化學實驗設計范文
時間:2023-03-30 16:02:04
導語:如何才能寫好一篇化學實驗設計,這就需要搜集整理更多的資料和文獻,歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文,供你借鑒。

篇1
一、深刻理解化學基本理論的實驗基礎
掌握化學基本原理和基本技能,初步學會化學研究的實驗方法。掌握基本的操作技能、實驗技術、培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力,養(yǎng)成嚴謹?shù)膶嵤虑笫堑目茖W態(tài)度,樹立勇于開拓的創(chuàng)新意識。
二、設計實驗必須有化學實驗總體觀
任何一個化學實驗都包含以下內容:(1)實驗目的;(2)實驗原理;(3)實驗設計;(4)實驗藥品、儀器、裝置;(5)實驗操作及操作規(guī)程;(6)實驗結果的處理。這六個方面的內容可稱為化學實驗的六要素。實驗目的是核心;實驗原理是達到實驗目的的理論根據(jù);實驗程序是能否完成實驗的關鍵,它的設計以實驗原理為基礎;藥品、儀器、裝置是物質保證,這些物質條件的選擇是由實驗原理和實驗程序決定的,同時,對實驗程序也起著制約作用;實驗操作及注意事項是實驗得以順利、安全進行的保證,它的制定要由實驗程序和實驗用品來決定;實驗結果的處理是對實驗是否達到預期目所進行的檢驗,在解釋實驗現(xiàn)象、處理所測得的數(shù)據(jù)、分析實驗誤差等項工作中,必須對各要素進行綜合分析。
三、充分體現(xiàn)化學實驗的探究功能
1.化學的學科特征決定了化學實驗可以作為探究性學習的途徑
“以實驗為基礎”是化學學科的基本特征。即使在由經驗化學向理論化學發(fā)展的今天,化學實驗仍然是化學學科發(fā)展的最現(xiàn)實、最生動、最有效的物質載體。
學科的基本特征決定了學科的學習特點,在實驗中學習化學,無疑是最有效而又最重要的化學學習方法之一。在化學實驗中,學生通過實驗研究和認識物質,掌握化學基本原理和基本技能,初步學會化學研究的實驗方法?;瘜W科學以實驗為基礎的學科特征,更有利于學生進行化學探究性學習。
2.化學實驗本身就是科學探究的過程
化學實驗,是人們認識和研究物質的一種科學方法,是人們根據(jù)研究的對象和研究的目的,創(chuàng)造性地運用科學知識和實驗手段,有計劃地實施探究性實踐活動的過程。因此,化學實驗過程本身就是一個創(chuàng)造性地探究的過程。化學發(fā)展的歷史也充分證明,化學科學的任何一項重大的突破,無一例外地是經過化學實驗而取得的。正如波義耳所說,沒有實驗,任何新的東西都不能深知。中學生化學學習中的化學實驗,雖然絕大多數(shù)是對物質及其變化的再認識,但從本質上看,這一過程與科學家進行的科學研究中的化學實驗是一致的。當化學實驗被用作探究性學習的途徑時,化學實驗的創(chuàng)造性和探究性便充分顯示出來。學生在實驗過程中積極地動腦動手,體驗科學家科學探究的過程和方法,獲得科學探究的樂趣和成功的喜悅。所以,在學生的化學學習過程中,完全可以利用實驗這個手段進行探究性學習。
3.化學實驗為探究性學習驗證提供了科學方法
和科學家進行的科學探究一樣,探究性學習也具有問題特征、收集信息特征、假設特征、驗證特征和評價反饋特征。學生在探究性學習中,針對發(fā)現(xiàn)的問題,在回憶總結已有的知識和經驗、收集和整理信息的基礎上,做出大膽假設或猜想,并通過化學實驗對提出的假設或猜想進行證實或證偽。所以,化學實驗不僅是學生探究性學習時驗證假設或猜想的主要方法,也為學生將來從事科學研究提供了一種方法。
四、創(chuàng)造性是實驗設計的靈魂
愛因斯坦曾說過:“提出一個問題往往比解決一個問題更重要?!苯洺i_展探究性、設計性和創(chuàng)造性實驗研究,有助于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高。
篇2
1.初中化學實驗設計類型依據(jù)不同的標準,可以對實驗設計進行不同的劃分。根據(jù)初中化學實驗內容的不同,可以將初中化學實驗設計分成以下類型:制備實驗、性質實驗、化學原理的驗證、混合物成分的分析、濃度測定、定性與定量結合的實驗等。
2.化學實驗方案的內容實驗設計的成果就是實驗方案。雖然具體的實驗設計的目的、內容和形式不盡相同,但就一個相對完整的實驗方案來說,一般包括:實驗名稱(課題);實驗目的;實驗原理;實驗用品(試劑、儀器、裝置設備)及規(guī)格;實驗裝置圖、實驗步驟和操作方法;注意事項;實驗現(xiàn)象及結果處理;問題和討論等。
3.實驗方案選擇的基本標準同一個實驗課題,每個人的設計和操作過程可能不一樣,結果自然也不會完全相同。根據(jù)初中化學實驗設計原則和教學實際,實驗方案選擇的基本標準是:原理正確有科學依據(jù);裝置簡單,在實際中具有可操作性且操作方便;實驗步驟少,需要時間短;藥品用量少、無毒且廉價易得;實驗現(xiàn)象要明顯;反應條件要簡單(最好在常溫下進行);盡量不用也不產生污染環(huán)境的物質,即符合“綠色化學”的要求;制備實驗產率高;性質實驗誤差?。粚嶒灠踩珶o危險;設計要嚴謹?shù)取?/p>
二、中學化學實驗設計與創(chuàng)新的一般原則
無論哪一類中學化學實驗設計與創(chuàng)新,一般都應遵循以下原則:
1.科學性原則科學性是指實驗原理、實驗程序和操作方法必須與科學理論和實驗方法論相一致。科學性是化學實驗設計與創(chuàng)新的首要原則。例如:實驗室制取氫氣,就不能選用硝酸與金屬鋅反應,因為這個反應很難制得純凈的氫氣。
2.目標性原則目標性是指實驗設計或創(chuàng)新要根據(jù)一定的教學目標有所側重與突破。同一個實驗,教學目標(如教師演示與學生操作,為了突出環(huán)?;蛉の缎裕┎煌O計所用的原理、用品、方法、裝置、步驟等是有一定區(qū)別的。
3.安全性原則安全性是指化學實驗設計時盡量避免使用有毒、有害的化學試劑,以及反應產生有毒害的物質,或者具有一定危險性的實驗裝置與操作。“如果必須使用的,應該在所設計的實驗方案中詳細寫明注意事項,以防止造成環(huán)境污染和人身傷害?!保?]安全是中學化學實驗教學的第一要務,設計時必須要特別引起重視!
