化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計、改進(jìn)與創(chuàng)新研究.doc

題目：化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計、改進(jìn)與創(chuàng)新研究 姓名： 單位： 化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計、改進(jìn)與創(chuàng)新研究摘要：為了加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué),提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平,化學(xué)教師應(yīng)具備設(shè)計、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的能力.本文闡述了設(shè)計、改進(jìn)和創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)的原則,探討了設(shè)計、改進(jìn)和創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本思路和基本方法.后應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)與創(chuàng)新的方法,聯(lián)系中學(xué)化學(xué)教學(xué),列舉5個案例對課本需要補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究,對課外活動實(shí)驗(yàn)的研究以及對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)研究.關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新研究化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué).化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的基本特征.實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要方法,也是教師教學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識的重要方法.實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)知識、科學(xué)方法、科學(xué)能力、科學(xué)思想和科學(xué)品質(zhì)教育的最生動、最活躍的教學(xué)形式.作為化學(xué)教學(xué)工作者,應(yīng)該充分認(rèn)識實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的重要意義和作用.現(xiàn)行教課書中缺少某些實(shí)驗(yàn),或某些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯,成功率不高.因此,根據(jù)學(xué)校的設(shè)備情況和學(xué)生的實(shí)際水平,適當(dāng)增補(bǔ)一些實(shí)驗(yàn)、設(shè)計一些課外生活實(shí)驗(yàn)或者課本上規(guī)定的實(shí)驗(yàn)予以改進(jìn),設(shè)計和創(chuàng)造出適合化學(xué)教學(xué)、質(zhì)量更高的實(shí)驗(yàn),從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的能力,更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用.一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計、改進(jìn)與創(chuàng)新遵循的基本原則（）科學(xué)性原則 這是實(shí)驗(yàn)設(shè)計的首要原則.它指所設(shè)計實(shí)驗(yàn)的原理、操作順序、操作方法等時,必須與化學(xué)理論知識以及化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法論相一致.教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,其目的主要是要通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析,得出科學(xué)的結(jié)論,以實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的.實(shí)驗(yàn)研究必須實(shí)事求是,講究科學(xué)性,而不能弄虛作假,違背科學(xué)規(guī)律,更不能有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,而不科學(xué)的操作和做法.(2)簡約性原則 實(shí)驗(yàn)的教育價值往往與儀器的復(fù)雜程度成反比,在不違反科學(xué)性和教材要求的前提下,可以對某些實(shí)驗(yàn)的儀器進(jìn)行改進(jìn),做到實(shí)驗(yàn)裝置簡單；重點(diǎn)突出；實(shí)驗(yàn)材料要容易獲得；實(shí)驗(yàn)操作較簡便；實(shí)驗(yàn)步驟較少；實(shí)驗(yàn)時間較短；突出創(chuàng)造性. ()直觀性原則 在實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生往往是通過觀察鮮明、生動、準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象而進(jìn)行分析、推理,得出科學(xué)的結(jié)論.所以化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改革,不僅要求簡易、快速,還必須做到直觀、形象,使每個學(xué)生都能觀察清楚.