探究實驗的選題和設計

1、概述今天講“化學教材中的探究實驗設計''課程的第二 缺“探究實驗的選題和設計雹本節(jié)講解以下三個問題：一、從教材疑難實驗中尋找實驗探究線索。二、在教學實踐中開發(fā)實驗探究的創(chuàng)新點。三、利用文獻資料指導探究實驗。一、從教材疑難實驗中尋找實驗探究線索中學化學教材中往往冇一些成功率不高、或實驗現(xiàn)象不明顯、或實驗結果不理想的實驗, 其至有些實驗還會產(chǎn)牛一些怪異現(xiàn)彖，這些所謂的疑難實驗的存在給我們的實驗教學造成了 定的困難，這些問題的出現(xiàn)，也對教師的實驗研究能力捉出了更高的要求，教師在實施實 驗教學的同時，對于這些問題的出現(xiàn)應及時發(fā)現(xiàn)，并通過科學的研究方法來解決這些問題。疑難實驗的探索包括對

2、反應條件、反應機理等多方位的探索。就拿反應條件來看，它就包括 實驗所需溫度、濃度、壓強、催化劑、儀器、裝置、操作等諸多因索。案例21：氫氧爆嗚實驗教材中各種爆嗚實驗，成功率往往較低，例如氫氧爆嗚實驗就受到爆炸極限、點火時間、 爆嗚裝置等一些因素影響，能否設計出一種方案，可以使該實驗的成功率達到近100%?下 而的方案就為不錯的設計：二、在教學實踐中開發(fā)實驗探究的創(chuàng)新點含有探究性實驗的教學顯然是一種探究式教學，作為教師應該善于在教學實踐屮開發(fā)實驗 探究的創(chuàng)新點。一般來說，中學化學教學實踐屮的探究式教學有兩種常見的教學模式。第一種模式可概括為：問題假說、檢驗一一結論應用。第二種模式可概括為：問題實

3、驗事實科學抽彖結論應用。例如：案例2-4：如何從堿式碳酸銅屮提取銅在實驗室如何從少量的堿式碳酸銅試劑中提収出銅。大部分同學選用的方法是先在試管中 加熱分解堿式碳酸銅，得到產(chǎn)物氧化銅，再將氧化銅溶于稀硫酸，再用鐵置換。z所以 選川先在試管中加熱分解堿式碳酸銅的方法，是因為初三教材的緒言課上就有一個加熱分解 堿式碳酸銅的演示實驗。但我們可從另一個探究問題的角度來思考該方案：“通常條件卜， 碳酸鹽與酸都會反應；堿會和酸發(fā)生中和反應?！倍鴥羞€可進一步引伸出：“堿式碳酸銅可立 接與稀硫酸、稀鹽酸等反應，其產(chǎn)物應是水、二氧化碳及銅離子?！痹摲ň唧w應用的范例就 是古代就有的“濕式煉銅”等。從上述例子可見，實

4、驗事實、分析推理、科學抽象等，對在教學實踐中開發(fā)實驗探究的創(chuàng) 新點是重要的。三、利用文獻資料指導探究實驗查閱文獻資料是獲取探究實驗課題及進行探究實驗教 學過程設計的方便、有效z途徑。案例2-5：鐵與水反應的實驗設計研究問題緣起：鐵與水蒸氣反的實驗是現(xiàn)行人教社2000年版高屮化學 教材中用以說明恢是一種較活潑金屬的驗證演示實驗， 但實驗做下來發(fā)現(xiàn)操作難度較高，實驗成功率較低。教 材上的裝置圖如下：作者是華東師范大學化學 系碩丄生孫衛(wèi)中案例25：鐵與水反應的實驗設計研究這個裝置不足之處主要表現(xiàn)為：實驗裝置較長、操作起來較復雜；溫度上升較慢，實驗時間長，占用課堂演示時間；酒精噴燈預熱和點燃需要一段時