4.新穎性原則新穎性是指實驗設計時在思路、操作方法、器材用品、裝置等方面要有新的突破,使新設計的實驗對教學與研究更加適用或具有指導的意義。
5.可行性原則可行性是指設計實驗時所運用的實驗原理在實施時切實可行,所選用的化學試劑、實驗儀器、設備和方法在現(xiàn)有的條件下能夠得到滿足。例如:實驗室大量制取二氧化碳,不能為了創(chuàng)新而選用碳酸鈉代替碳酸鈣(或石灰石)與鹽酸反應,或者用硫酸替代鹽酸與碳酸鈣(或石灰石)反應。因為前者反應太劇烈,后者反應不完全,很快就停止了。
6.簡約性原則簡約性是指盡量采用簡單的實驗裝置、較少的實驗步驟和試劑,在較短的時間內完成實驗。復雜的裝置與步驟以及時間太長的實驗都會轉移中學生的注意力,容易導致他們產生畏難情緒和疲勞感,影響對實驗過程的觀察、分析與思考。
7.綠色化原則綠色化是指從化學反應的原料、反應的條件、反應的產物和實驗的操作等化學實驗的全過程上進行控制,盡可能地減少甚至消除有毒、有害的化學物質對環(huán)境的影響。綠色化學是21世紀化學科學的一個重要發(fā)展方向。
8.啟迪性原則啟迪性是指實驗設計與創(chuàng)新對學生的學習起開導作用,能夠啟發(fā)學生的思維,促進學生對化學原理及知識的探討和認識,優(yōu)化學習過程,從而提高教學效益。這是中學化學實驗設計與創(chuàng)新的出發(fā)點和歸宿。
三、實驗創(chuàng)新設計的視角
初中化學實驗創(chuàng)新設計是在義務教育化學課程標準的指導下,對現(xiàn)行教材中所涉及的實驗進行改進、優(yōu)化、增設或創(chuàng)新等,以提高化學實驗在初中化學教學中的效益。在初中化學教學中進行實驗創(chuàng)新設計是提高化學教學有效性的需要,也是義務教育化學課程標準的要求?;瘜W實驗創(chuàng)新設計要與時俱進,必須符合現(xiàn)代化學教育發(fā)展的理念,在滿足探究性的條件下,可以從以下視角進行:
1.實驗過程綠色化“綠色化學的理念是在化學反應過程以及化工生產中,不再使用有毒有害物質,不再產生廢物,不再處理廢物,它是一門從源頭上阻止污染的化學?!保?]化學實驗在設計上要體現(xiàn)綠色化,盡可能做到原料(反應物)的綠色化,化學反應的綠色化(采用原子經濟性反應),生成物的綠色化以及催化劑、溶劑的綠色化。例如:在涉及氧氣的制取實驗時采用雙氧水分解來制取,二氧化錳要回收等。
2.實驗裝置微型化“所謂微型化學實驗,就是以盡可能少的化學試劑來獲取所需化學信息的實驗方法與技術?!保?]雖然它的化學試劑用量一般只為常規(guī)實驗用量的幾十分之一乃至幾千分之一,卻可以達到準確、明顯、安全、方便和防止環(huán)境污染等目的。例如:在“探究微粒的運動實驗”中,可以用試管代替燒杯進行微型化實驗。在一個單孔橡皮塞上插入一根玻璃導管接近試管底,試管內壁貼一張滴加無色酚酞試液的濾紙,從導管口滴上兩滴濃氨水到試管底部,用透明膠封導管口,可以看到,試管里滴有無色酚酞試液的濾紙由下往上慢慢變紅了。
3.實驗設計環(huán)?;白罴训沫h(huán)境保護方法是在源頭上防止污染的產生,而不是污染產生后再去處理?!保?]實驗設計中我們應該采取一些有效措施使化學實驗對實驗場所和環(huán)境的污染降低到最低限度。這些措施主要是:實驗裝置密閉化,避免敞口操作,防止有關物質散佚到周圍環(huán)境中;采取收集辦法,回收有關物質;對有毒物質進行無毒害處理;加強實驗場所的通風或采取其他的防護措施等。例如:一氧化碳還原性實驗,對多余的一氧化碳可以回收,也可以燃燒進行無毒害處理等。
4.實驗操作安全化保證實驗安全,是化學實驗教學的原則要求。有一些實驗,由于物質化學性質的特殊性,給實驗增加了難度甚至危險性。在點燃氫氣的導管和氫氣發(fā)生器之間,用一個小塑料瓶裝上大約四分之三的水制成一個“安全裝置”連接起來,這樣,即使點燃不純凈的氫氣,爆炸也只是在“安全裝置”中發(fā)生,氫氣很少威力小,氫氣發(fā)生裝置不會發(fā)生爆炸,因此不會發(fā)生安全事故。
5.實驗趣味化化學實驗具有動機功能,增加化學實驗的趣味性,可以激發(fā)學生的化學學習興趣。例如:在研究燃燒與滅火的條件時,增加演示“燒不壞的手帕”[8]實驗,可以激發(fā)學生的興趣。在此基礎上讓學生繼續(xù)進行實驗,探討手帕燒壞的條件,則能夠使學生深化對有關知識的認識。
6.利用儀器功能轉化儀器本身沒有限定它只能用于什么而不能用于什么,只是主要適用于什么?!胺此純x器的別樣用途,可以幫助我們加深對實驗儀器和實驗原理的認識,進行化學實驗的創(chuàng)新?!保?]例如:漏斗可以充當集氣與尾氣吸收裝置,在鈉與水反應氣體產物的驗證實驗中,將漏斗置于水中,倒扣在鈉塊上,產生的少量氣體可順利地富集到試管中。
7.利用學科知識遷移我們往往習慣于使用教材的實驗儀器和裝置,很少重視儀器的笨拙和實驗時的效率,這種視經典為權威的思想往往就是教師缺乏創(chuàng)新的癥結所在。實際上,科學的實驗方法就是應該不斷地發(fā)現(xiàn)問題,傳統(tǒng)裝置的不當之處無疑給我們提供了實驗創(chuàng)新的課題。例如:學習“質量守恒定律”內容時,在使用托盤天平稱量氫氧化鈉與硫酸銅溶液反應前后的質量時,在18×200的中型試管里裝入大約1mL稀鹽酸與酚酞的混合溶液,球形滴管吸入NaOH溶液后,將球形滴管放在試管口,把上述帶有球形滴管的試管放入盛水的100mL量筒中,讓學生通過觀察比較反應前后試管浸在液面中的高度即可(試管作上標記)。改進后的實驗操作起來方便有趣,不用天平而是利用物理上的浮力知識,體現(xiàn)了學科之間的聯(lián)系,有利于學生知識的遷移。
8.實驗裝置簡單化教材所選用的實驗方案未必都是最好的,有時候會產生現(xiàn)象不明顯、實驗不容易成功、結果不準確等問題,影響了實驗教學的效果。例如:測定“空氣中氧氣的體積分數(shù)”實驗,由于教材提供的實驗裝置密封性和燃燒匙放入不易控制,加上導氣管內尚留有空氣導致誤差因素較多,有時氧氣顯示超過五分之一,讓教師無法自圓其說??勺鋈缦赂倪M:將小顆白磷放在1.5cm×2.5cm的薄銅片上,置于硬質大試管中部,塞緊橡皮塞,用酒精燈對準銅片加熱使白磷充分燃燒,待試管冷卻后浸入水中,在水面下拿掉橡皮塞,待液面上升穩(wěn)定后再塞上橡皮塞,拿出水面觀察。改進后的實驗所用儀器少,誤差因素少,結果比較準確。
9.儀器、藥品生活化采用學生熟悉的身邊物品或一些廢品作為化學實驗的藥品,就會使學生產生一種親切感,覺得化學并不神秘,就在自己身邊,有利于調動學生的學習積極性,激發(fā)他們進行實驗探究的興趣。例如:用蛋殼代替碳酸鈣制取二氧化碳;測試肥皂水、食鹽水、泥水、蔗糖水、洗發(fā)水、食醋、蘇打水的pH值等。許多生活用品甚至廢棄物品也可以用做化學實驗的儀器,這種“物盡其用”的實驗活動能夠充分拓展學生的思維空間,使他們更加關注身邊的化學現(xiàn)象,增強愛護環(huán)境、節(jié)約資源的意識,更好地學以致用。例如:用小氣球收集氣體,礦泉水瓶做容器,廢棄的醫(yī)用注射器做量筒、集氣瓶等。
篇3
關鍵詞: 初中化學教學 微型化學實驗 設計 研究
引言
化學是以實驗為基礎的學科。作為教學實踐活動,化學實驗也是探索性的活動之一?;瘜W實驗是對課本知識進行檢驗的教學活動,在實驗時,教師所扮演的角色相當重要。教師在實驗前準備、知識講解、實驗步驟介紹、實驗事項舉例等化學實驗環(huán)節(jié),要從整體的角度把握實驗,讓化學實驗收到非常好的效果。微型實驗在化學教學中的應用,不僅能節(jié)約藥品,而且能讓學生參與實驗設計。下面就微型化學實驗的設計和研究進行簡要闡述。