這就要求教師對那些現(xiàn)象不夠明顯,不夠直觀的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),增強(qiáng)直觀效果(顏色變化)等現(xiàn)象判斷實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程.(4)可行性原則 可行性原則是指設(shè)計實(shí)驗(yàn)時,所運(yùn)用的實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)施時切實(shí)可行,而且所選用的化學(xué)藥品、儀器、設(shè)備、實(shí)驗(yàn)方法等在現(xiàn)行的條件下能夠滿足.（5)安全性原則 這是指實(shí)驗(yàn)設(shè)計時應(yīng)盡量避免使用有毒藥品或具有一定危險性的實(shí)驗(yàn)操作教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究時,必須樹立安全第一的主導(dǎo)思想.二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)、設(shè)計與創(chuàng)新的基本步驟（1）提出實(shí)驗(yàn)研究課題（實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊笫菍?shí)驗(yàn)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿,因此在實(shí)驗(yàn)設(shè)計前,必須對實(shí)驗(yàn)的目的要求相當(dāng)明確（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?確定實(shí)驗(yàn)的原理和方法.只有明確實(shí)驗(yàn)原理和方法,才能對實(shí)驗(yàn)設(shè)計作出合理的規(guī)劃.（3）理清設(shè)計思路.實(shí)驗(yàn)設(shè)計的基本思路是：目的假設(shè)變量方法步驟器材.即根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶岢黾僭O(shè),圍繞假設(shè)確定被試和變量,按照實(shí)驗(yàn)變量采取相應(yīng)的方法、手段、依從變量控制安排實(shí)驗(yàn)步驟、選擇合適器材和反應(yīng)條件等.（4）實(shí)施、對比、控制.在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中要特別重視對比和控制,對照不當(dāng),實(shí)驗(yàn)將失去意義；沒有控制,則不能成為實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)應(yīng)始終保持主題活性,細(xì)致觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,詳實(shí)記錄數(shù)據(jù).（5）結(jié)果處理.對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果、數(shù)據(jù)進(jìn)行加工整理,準(zhǔn)確表述實(shí)驗(yàn)結(jié)論.（6）評價與修正.回顧實(shí)驗(yàn)設(shè)計,反思實(shí)驗(yàn)過程,修正檢驗(yàn)假設(shè),對結(jié)果評價.三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)、設(shè)計與創(chuàng)新的基本方法實(shí)驗(yàn)研究一定要依據(jù)大綱,緊扣教材,符合大綱和教材的總體要求和階段要求.成功的實(shí)驗(yàn)設(shè)計、改進(jìn)與創(chuàng)新來源于立意的創(chuàng)新、構(gòu)思的巧妙,這要求教師在明確化學(xué)反應(yīng)原理的基礎(chǔ)上,必須具有較廣博的知識,熟悉化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科的實(shí)驗(yàn)方法及手段.（1）立意新穎、巧妙構(gòu)思、改進(jìn)常規(guī)實(shí)驗(yàn)裝置（2）正交實(shí)驗(yàn)、選擇合適的反應(yīng)條件（3）因地制宜、自制非常規(guī)儀器用品（4）突破常規(guī)、調(diào)整藥品種類及用量（5）設(shè)計微型實(shí)驗(yàn)、防止污染環(huán)境（6）設(shè)計探究實(shí)驗(yàn)、突出化學(xué)學(xué)科特征四、中學(xué)化學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)例4.1 測定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)空氣是學(xué)生從化學(xué)角度認(rèn)識的第一種物質(zhì),了解空氣的成分并通過實(shí)驗(yàn)探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)是化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的重要內(nèi)容之一 人教版教材中圖1 測定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)實(shí)驗(yàn)測定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)的方法是燃燒紅磷法,實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1 這種方法的原理是用紅磷燃燒消耗容器中的氧氣產(chǎn)生負(fù)壓,使水進(jìn)入容器,證明氧氣的體積分?jǐn)?shù)約占空氣的 1 /5 在實(shí)驗(yàn)過程中存在以下問題:一是紅磷的著火點(diǎn)比較高,引燃紅磷需要的時間較長,紅磷燃燒熄滅并不是容器里的氧氣耗盡,而是氧氣的濃度降低到不能再支持紅磷燃燒;二是當(dāng)把燃燒的紅磷插入容器中雖然立即塞緊橡膠塞,但是也使容器里一部分受熱膨脹的空氣外逸,從而導(dǎo)致誤差較大,并且不環(huán)保為了簡化實(shí)驗(yàn)操作,減小誤差,對該實(shí)驗(yàn)作如下改進(jìn):(1) 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑:10mL 