中學(xué)化學(xué)實驗研究

1、2012年9月 化學(xué)是一門實證科學(xué)化學(xué)是一門實證科學(xué) 化學(xué)是一門實證科學(xué)，實驗是化學(xué)研究的核心方法。同樣，實驗也是化學(xué)教學(xué)的重要方法和途徑。沒有經(jīng)歷化學(xué)實驗教學(xué)，就不能真正理解化學(xué)，就不能真正學(xué)好化學(xué)。 實驗是學(xué)習(xí)化學(xué)的必由途徑實驗是學(xué)習(xí)化學(xué)的必由途徑 中學(xué)化學(xué)實驗研究培養(yǎng)中學(xué)化學(xué)教師的核心課程，通過本課程，學(xué)生應(yīng)以教師的視角掌握一些基本中學(xué)化學(xué)實驗技能和實驗教學(xué)技能，了解化學(xué)實驗的教學(xué)功能，學(xué)習(xí)化學(xué)實驗教學(xué)方法，并初步養(yǎng)成探索和研究的習(xí)慣。 以教師的視角看實驗以教師的視角看實驗 中學(xué)化學(xué)實驗研究培養(yǎng)中學(xué)化學(xué)教師的核心課程，通過本課程，學(xué)生應(yīng)以教師的視角掌握一些基本中學(xué)化學(xué)實驗技能和實驗教學(xué)技

2、能，了解化學(xué)實驗的教學(xué)功能，學(xué)習(xí)化學(xué)實驗教學(xué)方法，并初步養(yǎng)成探索和研究的習(xí)慣。 在探索和研究中學(xué)習(xí)在探索和研究中學(xué)習(xí) 本課程采用任務(wù)學(xué)習(xí)法，是一個探索研究的過程。課前的“設(shè)計學(xué)習(xí)”，課中的“體驗學(xué)習(xí)”，課后的“反思學(xué)習(xí)”。因此，本課程有講義（學(xué)習(xí)單），但沒有“教材”。 參考書目參考書目1 劉知新：化學(xué)教學(xué)論，北京.高等教育出版社2 劉正賢：中學(xué)化學(xué)實驗大全，上海. 上海教育出版社，19943 王程杰：中學(xué)化學(xué)實驗研究，上海. 華東師大出版社，20054 秦浩正等：中學(xué)生學(xué)習(xí)辭典（化學(xué)卷），上海.世界圖書出版公司，20125 化學(xué)教科書 科學(xué)實驗是指人們（主體）以科學(xué)探究為目的，在人為控制的條件

3、下研究客體的方法?？茖W(xué)實驗具有發(fā)現(xiàn)或驗證科學(xué)知識的重要功能。 方法特征：控制變量（純化、重組、強化、模擬） 科學(xué)原則：誤差范圍、解釋唯一性、可重復(fù)性（1）實驗方法是近代化學(xué)之源（2）化學(xué)實驗對于化學(xué)研究的功能 驗證知識（假說或理論）的功能 反駁知識（假說或理論）的功能 發(fā)現(xiàn)新知識的功能 拉瓦錫（法，1743-1794）用精確的實驗事實推翻了“燃素說”，奠定了近代化學(xué)的氧化學(xué)說。波義耳（英，1627-1691）是“氣體大師”，他通過實驗發(fā)現(xiàn)空氣有多種成分類鋁（類鋁（ 1871 年門捷列夫的年門捷列夫的預(yù)言）預(yù)言） 鎵（鎵（ 1875 年布瓦年布瓦博德朗發(fā)現(xiàn)鎵后測博德朗發(fā)現(xiàn)鎵后測定）定） 原子量約

4、為 68 比重約為 5.9-6.0 熔點應(yīng)很低 不受空氣的侵蝕 將在酸液和堿液中逐漸溶解 其氫氧化物必能溶于酸和堿中 能生成類似明礬的礬類 可用分光鏡發(fā)現(xiàn)其存在 原子量為 69.72 比重等于 5.94 熔點為 30.15 灼熱時略起氧化 在各種酸液和堿液中逐漸溶解 氫氧化物為兩性，能溶于強酸和強堿中 能生成結(jié)晶較好的鎵礬 鎵是用光譜分析法發(fā)現(xiàn)的 沒有先前通過實驗發(fā)現(xiàn)的大量元素，門捷列夫（俄，1834-1907）就不可能確立元素周期律，并畫出元素周期表。沒有實驗支持，元素周期律不會得到廣泛認可。噁唑啉、亞胺酯與苯氧乙酰氯反應(yīng)的研究噁唑啉、亞胺酯與苯氧乙酰氯反應(yīng)的研究 一、前言一、前言 含有內(nèi)酰

