不僅學到第一手化學知識和動手技術，由于教師的指導得法，循循善誘嚴格要求，受到科學方法和思維的訓練，還得到科學精神和品德的培養(yǎng)。四、實驗過程1理論學習和課題選擇階段97年，由于“微型、無害化學實驗”開展的還不夠廣泛，各種相關資料很少，我們主要是學習張慶云教授在大連的報告內(nèi)容及他所編寫的微型、無害化學實驗一書，同時注意收集各類雜志中的實驗改革成果。在此基礎上提出一些子課題，如：微型無害化學實驗與環(huán)境保護；微型無害化學實驗的經(jīng)濟效益；微型無害化學實驗在課外活動中的應用；微型無害化學實驗的規(guī)范化操作；微型無害化學實驗改進方案等等。在羅秀傳主任和于國芳老師指導下，本著從我校實際出發(fā)的原則，我們課題組選擇了“微型、無害化學實驗改進方案”這個內(nèi)容作為我校在該課題研究的突破口，并以此逐步帶動其它方面的研究。2實驗探索階段首先，也就是9798年我們重新審查全書84個演示實驗、10個學生實驗和9個選做實驗，確定哪些實驗與有害物質有關。其中硫在氧氣中燃燒、一氧化碳還原氧化銅、燃燒條件這三個實驗的改進尤為迫切。我們把這三個實驗定為97年下半年主攻方向。每個實驗都集思廣益設計出各種不同方案。比如就一氧化碳還原氧化銅這個實驗，我們就設計出五種方案，實驗200余次。其一如圖1：這個實驗失敗是因為石灰水在氣體的壓強作用下噴出或倒吸。其二如圖2：但這個實驗在瓶塞啟閉時會有一氧化碳氣體逸出，同樣造成污染。其三如圖3：這種改進爆炸的可能性占60%，且很難持續(xù)燃燒。其四改進與教材中改進裝置相近，但是存在著接點接多，不易操作、易爆等缺點。通過一個階段的研究與探索，我們幾乎失去信心。有一天我們在實驗室整理實驗儀器時，突然發(fā)現(xiàn)了封液漏斗的兩球形結構很特別，如果在第一種改革方案中造出兩球結構不就可以解決石灰水噴出和倒吸的難題嗎？李文輝老師當即用封液漏斗改造一個，馬上實驗，一舉成功解決了上述問題，但也隨之帶來了新問題：在實驗中有易爆的缺點。為了迎接第四屆遼寧省微型化學實驗研討會，中秋節(jié)那天李文輝老師還泡在實驗室里，反復摸索，從早到晚，中午時他感到頭暈、惡心，并有嘔吐等輕微煤氣中毒的表現(xiàn)?；丶倚菹⒁粫褐?，他又鉆進實驗室。而于國芳老師那天也沒有休息，專程到實驗室指導。在這一天80余次實驗的最后，他終于發(fā)明了防爆尖嘴，徹底解決了最后的難關（具體制作方法見詳細說明）。這套裝置很小，且由原裝置8個接點變?yōu)?個接點，有效避免了一氧化碳泄漏，且由于裝置小，又配備防爆尖嘴，爆炸的可能性大大減少，操作更加簡便，只需一分鐘就能完成，效果非常明顯，有效克服了原裝置的缺點（這套裝置的改進已獲得大連市教育學院領導允許試生產(chǎn)，進而推廣）。初試成功后，大家倍受鼓舞，余下兩個有毒實驗均被逐個突破，每個實驗改進的成功背后都伴隨著幾十次甚至上百次的實驗。這些改進實驗在遼寧省第四屆“微型化、無害化實驗研討會”上獲三項一等獎。張慶云教授在閉幕式上給予高度評價：“大連地區(qū)異軍突起”。（這三項改進另有詳細說明資料）9899年，我們又著手制定新的改進及推廣計劃。其中有5個實驗列入改進計劃：電解水實驗；碳還原氧化銅實驗；導電性實驗的完善；氫氣爆炸實驗的研究改進；氫氣流吹肥皂泡。之所以把這5個實驗列入改進計劃是因為這5個實驗都是一些效果不夠理想、費時較多或操作繁瑣的實驗。到目前為止，其中有4個實驗已改進比較成功，只差沒有解決好（詳細資料另附）。在2000年4月于沈陽召開的中學化學實驗研討會上，我們又有四項改進實驗獲獎，其中一等獎一項，二等獎三項。