一、理論與實際相結合,從理論層面進行微型實驗設計
由于課本知識描述是純理論的,在對許多實驗現(xiàn)象進行描述時,往往和實際操作有出入。因此,當書本知識和實驗結果不同時,要按照實際情況記錄實驗結果,并加以分析,找出原因。
結合滬教版初中化學教材,筆者設計了幾個微型化學實驗,例如,用濃硫酸、高錳酸鉀、酒精燈和玻璃棒,進行魔棒點燈實驗。通過這些實驗,提高學生對化學的學習興趣,使學生自發(fā)地研究書本知識,找出實驗原理,關注生活細節(jié),關注隱藏在生活現(xiàn)象背后的化學原理,取得了很好的教學效果。
二、運用多媒體模擬實驗,再用微型實驗
隨著科學技術的發(fā)展,多媒體已經滲透到教學的各個方面。當然,多媒體也有其獨特性:一方面,多媒體課件可以讓學生產生新鮮感,這種新鮮感是由多媒體渠道的特殊性所決定的,能引起學生的學習興趣。另一方面,多媒體課件畫面絢麗、美工精細、音效動聽,但化學是非常嚴謹?shù)膶W科,上述因素極有可能沖淡主體內容。在多媒體教學中,表面看學生非常高興,參與度很高,積極性也非常強,但在此過程中,學生并未親手操作,所以學習效果不是很好。因此,在處理某些特殊內容時,筆者會通過微型實驗與多媒體展示相結合的形式進行教學。
比如,在講授滬教版初中化學石灰石這一課時,很難通過語言表現(xiàn)石灰石參與制玻璃、制生石灰、做建筑材料及溶洞形成的過程,此時便需要運用多媒體對其加以展示。在展示過程中,很多學生對多媒體視頻興奮不已,但興奮之后,他們對多媒體內容的記憶只簡單地停留在動態(tài)動畫上,并未得到多少化學知識。如果學生親自動手進行實驗操作,則能在操作過程中對書本上的知識進行驗證,留下深刻的印象。
鑒于此,筆者在完成化學原理的講解之后便讓學生設計微型實驗。某組同學設計的微型實驗如下:將碳酸氫銨、碳酸鉀、碳酸鈉分別裝入三個試管,接著向這三個試管里滴加少許稀鹽酸,同時將產生的氣體通入澄清石灰水。通過對比實驗,將三者產生的現(xiàn)象及反應方程式寫出來。在實驗的幫助下,學生便能掌握實驗內容。因此不論何時,多媒體技術都只是輔助教學的工具,教師一定要分清主次。
三、注重安全,讓學生勇敢嘗試
滬教版的初中化學實驗非常注重實驗安全。由于初中化學實驗非常多,并且這些實驗涉及很多危險藥品,在燃燒、沸騰、加熱的實驗過程中存在安全隱患。因此,在進行實驗時,要樹立良好的安全意識,掌握基本意外事故的處理方式,對常見化學安全標識能加以識別。但注意案例也要有一定的限度,假如將案例問題過度放大,過分強調危險性,則極易讓學生在操作時心存芥蒂,在實驗過程中畏首畏尾,如此一來,便有可能造成更多的問題。比如,將碘從海帶里提取出來的實驗,需要先將海帶燒為海帶灰,然后將海帶灰放在水里煮,最后使用稀硫酸。上述幾步操作雖然都存在危險性,但只要學生在操作中遵守相應的規(guī)則,就不存在問題。但如果在教學中過分強調安全事項,便可能導致某些學生不敢進行實驗。盡管稀硫酸危險性并不大,但某些學生仍舊不敢大膽使用。通過上述分析可知,對安全過分強調會造成負面影響。
結語
總而言之,初中化學微型實驗教學,主要是在教師的指導下由學生實際操作完成的。由于絕大多數(shù)學生對實驗操作不夠重視,致使化學整體學習效果受到影響。教師一定要在實驗過程中引導學生做好實驗,使學生化學知識水平得以提高。
參考文獻:
[1]王瑛.高中化學新課程化學實驗設計研究[D].浙江師范大學,2008.
篇4
1實驗改進和創(chuàng)新的原則
實驗改進和創(chuàng)新要遵循科學性、實用性、簡約性、安全性、環(huán)保性和創(chuàng)新性的原則。在對實驗設計進行改進的過程中,我們既要注意其合理性和可行性,還要注重現(xiàn)象的鮮明性。
1.1科學性原則
實驗原理準確無誤,實驗方案設計科學,實驗裝置設計合理,從實驗現(xiàn)象到本質的推理科學嚴密,實驗操作要符合要求,實驗設計所蘊含的功能可切實達到本實驗設計的目標,這是改進實驗成功的主要標準。
1.2直觀性原則
實驗裝置穩(wěn)實、簡潔、流暢,實驗有趣味性,這是改進實驗成功的標志。
1.3簡約性原則
實驗操作簡便、實驗現(xiàn)象容易感知,較少出現(xiàn)干擾現(xiàn)象;實驗所需儀器和藥品為實驗室常見或在生活中易得。裝置簡單、操作方便、實驗時間短,這是改進實驗具有生命力的保證。
1.4安全性原則
實驗方案環(huán)保,能預見實驗可能出現(xiàn)的環(huán)境污染和危險,并有相應的防范措施。
1.5創(chuàng)新性原則
實驗設計思路、實驗功能、實驗方法、實驗材料、實驗裝置等有所突出和創(chuàng)新。
2實驗改進與創(chuàng)新的角度
2.1實驗裝置的改進和創(chuàng)新
有些化學實驗連接儀器多,生成有毒氣體,操作起來不太方便,反應時間長不利于課堂教學等存在許多缺陷和局限性,通過改進它們使其更具有可操作性。例如,對CO還原CuO的環(huán)保型實驗設計(如圖1所示)。
截取長20cm、直徑6mm的玻璃管導管,把膠水調稀涂在管內,再把氧化銅粉末用另一根玻璃導管吹進涂有膠水的玻璃導管內,氧化銅粉末就緊附在玻璃導管內壁上,涼干或烘干后即可使用。課前用一醫(yī)用引流袋收集一袋干燥的CO氣體,密閉,備用。
操作步驟:①按裝置圖示組裝儀器,檢查氣密性;②打開彈簧夾A、B,關閉彈簧夾C,用左手輕壓裝有CO氣體的氣袋,排出氧化銅玻璃管及裝置內的少量空氣,移動酒精燈加熱裝有氧化銅的玻璃管,可觀察到裝有CO氣體的氣袋氣體體積減少,尾氣袋緩慢脹起,玻璃管內的氧化銅由黑色變成光亮的紅色,生成的氣體可使具支試管內的澄清石灰水變渾濁;③當玻璃管里被還原出的銅大約有l(wèi)Ocm長時就停止加熱,停止輸出CO;④待玻璃管冷卻后,關閉彈簧夾A、B,取下玻璃管和具支試管,向學生分別展示光亮的“銅棒”和渾濁的石灰水;⑤振蕩尾氣袋,使剩余的C02完全溶于NaOH溶液中,打開彈簧夾C,前后兩氣袋連接起來,手壓尾氣袋,把未反應的CO氣體排向裝有CO的氣袋中,以備再次循環(huán)使用。
此裝置改進后,CO氣體排出反應和回收使用操作簡單,安全性高;整套裝置密閉、循環(huán),未反應的CO氣體可回收使用,利于環(huán)保,經濟效益高;玻璃導管內附著的氧化銅層表面積大,CO氣體還原效果較好。實驗完畢,玻璃導管如銅棒,可見度大,便于觀察,有利于學生了解、認識CO的還原性;CO還原CuO的時間2~3min,所需時間短,適合在課堂上做演示實驗。
2.2實驗藥品的改進和創(chuàng)新
例如,對實驗室制取C02藥品選擇的探究,人教版初中化學新課標教材對實驗室制取C02的發(fā)生裝置、收集裝置進行了探究,但對為什么要選擇石灰石(或大理石)和稀鹽酸反應來制取C02氣體的理由沒有講清楚,使學生很難從眾多的能產生C02氣體的反應中理解實驗室制取COz的藥品。
改進裝置如圖2所示。在a、b、c、d廣口瓶中,事先相應放人少量碳酸鈣粉末、大理石、大理石、碳酸鈉粉末,在膠塞上插人分液漏斗和帶膠管的導管。在a、b的分液漏斗中加入稀鹽酸,在c、d的分液漏斗中加入稀硫酸,并在導管口系上氣球,實驗時,打開分液漏斗旋扭,讓酸液浸沒固體,觀察氣球的變化,從而知道選擇大理石和稀鹽酸作為實驗室制取C02氣體的藥品的理由。
2.3替換儀器和藥品的改進和創(chuàng)新
例如,進行COz氣體溶解性的實驗。用帶蓋的薄塑料瓶兩個,用打孔器在飲料瓶蓋上打孑L,然后固定好氣門(可用舊自行車丟棄的氣門),用膠管連接兩個氣門。準備一瓶涼蒸餾水,另一瓶收集滿C02氣體,均蓋好瓶蓋。將有水的瓶子放上面,用手擠壓瓶子,水進入另一瓶,然后振蕩充滿C02氣體的瓶子,再擠壓有水的瓶子,反復幾次,可見瓶子變癟了。