5、胺結(jié)構(gòu)的化合物因為具有顯著的生理活性，一直受到廣泛關(guān)注。早在1907年，Staudinger就研究了這類化合物的合成方法(1)。特別是1943年發(fā)現(xiàn)了青霉素的藥效結(jié)構(gòu)關(guān)鍵為內(nèi)酰胺以后，這類環(huán)系的合成受到了極大的重視(2-4)，每年都有大量的相關(guān)文獻發(fā)表，新的合成方法陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，含有內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)的新化合物也不斷被合成出來。這類化合物多數(shù)是作為抗生素類藥物使用的，常見的有青霉素，頭胞霉素，諾卡霉素等。烯酮與亞胺的環(huán)加成反應(yīng)（Staudinger反應(yīng)）是最常用的一種合成內(nèi)酰胺化合物的方法(5-13)，Staudinger最早采用該方法合成內(nèi)酰胺。這種方法原料簡單易得，可以比較容易得到不同取代的烯酮和亞

6、胺，從而可以滿足不同合成的需要?？刂撇煌姆磻?yīng)條件可以得到不同立體構(gòu)型的產(chǎn)物。因為反應(yīng)中可以得到兩個新的手性碳，因此在不對稱合成領(lǐng)域也引起了大家廣泛的興趣。我們對2-取代噁唑啉與烯酮在熱條件下的反應(yīng)進行了研究。反應(yīng)采用的烯酮為苯氧乙酰氯在堿（三乙胺）存在下脫氯化氫生成。 二、結(jié)果與討論二、結(jié)果與討論 通過實驗我們發(fā)現(xiàn)，通過實驗我們發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)的Staudinger反 應(yīng)的條件下，噁唑啉與苯氧乙酰氯反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物并不是關(guān)環(huán)的內(nèi)酰胺化合物，而是另兩種新的化合物：酰胺酯類化合物和雙酰胺氯代物。通過控制不同 的反應(yīng)條件，我們已經(jīng)能夠控制反應(yīng)有選擇的生成其中的一種產(chǎn)物，并且討論了反應(yīng)機理，在不同反

7、應(yīng)底物上進行了驗證，合成了一系列新化合物。今天，化學(xué)研究的成果，通常也要來自于實驗。雖然有一些專們從事化學(xué)理論研究的化學(xué)家，但有更多化學(xué)家常年工作在實驗室中。同步熱分析儀 STA449C BAS電化學(xué)工作站非脈沖式溫壓雙控微波消解/萃取儀 儀器是現(xiàn)代化學(xué)實驗的武器?！拔淦鳌钡陌l(fā)展讓化學(xué)威力更強大，而且與過去的化學(xué)有很大差別實驗任務(wù)： 分離和提純； 分析（定性分析、定量分析）； 制備（無機物制備、有機物合成）。 實驗技術(shù)： 儀器使用（玻璃器皿、天平、滴定管、量熱計、攪拌器、分光光度計.）； 實驗準(zhǔn)備技術(shù)（試劑配制、標(biāo)定）； 物質(zhì)提純技術(shù)（過濾、蒸餾、分液、層析）； 實驗信息（數(shù)據(jù)）分析技術(shù) 化學(xué)