在這同時我們也大力推廣了第四屆微型、無害化學實驗研討會上其它院校的科研成果。尤其是對塑料吸管、井穴板兩種新型儀器在實驗中的使用進行大膽演講取得較好效果，至今我們可以把第八章36個實驗中的29個實驗采用微型化設計。例如：做酸、堿、鹽這間的反應實驗時，只需2-3滴酸堿溶液與1滴指示劑作用就可以顯示明顯的顏色，但原設計方案中卻要加入2毫升酸或堿溶液，這之間的差距約為20多倍；另外，酸堿溶液的濃度為0.001mol/L時實驗現(xiàn)象就非常明顯，而原方案卻用1:4的稀酸。為了解決這類問題，我校于3年前就開始使用醫(yī)藥塑料包裝片及眼藥水瓶。現(xiàn)在已經(jīng)購進30套井穴板和塑料吸管這兩種微型化學實驗儀器代替原來的醫(yī)藥包裝片及塑料眼藥水瓶。為了適應微量化的要求，我們又研制出“微量可調塑料藥匙”。以往學生分組實驗取固體時盡管一再強調取用最少量，但由于所用藥匙比較大，很難做到這一點，造成很大的浪費?，F(xiàn)在上實驗課我們只需在實驗臺上放置合適的塑料藥匙即解決了這問題（詳細制作方法見資料4）。3實驗歸納階段經(jīng)過兩年多的實驗與探索，我們課題小組在各級領導的支持幫助下，對微型、無害化學實驗有了較深的認識，也積累了一些經(jīng)驗，同時也取得了一些科研成果。因此我們也開始進行了全面的實驗總結：首先，我們對改進的實驗逐項歸納整理，我們一共改進實驗43項：（1）、硫在氧氣中燃燒的改進方案；（2）、空氣中氧氣含量測定改進方案；（3）、燃燒條件實驗改進方案；（4）、氫氣流吹肥皂泡實驗改進方案；（5）、氫氯爆炸實驗改進方案；（6）、一氧化碳燃燒改進方案；（7）、一氧化碳還原氧化銅改進方案；（8）、溶液導電性改進方案；（9）、石墨導電改進方案；（10）、微量可調塑料藥匙的制作；（11）、碳還原氧化銅實驗改進方案；（12）、滅火器實驗改進方案；（13）、分子性質的補充實驗；（14）、二氧化碳與氫氧化鈉反應補充實驗。第八章29個酸堿鹽之間反應的演示實驗及常見離子鑒別實驗都可以用井穴板和塑料吸管代替，且效果極佳。其次，我們不斷引進其它院校科研成果充實我?；瘜W實驗，取人之長，補己之短，進而推廣普及，其中購進改進的實驗裝置4項38套。（1）、井穴板、塑料吸管30套；（2）、電解水（快速）裝置4套；（3）、氫氣發(fā)生裝置4套。同時學習別人經(jīng)驗，重點引入十余項改進實驗或實驗設計思想。這一項對我們推行、普及微型、無害化學實驗起了非常重要的作用。再其次，我們從素質教育理論的高度重新認識微型、無害化學實驗。素質教育要求我們面向全體學生，全面提高學生素質?；瘜W是一門以實驗為基礎的學科。學生能親手操作實驗和只聽教師講述實驗的效果是大不相同的。首先：它有利于提高學生科學素質和身心素質。例如：在離子的檢驗方法一課中，李萍老師采取了以醫(yī)藥包裝片為反應容器的學生分組實驗。在學生設計出實驗方案后再借助醫(yī)藥包裝片加以驗證，達到了理論和實踐相結合的目的。又如蔡秀麗老師在主講氫氣的實驗室制法一課時，為拓寬學生思路，又利用井穴板補充投影實驗，使學生從感性上認識到鋅、鐵、鎂中鋅是最適宜用來制氫氣的金屬，而銅不能與稀硫酸反應生成氫氣，這為學生以后學習金屬活動性順序奠定基礎。在學習金屬活動性順序時再次使用這套裝置，使它更具有普及性。這樣的實驗，使學生對所學知識記憶得更深刻，運用得更靈活，同時也提高了學生實事求是，尊重規(guī)律的科學態(tài)度，提高學生自立、不盲從、堅韌、刻苦、頑強的心理素質。其次，它有利于提高學生的能力素質和智力素質。過去的學生分組實驗，絕大多數(shù)學校很難一人一套設備，通常兩人或三人用一套儀器，有些學生就沒有動手機會，效果也不那么理想。