的青霉素小瓶、注射器 (20mL) 、白磷、輸液器; (2) 實(shí)驗(yàn)操作:圖2 測定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)微型實(shí)驗(yàn)1) 檢查裝置的氣密性;2) 裝藥品,連好儀器 取綠豆粒大小的一塊白磷,用濾紙擦干水,立即放入青霉素小瓶里,插入輸液器插頭密封;3) 白磷燃燒 關(guān)閉輸液器開關(guān),加熱青霉素小瓶,白磷燃燒;圖2 測定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)微型實(shí)驗(yàn)4) 燃燒結(jié)束,打開輸液器開關(guān),觀察現(xiàn)象 可觀察到注射器活塞慢慢向前移動大約 2mL,說明空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為 1 /5 ( 見圖 2)此實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是：（1）對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了綠色化設(shè)計,白磷燃燒在密閉的容器內(nèi)進(jìn)行,減少了對空氣的污染.(2) 白磷的著火點(diǎn)很低(40 ) ,即使在燃燒熄滅后仍在發(fā)生氧化反應(yīng),幾乎把容器內(nèi)的氧氣消耗盡,減小了實(shí)驗(yàn)誤差,用注射器更能體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性和科學(xué)性;(3) 裝置簡單、輕巧,藥品消耗少,每次實(shí)驗(yàn)僅需 2 分鐘左右 既節(jié)省實(shí)驗(yàn)藥品又節(jié)約了實(shí)驗(yàn)時間; (4) 用代用品做實(shí)驗(yàn),增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的探究性和學(xué)生的參與度,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣42 分子運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 氨分子運(yùn)動實(shí)驗(yàn)是初中化學(xué)的教學(xué)重點(diǎn)之一,是學(xué)生將微觀知識形象化的重要事實(shí) 教材實(shí)驗(yàn)圖3 氨分子運(yùn)動實(shí)驗(yàn)( 如圖 3) 選用三支小燒杯盛放濃氨水和酚酞溶液,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 學(xué)生進(jìn)行探究活動中,濃氨水揮發(fā)出來的刺激性氣味很大,影響師生正常上課,而且用 小燒杯盛放濃氨水和酚酞試液的用量也較大,該實(shí)驗(yàn)存在環(huán)境污染和藥品浪費(fèi)問題,不符合綠色化學(xué)的要求.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)如下：(1) 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑:廢礦泉水瓶、青霉素小瓶、夾子、滴管、白醋、蒸餾水、藍(lán)色 石蕊試紙( 如圖 4) (2) 實(shí)驗(yàn)操作:1) 用帶蓋的礦泉水瓶剪去平底代替大燒杯;圖4 氨分子運(yùn)動微型實(shí)驗(yàn)2) 將適量白醋倒入青霉素小瓶;3) 將兩片藍(lán)色石蕊試紙用夾子夾住,再用蒸餾水潤濕,瓶內(nèi)外各一片,蓋上礦泉水瓶蓋4) 觀察現(xiàn)象 瓶內(nèi)的藍(lán)色石蕊試紙變紅,瓶外的藍(lán)色石蕊試紙不變色 此實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是:(1) 操作簡單、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯; (2) 安全環(huán)保 濃氨水對皮膚有一定的腐蝕性,氨氣刺激呼吸系統(tǒng),而食醋不會對人體造成損傷;(3) 節(jié)約藥品 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作更加簡單,實(shí)驗(yàn)材料在生活中容易找到,只需用少量白醋和兩片紫色 石蕊試紙即可完成實(shí)驗(yàn),避免濃氨水和酚酞試液的浪費(fèi);(4) 可將演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生實(shí)驗(yàn)或家庭小實(shí)驗(yàn) 通過實(shí)驗(yàn)的微型化、普通化,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、環(huán)保意識五、總結(jié)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計、改進(jìn)與創(chuàng)新是一個龐大的課題,中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)之不足,提高實(shí)驗(yàn)的安全性與可操作性,節(jié)省藥品、減少環(huán)境污染 教學(xué)中可將演示實(shí)驗(yàn)改為邊講邊實(shí)驗(yàn),增加學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)探究的機(jī)會,解決大班或農(nóng)村中學(xué)進(jìn)行“實(shí)驗(yàn)探究”教學(xué)的問題 同時教師實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的精神潛移默化地影響著學(xué)生, 對學(xué)生創(chuàng)新精神培養(yǎng),環(huán)境保護(hù)意識、綠色化學(xué)思想的形成大有益處,有利于落實(shí)國家課程標(biāo)準(zhǔn)的要求,提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)參考文獻(xiàn):1吳煥云,夏正盛.中學(xué)化學(xué)教學(xué)導(dǎo)論M.武漢:華中理工大學(xué)出版社,1996.2賀湘善