8、教學(xué)實驗是運用科學(xué)實驗的手段實現(xiàn)化學(xué)教學(xué)目的的教學(xué)方法。設(shè)計化學(xué)教學(xué)實驗的基本原則是： （1）教學(xué)性原則?；瘜W(xué)教學(xué)實驗要能有效實現(xiàn)化學(xué)教學(xué)的目的。 （2）科學(xué)性原則。化學(xué)教學(xué)實驗要在知識認識階段的背景下體現(xiàn)知識的準(zhǔn)確性。 （3）安全性原則?；瘜W(xué)教學(xué)實驗要避免使用有毒有害物質(zhì)和危險操作。 化學(xué)教學(xué)實驗的教學(xué)功能（1）作為直觀性教學(xué)的工具 驗證、鞏固、反駁、發(fā)現(xiàn)化學(xué)知識（2）作為學(xué)習(xí)技能和體驗工藝流程的工具 發(fā)展觀察、思維、動手等能力 體驗工藝流程的重要性（3）作為學(xué)習(xí)科學(xué)發(fā)現(xiàn)方法的工具 體驗化學(xué)探究的過程， （4）作為培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的工具， 激發(fā)興趣、 鍛煉品格 中學(xué)化學(xué)實驗室的普通配置

9、。 （1）中學(xué)化學(xué)實驗室）中學(xué)化學(xué)實驗室 中學(xué)化學(xué)實驗室是開展化學(xué)教學(xué)的場所，化學(xué)實驗室應(yīng)具有較為寬敞的空間，通風(fēng)良好，并具有上水下水，接通電源。 中學(xué)化學(xué)實驗室通常備有學(xué)生實驗桌、教師演示臺，現(xiàn)代中學(xué)化學(xué)實驗室還備有投影儀，電腦并聯(lián)接互聯(lián)網(wǎng)等。實驗室必須備有滅火裝置，必須備有急救箱（對割傷、燙傷和化學(xué)灼傷等做簡單處理）。中學(xué)化學(xué)實驗室應(yīng)按照GBJ99-86中小學(xué)建筑設(shè)計規(guī)范的要求建設(shè)1化學(xué)實驗和化學(xué)教學(xué)實驗有哪些異同點？2為什么化學(xué)教學(xué)特別重視化學(xué)教學(xué)實驗？3化學(xué)教學(xué)實驗為什么要強調(diào)安全性原則？ （1）演示實驗演示實驗 操作者：教師（或在學(xué)生協(xié)助下）； 地 點：通常是教室，也可在實驗室進行；

10、 功 能：展示（如某種物質(zhì)的性質(zhì)、某一反應(yīng)的現(xiàn)象）， 示范（如某種實驗技能、某種實驗裝置）； 要 求：成功率高、可見度高； 策 略：面向?qū)W生的實驗安排、想法擴大實驗可見度、 清晰和規(guī)范的操作、邊演示便進行講解 例如：演示實驗例如：演示實驗氧氣的制法氧氣的制法（教師）示范：裝配氧氣發(fā)生裝置（教師）講解： 請注意老師的裝配順序，由低到高，從一邊到另一邊，裝配時要有條不紊。 注意到嗎，老師把試管夾夾在試管的那一部位？這樣做有道理嗎？（講解在示范過程中穿插進行）例如：演示實驗例如：演示實驗氧氣的性質(zhì)氧氣的性質(zhì)（教師）演示：硫在氧氣中燃燒（1）在燃燒匙中放少量硫，在酒精燈上點燃。（請學(xué)生或代表就近觀察并

11、回答：硫的物理狀態(tài)，加熱直至點燃的現(xiàn)象）（2）將燃著的硫放入氧氣集氣瓶（面向全體學(xué)生，提醒觀察。提問：看到了什么，說明了什么）（3）嗅氣味（請一位學(xué)生協(xié)助完成，注意指導(dǎo)姿勢，并問：形容一下氣味） （2 2）學(xué)生實驗）學(xué)生實驗操作者：學(xué)生（在教師指導(dǎo)下）；地 點：通常在實驗室進行；功 能：自我確認（如驗證物質(zhì)性質(zhì)、變化規(guī)律）， 自我發(fā)現(xiàn)（如探索物質(zhì)性質(zhì)、反應(yīng)規(guī)律等）； 技能訓(xùn)練（如儀器操作技能等）要 求：可靠性高、安全性好；策 略：督促做好實驗預(yù)習(xí)、重點（操作、安全）指導(dǎo)、 加強實驗過程巡視、引導(dǎo)思維和及時小結(jié) 例如：學(xué)生實驗例如：學(xué)生實驗乙醇的化學(xué)乙醇的化學(xué)性質(zhì)性質(zhì)（教師）提問： 今天實驗課的