引入微型實驗后，徹底改變了長期困擾教師的難題，人人動手，自己觀察，自己分析，自己總結，秩序井然，充分發(fā)揮了學生的智慧潛能和創(chuàng)造力，從而達到提高學生動手能力、觀察能力、分析能力、解決問題能力，提高了實驗課的教學質量。過去課堂上的演示實驗，前排看得比較清楚，中間看得模糊，后排學生就不用說了，使最能調學生學習積極性的實驗手段變成了學生厭倦的僵化教條，大大削弱了學生學習興趣，扼殺了學生獨立思考能力和創(chuàng)造精神。引入投影微型實驗后，學生注意力、感知力、思維力、想象力、記憶力等智力素質均得到較大提高，課堂教學密度、廣度都得到相應地加大和拓寬，使課堂教學效率和質量得到提高。五、實驗及教學成果：1學生方面通過對微型化、無害化實驗的研究，使學生對化學這一科的學習興趣明顯變濃（在問卷調查中喜歡化學這一科的占98.3%），環(huán)保意識明顯增強（在問卷調查中了解微型、無害化學實驗中環(huán)保意義的占100%），自己動手實驗的機會增多了（在問卷調查中“自己做的家庭小實驗”平均每人10個，學生獨立做過的實驗平均每人10次以上），學生化學成績逐年提高（見下表）實驗前后時間一分二率我校區(qū)內(nèi)名次全區(qū)實驗前1997年平均分74.4874.5及格率73.9%875.95%優(yōu)秀率41.2%435.1%實驗后1998年平均分74.77773.4及格率75.4%875.8%優(yōu)秀率36.42%430.2%1999年平均分66.7361.5及格率71.8%467.67%優(yōu)秀率12.1%37.03%2000年平均分82.82279及格率87.2%282.3%優(yōu)秀率53.56%134%并且在全國化學競賽中，我?；瘜W成績近兩年名列前茅。99年集體總分獲大連市第四名，中山區(qū)第一名；2000年集體總分大連市第二名，中山區(qū)第一名。2、教師方面李文輝老師：99年7月在東北三省化學教學觀摩課上使用微型、無害化裝置獲一等獎；99年10月在中山區(qū)“三杯”賽上所講單質碳的化學性質一課獲中山區(qū)“新秀獎”，且總分第一；98年10月在遼寧省第四屆中學化學實驗研討會上談微型化、無害化實驗在我校的實施獲遼寧省化學會一等獎；2000年4月在遼寧省中學化學實驗研討會上氫氣性質實驗的改進獲遼寧省化學會一等獎；98-99年度，獲中山區(qū)教委頒發(fā)的“教育先進個人”稱號；98-99年度，被中山區(qū)工會評為“技術革新標兵”；99年化學競賽中指導的學生有兩人獲省一等獎，三人獲市二等獎；2000年化學競賽中指導學生有一人獲全國一等獎，一人獲全國二等獎，四人獲省三等獎；99年7月論文微型化、無害化學實驗的探索與研究獲大連市教育學會一等優(yōu)秀論文；99年3月在中山區(qū)自制教具評選中獲中山區(qū)一等獎；98年11月，李文輝老師代表課題組在中山區(qū)微型化、無害化實驗匯報會上做的專題匯報，引起與會領導及老師的極大興趣。此項活動得到市領導關注并給予極大支持，于1998年12月再次在大連市中學化學實驗改進匯報會上由李文輝老師代表九中課題組匯報研究進展及成果，得到市領導的充分肯定和贊許。兩次匯報會上共有300多人參加，起到一定的推廣作用。之后又有很多老師曾多次共同研討實驗改進問題，并提出訂購我校改進儀器，市教育學院領導也批準生產(chǎn)試銷，但由于無人經(jīng)營，只能滿足個別學校的要求。李萍老師：1998年10月論文一氧化碳還原氧化銅微型化、無害化設計獲遼寧省化學會一等獎；1999年11月在中山區(qū)自制教具評選中獲中山區(qū)二等獎；