2.4實驗方式的改進與創(chuàng)新
2.4.1盡可能地補充一些隨堂演示實驗給學生提供更多的直觀認知
在“分子”的教學中,補充酒精的揮發(fā)、碘在酒精中擴散的實驗,加深學生對分子運動的感性認識。教材中的實驗,有的是對化學概念、原理的闡述,有的是對元素化合物知識的分析、驗證,有的則屬于實驗基本操作技能。對演示實驗,在課堂教學中力求做到演示操作規(guī)范、實驗現(xiàn)象明顯、分析表述準確簡練。對部分演示實驗裝置或實驗操作作適當?shù)难a充和改進,可以增強實驗效果。
2.4.2聯(lián)系生活生產實際
鼓勵學生自主做課外實驗
新教材配合教學內容設置了13個家庭小實驗,這些小實驗的引入使課堂教學延伸至課外,它對激發(fā)學習興趣、鞏固知識技能、培養(yǎng)能力、開發(fā)智力起到一定作用。例如,教材鐵釘生銹演示實驗中當作家庭小實驗,提前一周布置給學生在家里做,到上“鐵的性質”這節(jié)課時,將實驗室預先做好的鐵釘生銹實驗的三支試管展示給學生看,并請他們與自己所做的家庭小實驗結果對照,學生很自然就接受了“鐵在潮濕的空氣中能跟氧氣發(fā)生化學反應,生成鐵銹”這一事實,進而再請學生思考:“一半浸在水中的鐵釘,哪一部分銹斑最明顯,為什么?”啟迪學生對教材討論題“你認為鐵在什么條件下最容易生銹?”進行探究,從而對鐵生銹的原因和防止鐵生銹的方法有較深入的了解。
2.4.3開展形式多樣的趣味性實驗活動
增加演示一些趣味化學實驗、化學小魔術、小游戲,如“空瓶生煙”、“清水變色”等,開辟“廚房中的化學”實驗課題,讓學生利用家庭廚房里現(xiàn)有的物品進行實驗、觀察,如觀察沒擦干凈的鐵鍋、菜刀表面留下的銹斑;用久的熱水瓶膽和燒水壺內沉積的水垢;比較食鹽和白糖溶解性的大小;將雞蛋放人盛食醋的茶杯中觀察蛋殼表面產生的氣泡以及限用廚房內的用品來鑒別精鹽和堿面等。通過這些活動使學生感到化學就在自己身邊,化學與生產、生活、社會密切相關,在一定程度上增強了他們關心自然、關心社會的情感。
2.4.4變演示實驗為學生實驗
盡可能將一些教師演示實驗改為學生演示實驗或學生分組實驗,增加學生動手操作的機會。
2.5對實驗手段的改進與創(chuàng)新
傳統(tǒng)的實驗教學中會常遇到一些原理復雜、現(xiàn)象不明顯、時間過長的實驗,多媒體正好可以彌補這一缺陷,在實驗操作中充分運用電腦、錄像、投影等手段,用電腦模擬反應過程或用電腦制作動畫,采取“放大”、“慢放”、“重放”、“定格”等方法,幫助學生觀察對一些反應進行很快或很難觀察的實驗,突出現(xiàn)象、增強動感、擴大實驗效果。
例如,①物質條件受限制的化學實驗;②爆炸、毒性較大且不易控制的一些危險實驗;③易出錯誤的實驗,多媒體模擬一些錯誤的實驗,可使學生親眼感受錯誤操作的危險性,從而避免錯誤的發(fā)生;④微觀物質結構及其運動的實驗,有時通過語言描述比較困難,結構模型的使用又不方便,而借助多媒體三維圖形功能則可以有利于學生對微觀世界的理解,有利于學生空間想象能力的培養(yǎng)。
篇5
關鍵詞:化學實驗;生活化;設計;農村初中
文章編號:1008-0546(2013)01-0030-03
中圖分類號:G633.8
文獻標識碼:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2013.01.011
注重與現(xiàn)實生活的密切聯(lián)系是新課程的基本理念之一,2011年版義務教育《化學課程標準》中明確指出“教師要注意從學生已有的經驗出發(fā),讓他們在熟悉的生活情景和社會實踐中感受化學的重要性,了解化學與日常生活的密切關系,逐步學會分析和解決與化學有關的一些簡單的實際問題”。美國教育家布朗認為:“學習的環(huán)境應該放在真實問題的背景中,使它對學生有意義”。學生在生活中學化學會更加生動、真切,加深對知識的理解?;瘜W是一門實驗性很強的學科,以實驗為基礎是化學教育最基本的特征?;瘜W實驗是化學教學中發(fā)展科學素養(yǎng)不可或缺的重要途徑,具有其他教學手段無法代替的特殊作用,化學實驗脫離了生活,將會很枯燥、太骨感;如果讓“生活”與“實驗”完善結合,更會達到一種意想不到的效果。在教學實踐過程中通過實驗讓學生體驗化學與現(xiàn)實生活的密切聯(lián)系,認識到化學學科的內容源于學生現(xiàn)實生活,教學過程中手段、方法貼近學生現(xiàn)實生活,讓學生感受化學實驗的魅力,使實驗成為學生學習化學知識的重要生長點,成為學生自主實驗活動的一個支點,這樣才能真正發(fā)揮實驗教學生活化的教學功能。
對農村初中而言,一方面,實驗條件有限,客觀上需要我們對化學實驗進行“生活化”設計,從而盡可能節(jié)省教學資源,減少實驗成本;另一方面,農村學生身邊的物品豐富多彩,周圍的環(huán)境復雜、廣闊,生活經驗、體驗深厚,主觀上需要我們從學生的實際出發(fā),設計生活化實驗,促進學生將學到的知識運用于生活中解決實際問題,從而將所學的知識轉化為能力。因此,“生活化”是農村初中化學實驗設計的有效策略。
一、化學實驗“生活化”設計的生成策略
1. 選取學生身邊的物質作為實驗藥品,即:實驗藥品“生活化”
以學生身邊常見的物質作為實驗藥品,可以使學生有一種親切感,感到化學并不神秘,就在我們身邊,這有利于調動學生的學習積極性和激發(fā)他們對實驗的興趣。例如:用易拉罐代替鋁;用火柴盒代替紅磷;用鉛筆芯代替石墨;用食鹽代替氯化鈉;用面堿來代替碳酸鈉;食用小蘇打代替碳酸氫鈉;用雞蛋殼來代替碳酸鈣;用果導片代替酚酞;用中藥紫草的酒精浸液來代替石蕊試液等等。另外,生活中的鐵釘、銅絲、木炭、白醋、白酒、農用硫酸銅、建筑用的碎石(主要成分碳酸鈣)、生石灰、熟石灰、、廢干電池拆下來的銅帽、鋅片、碳棒等都可直接作為化學實驗的常用藥品。在學習測定溶液PH值的相關知識時,選擇生活中的一些物質,如廚房清潔劑、肥皂水、食鹽水、廁所清潔劑、食醋等來代替酸、堿、鹽溶液進行實驗,學生對這些實驗非常感興趣,并在操作中很快能掌握測定溶液PH值的正確方法。在驗證鋅、鐵、銅三種金屬活動性順序時,可讓學生自行設計利用家里的現(xiàn)成材料(鐵絲、白醋、廢干電池等)作為實驗用品來完成實驗。
2. 選取學生生活中常見的材料替代或制作實驗儀器,即:實驗儀器“生活化”
如利用音樂賀卡可制作成測試物質導電的實驗裝置,用一次性注射器來代替分液漏斗制取二氧化碳、氧氣等。教師可充分利用廢舊物品和學生一起動手設計制作簡單的儀器來做實驗。如用咳嗽藥水瓶、藥丸膠瓶、各種飲料瓶、一次性吸管、廢衣夾、盛洗滌劑的噴壺等生活中易找到的常見廢舊物來制作試劑瓶、試管、試管夾、量筒、燒杯、水槽等化學儀器。如把小礦泉水瓶對半剪開,上半部分可作漏斗,下半部分還可作燒杯。如緒言《化學使世界變得更加絢麗多彩》的教學中,有的老師習慣做一個“清水”變“飲料”的補充實驗,以引起學生好奇,激發(fā)學生學習化學的興趣,但通過課堂觀察,筆者覺得學生的興奮度沒有達到預期的極點,可能是緣于學生接觸的化學實驗與日常生活的結合還不那么完美吧。介于此,筆者對實驗進行了重新設計,用生活中的茶壺和小水杯來分別替代盛放“清水”的大燒杯和盛放“飲料”的小燒杯,使實驗更貼近學生的生活實際,增強了親近感和熟知感,在輕松愉悅的氛圍中體驗化學學科的無窮魅力,從而激發(fā)學生學習的動機,達到了緒言課教學的基本目標。
師:(將一只普通的茶壺高高舉起)我有一個寶壺,它很神秘。我想喝什么飲料,它就能倒出什么飲料。(自言自語)天熱,先來杯汽水吧。
師:(實驗)取一小水杯,從茶壺中倒入少量無色液體,杯中出現(xiàn)大量氣泡。
師:咱們再來杯牛奶怎么樣?