5、間；燒瓶中的水蒸氣在進 入玻璃管的過程中熱暈容易損火，從而會影響反應的發(fā)生； 川向下排空氣法收集氮氣，難以確定收集軾氣的量和確定氛氣 收集滿的時間，檢驗時容易造成危險。要對該實驗進行探究， 首先應了解他人對該實驗研究的程度。文獻資料上該實驗改進后的裝置很多：經(jīng)挑選，有如下圖示。三、利用文獻資料指導探究實驗文獻：圖2史松亭.鐵與水反應實驗的改進j.教學儀器與實驗,2003,7:27. 圖3鐵與水熬氣反應的裝置改進和鐵粉選擇j.化學教學,2006,7:9-10. 圖4楊長軍，鮑止榮.鐵粉與水蒸氣反應實驗的改進j.教學儀器為實驗 2006, 4:46-47.案例25：鐵與 水反應的實驗設 計研究圖5

6、胡業(yè)宏.鐵與水反應實驗的改進j.化學教育，2005, 1:52. 圖6陳新智.鐵跟水反應的實驗探究j.化學教學,2004, 12： 15-16.分析以上設計圖可發(fā)現(xiàn)，對該實驗的改進主要從三方面著手考慮：水蒸 氣的發(fā)生裝置、水蒸氣與鐵粉的反應裝置、氫氣的檢驗和收集裝置等。1. 水蒸氣的發(fā)生裝置圖4a中撤去了石棉網(wǎng)，直接用酒精燈加熱；圖2和圖4b中用試管代替 燒瓶；圖3用一帶支管的燒瓶代替普通燒瓶，圖5和圖6更是簡化了水蒸 氣的發(fā)生裝三、利用文獻資料指導探究實驗案例25：鐵與水反應的實驗設計研究2. 水蒸氣與鐵粉的反應裝置圖2用普通玻璃管代替硬質玻璃管；圖4用具支試管作為反應容器；圖3以石英管作為

7、反 應容器，用2kw的電爐絲為熱源；圖6為人教版新教材中的探究性實驗，用試管作為反應 容器。3. 氫氣的收集和檢驗裝置改進后的實驗屮人多用排水法來收集，增強了安全性能；圖2在川排空氣法收集氫氣前增 設了一個洗氣裝置；圖4的設計中用氫氣流吹肥皂泡。4. 對以上裝置的綜合評價上述裝置從不同的方面改進了原有實驗設計，提高了實驗的成功率并給其它實驗的改進提 供了-些新思路和有益的借鑒。鑒于以上原因，可進一步從裝置簡單化、操作方便化、現(xiàn)彖明 顯化等方面對該實驗進行改進。改進后的簡易實驗裝置見下圖實驗步驟：1. 連接好裝置。球泡處加7.6g膽磯，試管中部平鋪5.也鐵粉，川酒楮燈對著裝膽磯的球 泡加熱；2.

8、 當觀察到石棉附近試管內壁有水霧出現(xiàn)時，用丁烷燈(或酒精噴燈)對著鐵粉加熱；3. 用排水法收集氣體，然后驗純；4. 當氫氣已經(jīng)純凈時，用酒精燈在尖嘴導筲處點燃氫氣并觀察發(fā)牛的現(xiàn)彖。該方案改進后的優(yōu)點1、利用膽磯的受熱來提供反應中 需要的水蒸氣；2、試管底部吹制成球形，有利于 盛放較多膽磯、增大了受熱而積；cuso 5h 03、杳閱資料知膽磯受熱分解過程 及溫度如下：1q2x：cuso 3h o »cuso -ho膽磯后兒個結晶水逸出在102°c至22()°c之間，確保產(chǎn)生水蒸氣的溫度較高, 有利于反應的進行。4、對鐵粉要求不高，普通的還原性鐵粉即可;5、尖嘴導管屮部球泡內裝的是無水氯化鈣，用于吸收水份，保證了管口處氫氣的順利燃燒；6、反應速度快，完全符合演示實驗要求