12、任務(wù)是什么呢？ 哪位同學(xué)能比較完整地回憶乙醇的化學(xué)性質(zhì)？ 請估計一下，哪些實驗現(xiàn)象可以印證乙醇具有還原性？ 今天的實驗有沒有危險、哪些操作是今天實驗成功的關(guān)鍵？（進入實驗前的教學(xué)行為） （3 3）邊講邊實驗（隨堂實驗）邊講邊實驗（隨堂實驗） 操作者：學(xué)生（在教師指導(dǎo)下）； 地點：通常在教室中進行；功 能：自我確認（如確認物質(zhì) 性質(zhì)、變化規(guī)律）， 功能：自我探究（如探索物質(zhì)性質(zhì)、反應(yīng)規(guī)律等）； 要 求：可靠性高、安全性好、簡單； 策 略：教學(xué)內(nèi)容穿插實驗、小而明確的實驗任務(wù)、 短小而明確的指導(dǎo)語、及時匯報及時小結(jié) 例如：學(xué)生實驗例如：學(xué)生實驗酸的性質(zhì)酸的性質(zhì)（教師）指導(dǎo)（教師）指導(dǎo)： 我們知道酸

13、是由酸根和氫組成的，組成上的共性預(yù)示不同的酸可能會有類似的性質(zhì)。 現(xiàn)在請大家拿起三支試管，分別加1毫升鹽酸、硫酸和醋酸。然后分別加2滴紫色石蕊試液。請注意所發(fā)生的變化。（學(xué)生）實驗（學(xué)生）實驗（教師）提問：（教師）提問： （1）請匯報觀察到的現(xiàn)象？ （2）想一想，從這些現(xiàn)象中可以得出什么結(jié)論呢？（教師）指導(dǎo)：教師）指導(dǎo)： 再在三支試管中分別加1毫升鹽酸、硫酸和醋酸，各放一小粒金屬鋅。請注意變化。（學(xué)生）實驗（學(xué)生）實驗（教師）提問：教師）提問： 請匯報觀察到的現(xiàn)象？ 再想一想，從這些現(xiàn)象中可以得出什么結(jié)論呢？ （1 1）驗證型實驗教學(xué)）驗證型實驗教學(xué) 功 能：確認和鞏固知識，發(fā)展實驗?zāi)芰Γ?操

14、作者：教師或?qū)W生（在教師指導(dǎo)下）； 時 機：知識形成之后； 地 點：通常是實驗室，也可在教室進行； 方 式：演示實驗、學(xué)生實驗、邊講邊實驗 實實 驗驗知識形成知識形成知識確認知識確認例如：驗證實驗例如：驗證實驗二氧化碳的性質(zhì)二氧化碳的性質(zhì)（教師）提問（設(shè)問）（教師）提問（設(shè)問）：大家都知道二氧化碳不助燃。但金屬鎂卻能在純凈的二氧化碳中點燃。你們是否相信呢？（教師）講解（教師）講解：科學(xué)的任何結(jié)論都要通過實踐檢驗，今天我們也要這樣做，驗證剛才老師介紹的知識是否正確。（教師）演示（教師）演示：同學(xué)，你來協(xié)助老師做這個實驗，好嗎？（教師）提問：（教師）提問：能否說一說觀察到的現(xiàn)象；有誰能寫成這個反應(yīng)

15、的化學(xué)方程式？（教師）講解（教師）講解：經(jīng)實驗檢驗可以確認，鎂確實能在二氧化碳中燃燒。 （2 2）探究型實驗教學(xué)）探究型實驗教學(xué) 功 能：知識的形成，體驗科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程，發(fā)展實驗?zāi)芰Γ?操作者：教師或?qū)W生（在教師指導(dǎo)下）； 時 機：知識形成之前； 地 點：通常是教室，也可在實驗室進行； 方 式：演示實驗、學(xué)生實驗、邊講邊實驗 實實 驗驗知識形成知識形成例如：探究實驗例如：探究實驗三價鐵的化學(xué)性質(zhì)三價鐵的化學(xué)性質(zhì)（教師）指導(dǎo)教師）指導(dǎo)：三價鐵的化合物很多，不少跟生活關(guān)系緊密。三價鐵有那些化學(xué)性質(zhì)呢？大家可以通過實驗來探索。（學(xué)生）實驗（學(xué)生）實驗： （1）氯化鐵溶液跟鐵釘 （2）氯化鐵溶液跟碘化鉀