生:好。
師:(實驗)取一小水杯,從茶壺中倒入少量無色液體,杯中出現(xiàn)乳白色。
師:還想喝什么?再來杯草莓汁?
師:(實驗)取一小水杯,從茶壺中倒入少量無色液體,杯中出現(xiàn)了紅色液體。
生:(議論紛紛,猜測不斷,驚訝不已)太有意思了、茶壺里有隔層、真的、假的、奇怪……
師:想知道寶壺的奧秘嗎?學好了化學,你將會知道生活中許許多多……
(茶壺中盛的碳酸鈉溶液,三個小水杯中事先分別盛有少量的稀鹽酸、氯化鋇溶液和無色酚酞試液)
3. 選取生活和社會中的化學現(xiàn)象作為實驗內容,即:實驗內容“生活化”
日常生活和社會生活中的很多化學現(xiàn)象都可以作為化學實驗內容選取的素材,這些素材學生熟悉,內容豐富。以這些素材為實驗內容,對于學生注意身邊的化學現(xiàn)象,解釋身邊的化學現(xiàn)象,利用身邊的化學現(xiàn)象,更好地學以致用,具有重要作用。
化學是一門應用性和實踐性很強的學科,它與生活實際的聯(lián)系非常密切。但是教師常常受制于課堂組織的要求甚至考試等各種壓力,把一些非常貼近生活的實驗忽略了。如生活中鐵釘銹蝕實驗、洗滌劑的乳化作用、身邊物質的PH及測定方法、硬水和軟水的區(qū)分、溶液酸堿性對頭發(fā)的影響、酸雨的危害,等等,把這些實驗帶入化學教學中往往能受到很好的教學效果。例如,《常見的堿》的教學中,教師常用“將新鮮的雞爪和在氫氧化鈉溶液中浸泡過的雞爪對比展示”實驗來說明氫氧化鈉有很強的腐蝕性。由于雞爪在濃氫氧化鈉溶液中浸泡較長一段時間(20%的NaOH溶液中約需20多分鐘)才有明顯的顏色變化,所以,教師往往在課前就將雞爪浸泡處理好,課上直接出示出來。這樣做,實驗現(xiàn)象直觀、明顯,有利于課堂教學的順利推進,但缺憾也很明顯,沒有讓學生參與觀察、體驗和動手實踐,對氫氧化鈉具有腐蝕性的認識仍處于淺表層次。因此,筆者在教學中補充“NaOH溶液處理樹葉制作葉脈書簽”作為學生課外活動的興趣實驗。讓學生自己去采集外形完整、大小合適、具有網狀葉脈的樹葉到實驗室里去完成實驗。學生參與的積極性相當高,他們除了利用課余時間采集樹葉,還利用課間大活動的時間進行實驗,這在以往的實驗課上是看不到的。通過洗凈、煮沸、刷洗、壓干、染色等制作過程,當看到一片片彩色書簽從手中“誕生”時,學生不僅是滿心的歡喜,還有收獲的驕傲,成功的滿足,那種高興勁無以言表。躺在學生書本里的美麗書簽,不僅讓他們對氫氧化鈉的腐蝕性有了一個更深入的理解,而且能時常讓他們感受到化學知識、化學實驗的魅力。
4. 選取與化學有關的生活、社會問題作為實驗背景,即:實驗背景“生活化”
化學在給人類帶來巨大福祉的同時,也出現(xiàn)了很多與化學有關的生活、社會問題。這些問題關乎每一位社會成員,當然也應當是作為未來社會公民的學生所關注的。因此,選取這些問題作為背景設計實驗,對于學生形成從化學的視角來解釋和解決現(xiàn)實中的與化學有關的生活和社會問題,具有十分重要的意義。例如:“污水凈化實驗”,“模擬溫室效應的實驗設計”,“對某土壤酸堿性測定,提出土壤改良的建議的實驗”,“用廚房物質自制汽水”,“火眼金睛分辨真假戒指”等等。
現(xiàn)實生活中,時常聽到一些人受騙上當?shù)氖?,如何識別真?zhèn)??如何讓我們的學生從化學的視角看待這些不良行為呢?社會現(xiàn)象、生活問題為背景的生活化實驗設計給我們提供了這種情景再現(xiàn)的可能?,F(xiàn)以“不法商販利用工業(yè)用鹽(NaNO2)冒充食鹽摻假或直接出售”為設計背景,舉例如下:
[實驗用品]工業(yè)用鹽和食鹽各一袋,酚酞試液、pH試紙、小燒杯2個、玻璃棒2根、薄銅片2片、酒精燈、火柴。
[實驗過程]分別取少量工業(yè)用鹽、食鹽于薄銅片上加熱,先熔化,且有刺激性氣味產生的是工業(yè)用鹽;或放入小燒杯中,用水溶解,分別滴加少量酚酞試液,變紅的是工業(yè)用鹽;或分別蘸取少量的它們的水溶液于pH試紙上,變藍的是工業(yè)用鹽。
[設計意圖]亞硝酸鈉是一種工業(yè)用鹽,它有毒、有咸味、易溶于水,水溶液呈堿性,熔點低(271℃),易分解,外形與食鹽十分相似。人若誤食會引起中毒,危害人體健康,甚至致人死亡。極少數(shù)不法商販,為了牟取暴利,鋌而走險,將工業(yè)用鹽改頭換面后冒充食用精制碘鹽銷售。該實驗不僅對工業(yè)用鹽和食鹽的性質的異同有了較深刻的認識,而且增強了對工業(yè)用鹽的識別能力和防范能力。
以上四種策略,一一說明,僅是為了表述方便。其實,生活化實驗常常不是單獨運用其中一種策略,更多的設計是這些策略綜合運用。例如,在《燃燒和滅火》探究燃燒的條件的教學環(huán)節(jié),我設計了三個學生分組對比實驗,作為課本演示實驗的改進或補充。這三個實驗分別是(1)水與植物油的燃燒對比實驗。通過此實驗讓學生得出燃燒的第一個條件,燃燒需要可燃物;(2)蠟燭的正常燃燒與被沙土或抹布覆蓋后的燃燒對比實驗。通過此實驗讓學生得出燃燒的第二個條件,可燃物要與氧氣或空氣接觸;(3)紙棒與裹在銅棒上的紙棒燃燒對比實驗。通過此實驗讓學生得出燃燒的第三個條件,溫度要達到可燃物的著火點。這些實驗設計源于生活,內容面向全體學生,面向生活,所選材料基本上都是生活中常見的物品,都取自于我們身邊看似不起眼、不經意的東西,學生完全可以在實驗前準備或簡單制作。
二、實施化學實驗“生活化”設計的體會
近年來,化學實驗“生活化”設計的教學實踐使我們深深感悟到:作為化學教學內容重要組成部分的化學實驗,尤其要聯(lián)系學生的生活實際和社會實際;生活是最好的老師,生活也應該成為化學實驗教學的重要舞臺和切入點。在實驗教學中,要充分挖掘生活中與化學有關的素材、知識點、學習中的興奮點,設計我們的實驗,從而不斷提升學生學習化學的興趣,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力,讓化學實驗根植于生活土壤。
1. 化學實驗的“生活化”設計,培養(yǎng)學生學習興趣和動手思維、創(chuàng)新能力
在教學中創(chuàng)造性地設計與生活實際密切的化學實驗,能夠使學生實實在在地體會到生活中處處有化學、自然界中處處有化學,能讓學生在實驗過程中去感知、體驗、實踐和思考,逐步形成發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的思路和方法。在“生活化”設計的實驗教學過程中,學生的學習興趣有效激發(fā),學生從心底熱愛化學,欣賞化學,從而喜歡化學學科;學生的能力在活動中形成,并得到進一步發(fā)展,學生的動手能力、思維能力和創(chuàng)新能力得到鍛煉和培養(yǎng),逐步形成關注生活、關注社會,勇于探索的科學學習態(tài)度。
2. 化學實驗的“生活化”設計,能夠讓學生善于用化學視角看待生產生活和社會問題
化學知識源自于生產生活,但又不完全等同于生產生活。化學實驗的“生活化”設計,一方面讓學生圍繞問題的解決,逐步把生產生活知識和社會問題化學化,讓學生在生活的實際情境中體驗化學問題,另一方面,又能讓學生把所學到的化學知識自覺地運用到各種具體的生產生活和社會問題中去,實現(xiàn)化學知識生活化。實際教學中,不僅要從學生的生活中提出化學問題,還要讓學生運用化學知識和化學的思維方式去看待分析與解決,引導學生會用化學眼光去觀察和認識周圍的事物,逐步形成看待生產生活和社會問題的獨特的化學視角。
3. 化學實驗的“生活化”設計,促進化學教師專業(yè)化能力的發(fā)展
化學實驗是化學教學中一種能提供生活化視野的載體,生活的多層面提供了多樣性的生活化實驗的素材,它需要我們去挖掘和開發(fā)。在完成化學實驗的“生活化”設計過程中,教師必須根據(jù)教材內容、設定的教學目標、結合教學實際和生活實際,不斷挖掘實驗素材,探索生活中的化學,使實驗更貼近生活和貼近社會,更加具有生活化、趣味化的特點。這就需要教師不斷學習,開拓視野,擴大知識面,大膽實踐,增強創(chuàng)新意識,與時俱進,促使自身的專業(yè)知識、實驗技能和能力水平都有較大程度的提升。
4. 化學實驗的“生活化”設計,能夠降低實驗成本,使學生養(yǎng)成儉樸的品質
化學藥品和化學儀器的“生活化”設計,往往都是利用的日常生活中很易找到的代用品,它們或廉價或是廢棄物,大大降低實驗成本,節(jié)約費用。對于我們農村初中,更有其現(xiàn)實意義,一方面,農村初中由于種種原因和具體困難,缺儀少藥現(xiàn)象時有發(fā)生,這從一定程度上緩解了實驗需要和實際情況的矛盾;另一方面,可以聯(lián)系農村生活生產實際,結合化學實驗,以獨特的方式向學生傳授知識,培養(yǎng)學生勤儉節(jié)約、勤勞儉樸的優(yōu)良品質。
參考文獻
篇6
關鍵詞:微型化學實驗;重量法;比色法
文章編號:1008-0546(2012)03-0090-01 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2012.03.040
有些中學生認為化學難學,化學似乎離自己很遠 ,費了好大勁卻沒有取得好成績。這正反映了化學實驗教學的不足,說明我們沒有通過實驗為學生開啟化學之門,讓學生從實驗中得到啟發(fā)與樂趣。
重視實驗教學首先應從實驗內容上下功夫。實踐證明微型化學實驗可以提高中學生的化學能力[1],是豐富化學實驗教學的良好途逕。為學生設計出更多更好的微型化學實驗是化學老師的責任,也是微型化學實驗教學成敗的關鍵。作為交流探討,本文介紹兩個基于硫酸銅晶體[2]設計的關于化學計量的微型實驗。實驗簡單貼近生活,但道理深刻,兩種重要的化學計量方法在此得到了通俗化的闡述。
一、重量法測硫酸銅晶體中結晶水的含量[3]
1.實驗方法
取一根25mL移液管,截取底部細長部分,并稱其重量記作M1;然后在截取的細管中裝入硫酸銅晶體并稱其重,記為M2,則晶體的質量為M=M2-M1。把玻璃管放到石棉網上,用小火加熱,并不斷轉動以防玻璃管破裂,使水分得到很好地蒸發(fā)。待藍色消失后,稍冷卻幾分鐘稱其重為M3,則水的質量為M′=M2-M3。水分子的含量很容易算出。
2.討論
看似簡單的一個實驗,要用到不少化學基本操作:如玻璃管的加工,小火加熱操作等。既讓水分子完全蒸發(fā)又不使水冷凝回流炸裂玻璃管,不容易。同學們對這個實驗很有興趣,操作也很認真。實驗結果是一分子硫酸銅結合約5.2分子水,與課本上的數(shù)據(jù)很接近。更重要的是他們覺得得出個結論并不難,只要用腦子、多實驗、勤摸索就能發(fā)現(xiàn)一些東西。通過實驗同學們看到隨著水分子的失去,晶體的顏色也由藍色變成了乳白色粉末,看到了硫酸銅的真實顏色。由此看出晶體的藍色是一個硫酸銅分子結合5個水分子的結果。乳白的硫酸銅粉末,和水結合就變成了漂亮的藍色,的確是個奇妙的化學現(xiàn)象,同學們肯定有興趣將來做探討。
那么硫酸銅“溶液”顏色的深度是由硫酸銅的量決定的還是由水的量決定的?還是二者共同作用的結果?我們看下個實驗。
二、比色法測硫酸銅未知液的濃度
1.實驗方法
稱取15.0g硫酸銅晶體溶解在10mL水中,微熱加速其溶解。取兩個比色管,分別裝入管深三分之一高度的硫酸銅溶液,然后把其中一個比色管加滿水。從側面觀察,很明顯兩個管的顏色深度是不一樣的,現(xiàn)在問,從上往下看兩個比色管顏色的深度會有什么變化?
很多同學說加水后顏色變淡了,像果汁中加入水顏色變淺一樣。是這樣么?讓我們看一下吧!在兩個比色管下面襯白色的紙,在明亮的燈光下觀察,結果發(fā)現(xiàn)兩個比色管中的顏色深度是一樣的。為什么?因為硫酸銅的總量沒有變,管的底面積又是一樣的,從上面看到的單位面積上方硫酸銅的量是相同的。由此我們可進行以下推理:兩者所含硫酸銅分子數(shù)一樣,即N1=N2,或c1V1=c2V2(N、c、V分別為物質的量、濃度和體積)。又因其底面積相等,可轉化為c1H1=c2H2(H為管內溶液的高度)。這樣就把溶液的濃度和溶液的高度聯(lián)系起來,只要有一種已知濃度的參比液,便可以測得未知液的濃度。c1、H1代表參比液的濃度和高度,c2、V2代表未知液的濃度和高度。c2=H1c1/H2,這樣未知液的硫酸銅濃度就可以求得。
以濃度為0.10M的硫酸銅溶液作參比液,取10mL加入一比色管中,同樣取10mL未知液于另一比色管中,小心向顏色深的一個比色管中加水,對比兩個比色管,使兩管中硫酸銅溶液顏色深度從上往下看相同。只要量出兩個管中溶液的高度便可解決問題。
2.討論
我們常用的比色測定法是配制一系列標準溶液(當然要在待測液的濃度范圍內)作參比,根據(jù)顏色的深度,找出與待測液最接近者。本文所用的方法不同,但道理一樣。加水調節(jié)使二者顏色的深度相同,在相同顏色深度下比較溶液高度,簡單易操作,問題通俗化。往比色管中加水,從上而下觀察,顏色深度沒有改變,從中可以看到溶液的顏色深度是由硫酸銅的量決定的,與水的量無關。讓學生從兩個不同的側面觀察比色管:從側面與我們生活中的感性認識相同;而從上面觀察就是個新的視角,可以總結出一個好的分析方法。
參考文獻
[1] 楊志華.探究微型化學實驗 提高學生科學素養(yǎng)[J].化學教與學,2011,(4):65-66
篇7
關鍵詞: 綜合化學實驗 石墨烯 MnO 合成 電化學性能
目前,很多高校都開設了綜合化學實驗這門課程。綜合化學實驗是化學專業(yè)本科生實驗教學中較重要的一個環(huán)節(jié),是對學生所學化學知識的全面考察,培養(yǎng)學生全面綜合的實驗技能。一方面,通過綜合化學實驗教學,使學生學習各種常見儀器的操作方法,在加深理論認識的同時提升學生的實踐能力,有利于學生將理論與實際相聯(lián)系,提高學生分析問題與解決問題的能力。另一方面,綜合化學實驗教學內容往往反映最新的科研成果,將科研成果引入綜合化學實驗教學中,激發(fā)學生的科研興趣,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力,為學生的后續(xù)繼續(xù)深造奠定良好的基礎。
石墨烯是2004年由英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈?蓋姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫利用膠帶從石墨表面剝離獲得[1]。石墨烯是單層碳原子構成的蜂窩網狀二維結構,其厚度僅為0.335nm,為世界上最薄最硬的材料。由于其獨特的片層結構,該材料具有許多新奇的物理和化學特性,例如極高的電子傳輸能力、優(yōu)異的比表面積、高的化學穩(wěn)定性和機械強度。石墨烯一經發(fā)現(xiàn)便成為材料領域一顆冉冉升起的新星。研究發(fā)現(xiàn),將石墨烯與其他功能納米材料復合可以有效提高納米材料的性能,甚至產生一些新的意想不到的特性,同時石墨烯單層結構也得以保留,目前石墨烯在高性能納米電子器件、復合材及能量存儲等領域獲得廣泛的應用。
MnO 含量豐富、環(huán)境友好,同時具有良好的電化學性能,被廣泛應用于超級電容器等新能源領域。然而,MnO 導電性能差,不利于電子的傳輸。本綜合實驗將性能優(yōu)異的石墨烯材料與MnO 復合,以提高MnO 的電化學性能。主要以價格低廉的石墨為原料,采用簡單的回流法制備得到還原氧化石墨烯(RGO)負載的MnO 納米復合材料。通過X-射線衍射(XRD)、拉曼光譜(Raman)、透射電子顯微鏡(TEM)等測試方法研究復合材料的結構,并利用電化學工作站研究復合材料作為超級電容器電極材料的電化學性能,為新能源材料的開發(fā)應用提供理論與實驗依據(jù)。
1.實驗部分
1.1實驗試劑與儀器
天熱鱗片石墨(青島古宇石墨有限公司);乙酰丙酮錳(上海晶純生化科技股份有限公司);濃硫酸,高錳酸鉀,硝酸鈉,雙氧水,三乙二醇及無水乙醇(國藥集團化學試劑有限公司);超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司);D8Advance X-射線粉末衍射儀(德國布魯克公司);DXR Raman光譜儀(美國ThermoFisher公司);JEM-2100(HR)透射電子顯微鏡(日本電子株式會社);CHI 760D電化學工作站(上海辰華儀器有限公司)。
1.2復合材料的合成
首先采用Hummers合成氧化石墨[2]。在干燥的500mL三口燒瓶中加入80mL濃硫酸,用冰浴冷卻至0℃,不斷攪拌中慢慢加入2g天然鱗片石墨、4g NaNO和10g KMnO ,試劑添加過程中控制溶液反應溫度在10~15°C,持續(xù)攪拌反應四小時。然后將三口燒瓶置于35°C左右的恒溫水浴中,繼續(xù)攪拌反應四個小時。向三口燒瓶中緩慢加入200mL去離子水,并繼續(xù)攪拌半小時,加入少許雙氧水至溶液為亮黃色且不再產生氣泡即完成反應,將產物透析、干燥即得到氧化石墨,備用。
將50mg氧化石墨(可用剪刀剪成小的碎片)加入100mL三乙二醇中,利用超聲波清洗器超聲分散,形成黃色膠體溶液后,加入0.6g乙酰丙酮錳,并攪拌均勻。將混合溶液轉移至250mL的三頸燒瓶,加熱至250°C,并在此溫度回流反應一小時,自然降至室溫后將產物離心分離,并分別用去離子水和無水乙醇洗滌數(shù)次,將產物真空干燥后即得到RGO/MnO 納米復合材料。
1.3復合材料的表征