16、 （3）氯化鐵溶液份氫氧化鈉溶液（教師）提問（教師）提問：（1）請大家思考，出現(xiàn)的現(xiàn)象說明了三價鐵離子有哪些化學(xué)性質(zhì)。簡單語言歸納一下三價鐵的化學(xué)性質(zhì)?。?）用化學(xué)方程式表示以上化學(xué)反應(yīng)的原理。 設(shè)計是對教學(xué)的規(guī)劃（計劃），包括分析教學(xué)背景，確定教學(xué)目標(biāo)；選擇教學(xué)內(nèi)容；確定教學(xué)步驟；安排師生活動以及優(yōu)化教學(xué)資源。1、確定教學(xué)目標(biāo)（群），并分析重點目標(biāo)；2、選擇教學(xué)內(nèi)容（主要依據(jù)教學(xué)目標(biāo)）3、確定教學(xué)步驟（也就是教學(xué)的前后順序，或稱環(huán)節(jié)）4、安排教師和學(xué)生活動（指怎么做） 簡單地講就是“一目標(biāo)、二內(nèi)容、三環(huán)節(jié)、四活動”（3 3）案例）案例水的電解水的電解分析：初中化學(xué)利用水電解產(chǎn)生氫氣和氧氣的事

17、實向?qū)W生證明水是氫元素和氧元素組成的化合物，以及組成是實在的反映，不是人們的隨意想象。在本課前學(xué)生已經(jīng)認識水的分子式和檢驗氧氣的方法。1 教學(xué)目標(biāo)：（1） 理解水的分子式是由實驗確定的；（2）了解水電解的裝置和實驗過程；（3）體驗由實驗事實和相關(guān)原理推理氫和氧原子比例的過程2 教學(xué)重點：理解實驗是確定水分子式的重要方法3 3 教學(xué)過程教學(xué)過程（1）教學(xué)流程提出問題：人們怎么得到水的分子式？演示“水的電解”，觀察并匯報有關(guān)現(xiàn)象。討論：水的元素組成？學(xué)習(xí)體積和分子數(shù)關(guān)系推斷：水的分子式？小結(jié)：實驗是重要的科學(xué)方法（2）一堂新課的基本教學(xué)步驟引入：從學(xué)生已有的經(jīng)驗引導(dǎo)出教學(xué)的主題新內(nèi)容：通過各種教學(xué)

18、手段幫助學(xué)生學(xué)習(xí)新教學(xué)內(nèi)容小結(jié)：概括本課學(xué)習(xí)內(nèi)容，指出進一步學(xué)習(xí)的方向課后作業(yè)：以本課學(xué)習(xí)內(nèi)容為重點布置課后作業(yè)教學(xué)步驟教學(xué)步驟教師活動教師活動學(xué)生活動學(xué)生活動意圖意圖1引入 提問提問 請大家寫出氧氣、氫氣、水的分子式。 人們是怎么得到這些分子式的？ 默寫默寫 全體默寫分子式，個別學(xué)生在黑板上書寫。復(fù)習(xí)原有知識，通過激疑激發(fā)學(xué)習(xí)動機2電解水裝置 講述講述 介紹霍夫曼電解器的重要部件。強調(diào)陰極和陽極（結(jié)合講解） 觀察觀察 為實驗排除障礙3電解水實驗 演示演示 1 電解水2 點燃陰極氣體3 余燼木條檢驗陽極氣體 觀察觀察 1 實驗現(xiàn)象2 記錄陰陽極氣體體積比發(fā)展觀察能力和表達能力（2）教學(xué)步驟4水的組成 提問提問 從電解水的現(xiàn)象中，我們得到了那些關(guān)于水的組成的信息呢？指導(dǎo)可以用小組討論的方法學(xué)習(xí) 討論并回答討論并回答 1 水中含有氫和氧2 水中氫和氧的比例是二比一培養(yǎng)從現(xiàn)象通過邏輯思維得出結(jié)論的能力5鞏固落實 提問提問 現(xiàn)在，我們能回答下面的問題嗎？1 電解水時，某電極處產(chǎn)生的氣體能