采用XRD、Raman技術測試復合材料的晶體結構,采用TEM測試樣品的微觀結構,采用CHI 760D電化學工作站測試復合材料的電化學性能。其中電極的制備過程如下:將80wt%的RGOMnO 、10wt%的乙炔黑、10wt%的PVDF分散于NMP溶劑中,持續(xù)劇烈攪拌至均勻,此時溶液變?yōu)槟酀{狀。將混合物涂抹在一定質量的泡沫鎳上,烘干,并壓片,并再次稱重。采用三電極體系,利用循環(huán)伏安技術測試樣品的電化學性能,其中泡沫鎳負載的RGO/MnO 納米復合材料為工作電極,鉑片為對電極,飽和甘汞電極為參比電極,電解質為1M的NaSO水溶液。電容的計算公式如下:C=(∫IdV)/(νmV),其中I為電流,V為電壓,ν為掃描速率,m是電極中活性物質(RGO/MnO )的質量。
2.結果與討論
通過XRD、Raman表征證明合成的材料為RGO/MnO 納米復合材料,通過TEM表征說明MnO 納米粒子均勻附著于RGO的表面,同時可直觀地觀察到復合材料的微觀結構,并測定其大小。通過電化學工作站中循環(huán)伏安技術可以測定復合材料的循環(huán)伏安曲線,并利用origin軟件制圖,計算得到復合材料的電容值,以進一步說明復合材料優(yōu)異的電化學性能。
通過本實驗,學生可以掌握無機固體材料常規(guī)的合成方法,進一步鞏固化學實驗中的基本操作,如稱量、配制溶液、溶液移取等。同時,學生對XRD、Raman和TEM儀器的原理和操作有進一步的認識。除此以外,通過電化學性能的測試,使學生對電化學的基本原理有全新的認識,而不僅僅停留在書本上。學生除了需要掌握復合材料在合成與表征過程中的基本操作外,還應具有準確分析處理數(shù)據(jù)的能力,例如利用origin軟件繪圖并計算復合材料的電容值,本實驗是對學生綜合素質的全面考查。本實驗可以提高學生分析問題、解決問題的能力,使學生對科研產生濃厚的興趣,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力,為學生下一階段的畢業(yè)設計、攻讀研究生學位及后期工作打下良好的基礎。
參考文獻:
篇8
【關鍵詞】化學實驗 實驗設計
Simple analysis of the design of chemistry experiment
Ma Qiqing
【Abstract】Chemistry is a discipline which takes experiment as the foundation. The enhancement chemistry experiment teaching has the extremely vital role for the development of student's ability, observes ability, creation ability and practice ability in particular. A good experimental design can enable the students through to have the goal consciously experiment operation, observe the experiment carefully, record the experimental result realistically, think frequently, be glad to explore, and question repeatedly. That would makes the students learn how to think and how to study.
【Keywords】Chemistry experiment Experimental design
如何利用化學學科的特點來引導學生掌握科學的思維方法和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力、創(chuàng)造能力,努力造就一代創(chuàng)新型人才是化學教育和化學教學中的一個很值得研究的現(xiàn)實問題。下面是我在實驗教學實踐中總結出來的一些實驗教學經驗,通過實驗來培養(yǎng)學生的探究意識和實踐能力的過程。
1.化學實驗設計對學生的基礎知識和實驗技能的要求。
1.1 深刻理解化學基本理論的實驗基礎?;瘜W學科中,任何理論(或假設)的提出、發(fā)展和完善,都以一定的實驗事實作根據(jù),如:原子結構理論中核外電子分層排布的實驗根據(jù)是電離能的測定;原電池原理的實驗根據(jù)是銅―鋅原電池實驗;某些有機物之間反應機理的確定是在實驗中利用了示蹤原子等。許多類似的實例道出了以下規(guī)律:實驗事實理論的建立(或假設的提出)再實驗理論的發(fā)展和完善。這是人類在自然科學中發(fā)現(xiàn)真理、認識真理的過程。要讓學生明白:化學家就是這樣去認識化學世界的。
1.2 熟練掌握常見元素及其化合物的物理性質、化學性質的實驗事實以及單質、化合物的制備原理和方法?;瘜W實驗是證實某物質是否具有某種性質的唯一手段。技校階段的大部分化學實驗都是定性實驗,這些實驗雖然簡單,但確實可以培養(yǎng)學生透過實驗現(xiàn)象(或實驗數(shù)據(jù))看清反應實質,進而推斷物質的微觀組成、結構與實驗結果的相互關系。物質的制備原理是以物質的性質為基礎的,某一物質的制備方法不止一種,但教材上采用的方法則是實驗室中最常見的最好方法,熟悉了這些實驗,在設計實驗時就能夠靈活選擇實驗原理。
1.3 能查閱、運用有關圖表、數(shù)據(jù)和其它資料。
1.4 掌握技校化學常規(guī)實驗手段,熟悉常見儀器的規(guī)格、用途及使用注意事項。常規(guī)實驗手段是化學實驗的基礎,綜合實驗是常規(guī)實驗的綜合運用,即使那些高、精、尖的實驗也離不開常規(guī)實驗,因而教材中所有實驗(包括教師的演示實驗)都要盡可能地讓學生在課內或課外一絲不茍地完成。通過動手,一方面達到對常規(guī)實驗操作(加熱、蒸發(fā)、過濾、分液、稱量、滴定、儀器的組裝等)的熟練掌握,同時熟悉常見儀器的應用范圍和使用注意事項。
2.化學實驗總體觀。任何一個化學實驗都包含以下內容:
①實驗目的;②實驗原理;③實驗設計;④實驗藥品、儀器、裝置;⑤實驗操作及操作規(guī)程;⑥實驗結果的處理,這六個方面的內容可稱為化學實驗的六要素。實驗目的是核心;實驗原理是達到實驗目的的理論根據(jù);實驗程序是能否完成實驗的關鍵,它的設計以實驗原理為基礎;藥品、儀器、裝置是物質保證,這些物質條件的選擇是由實驗原理和實驗程序決定的,同時對實驗程序也起著制約作用;實驗操作及注意事項是實驗得以順利、安全進行的保證,它的制定要由實驗程序和實驗用品來決定;實驗結果的處理是對實驗是否達到預期目的所進行的檢驗,在解釋實驗現(xiàn)象、處理所測得的數(shù)據(jù)、分析實驗誤差等項工作中必須對各要素進行綜合分析。
3.設立教學中的疑點,培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維能力。學生的一切學習活動都離不開思維?;瘜W實驗的設計過程實質上是一個探索、創(chuàng)造的過程,對學生思維能力的要求層次較高,而技校生的思維活動還處于從經驗型向抽象型過渡的階段,這就要求教師設法加速這一轉化,使學生的思維活動盡快趨于成熟,盡早地具備辯證思維的能力,同時培養(yǎng)出較好的思維品質。
創(chuàng)造性思維是人類最高層次的思維方法,一個人的創(chuàng)造能力的大小,既與他獲得的遺傳基因有關,也與家庭環(huán)境、社會環(huán)境等因素有關。從某種意義上說,更大的決定因素是他在學校所接受的教育及訓練。在課堂教學中充分挖掘教材中的創(chuàng)造因素,根據(jù)學生的實際情況,恰當?shù)靥岢鰡栴},讓學生思考,有意識地訓練學生的創(chuàng)造性思維,對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才無疑是大有裨益的。例如在教學二氧化碳的知識時,結合目前推廣的大棚種植法,提問:①植物在進行光合作用時需要哪些物質?②大棚是密封的,其中二氧化碳的含量較小會影響植物的正常生長,怎樣提高棚內二氧化碳氣體的量?③棚內二氧化碳氣體濃度過大,對植物生長會有什么影響?怎樣降低棚內二氧化碳含量?通過提問、思考、交流,不僅使學生加深了對所學知識的掌握,還培養(yǎng)了學生的發(fā)散性思維,提高了應用知識和知識創(chuàng)新的能力。
在教學中,給學生布置一些含有一定創(chuàng)造性因素的問題有利于訓練學生的思維能力和培養(yǎng)學生思維的敏捷性、變通性、批判性、深刻性和獨創(chuàng)性。設計具有多種解法的習題,可以訓練學生思維的敏捷性,使學生學會從多方位、多角度分析問題,縱觀全局的思維方式。
例如:已知CS2(液體)在氧氣中燃燒生成CO2和SO2,2克CS2和2.24升O2(標況下)充分燃燒后,最后所得氣體為多少升(標況下)?
解法1.根據(jù)化學方程式CS2+3O2=2SO2+CO2確定O2過量,計算2克CS2反應了多少升O2,生成了多少升CO2和SO2,然后將余下的O2和生成的CO2和SO2三種氣體體積相加即得出結果。
解法2.根據(jù)化學方程式CS2+3O2=2SO2+CO2求出O2的過量,然后縱觀化學方程式可知反應前后氣體的體積相等,最后所得之氣體為2.24升(標況下)。
可見解法2比解法1顯得快速、便捷,從而有利于培養(yǎng)學生縱觀全局的思維能力。
4.開展探索性實驗,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造能力。學生在設計實驗時,首先是通過模仿、移植現(xiàn)有的實驗方案,然后通過獨立思考、探索逐漸在設計中體現(xiàn)自己的個性,具有一定的創(chuàng)造性。教師在組織學生開展課外活動時,可引導學生閱讀、查找一些實驗小竅門、實驗藥品及儀器的代用品、實驗裝置的改進等有關資料,以開闊學生的視野,啟迪學生進行創(chuàng)造性思維。同時也應經常提出一些能激發(fā)學生創(chuàng)造欲望和創(chuàng)造興趣的問題,盡量給學生一些動手的機會,讓學生在手腦并用的活動中迸發(fā)出創(chuàng)造的火花。
化學實驗不僅是學生探索知識、鞏固知識的重要手段,也是鍛煉動手動腦能力、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要途徑。受傳統(tǒng)教育的影響,人們往往認為,學生只能解決學過的問題。一般說來,我國的學生對父母、教師的依賴性較強,比較缺少獨創(chuàng)性。實踐證明,在已知與未知之間,在學過和沒學過的知識之間,在原有知識領域和新知識領域之間沒有不可逾越的鴻溝,只要教師能為學生架起聯(lián)系的橋梁,開展探索性實驗,引導學生去進行探索,很多問題是可以解決的。
進行探索性實驗,首先要提出具有探索性的問題,并對其進行思考和討論,在此基礎上,再用實驗去驗證討論出來的結果是否合理。例如在做CO還原CuO的實驗時,教材中介紹了兩種處理尾氣的方法:①用氣球收集尾氣;②改進實驗裝置用酒精燈的火焰燃燒掉CO。利用這兩套裝置,引導學生分析各裝置的利弊。①氣球吸收不方便、不保險;②用酒精燈火焰處理不節(jié)省。啟發(fā)學生積極思考,提出各自的處理方法,然后互相討論,在討論的基礎上,對學生提出的方案進行分析,優(yōu)化篩選后,大家一致認為以循環(huán)利用法來處理尾氣是一種更好的方法。最后讓學生在課余去進行實驗驗證。實驗結果表明,還原同樣多的CuO,采用循環(huán)利用法可以減少CO的用量。
篇9
一、激發(fā)學生對實驗教學的興趣
在初中化學實驗教學中,教師要激發(fā)學生對于實驗的興趣,讓學生充分感受到化學實驗的樂趣,這是提升學生的參與積極性、有效培養(yǎng)學生實驗技能的基礎.初中化學中涉及的很多實驗本來就很有趣,很多實驗無論是現(xiàn)象上還是操作過程中都有很多趣味化的元素.教師要善于挖掘這些有價值的教學素材,并且要善于透過對于實驗的有效組織與設計吸引學生對實驗課程的有效參與.學生只有積極參與到實驗過程中,才能對于很多問題有仔細的思考與探究.因此,在實驗教學的優(yōu)化設計中,教師要激發(fā)學生對于實驗的興趣,為知識教學提供良好鋪墊.例如,在“鑒別二氧化碳”實驗中,實驗前,教師可以拿出一瓶透明的液體對學生說,我給你們變一個魔術,往里面吹口氣,里面的液體會立即變成牛奶.這時候,學生會被教師將要表演的魔術所吸引,將注意力集中到教師的操作中.接下來教師往石灰水里吹氣,熟石灰與二氧化碳發(fā)生反應生成沉淀使液體的顏色變成“牛奶”.學生都非常驚訝與好奇,對于這個實驗現(xiàn)象都很感興趣,并且迫切地想知道其中的化學原理.透過趣味化實驗的創(chuàng)設,吸引了學生的注意力與教學參與熱情,學生的思維也活躍起來,從而提高教學效果.
二、激發(fā)學生的實驗模仿能力
很多實驗在原理、操作方法與分析模式上都存在一定的共同點,尤其是隨著學生接觸的實驗的不斷增多,自身積累的化學知識不斷豐富后,這些知識點間的聯(lián)系與共同點也會體現(xiàn)得越來越明顯.在這樣的基礎上,教師可以有意識地在實驗教學中培養(yǎng)學生的實驗模仿能力.對于那些有一定內在關聯(lián)的實驗課程,教師可以給予學生相應的引導與啟發(fā),讓學生結合已有的知識背景以及學過的實驗課程對于新的實驗進行有針對性的分析.這是一個很好的教學切入點,不僅能夠加強學生對于知識網絡的構建,而且能夠幫助學生發(fā)現(xiàn)知識點的實質.例如,在做“氣體的實驗室制法”實驗時,教師可以讓學生思考問題:利用濃氨水、燒堿、生石灰、必要的儀器,如何制取少量氨氣.學生討論之后,提出兩種方案:將濃氨水放在燒瓶中加熱;將生石灰放在燒瓶中,再用分液漏斗滴加濃氨水.然后給學生布置課外作業(yè):利用一只圓底燒瓶、帶玻璃管的橡皮塞、橡膠管、一粒NaOH固體、少量濃氨水、大燒杯、水,如何做噴泉實驗?學生學習過制取氨氣和噴泉實驗,具有一定的模仿基礎,通過對這些實驗的模仿設計,能夠鞏固所學知識,還能夠獲知實驗的實質.
三、培養(yǎng)學生的實驗探究能力
篇10
關鍵詞:有機化學實驗綠色化學路線設計分析
所謂的綠色化學,又被人們稱為無公害化學,環(huán)境友好型化學以及清潔化學。從這些名稱我們可以明顯的看出來,綠色化學與傳統(tǒng)意義上的化學有著本質的區(qū)別。傳統(tǒng)的化學有很高的污染性質、腐蝕性質、刺激性質。但是綠色化學所追求的不再是高效率和高風險,而是通過必要的減少或者降低化學物品在實驗設計、生產制造、實際運用中對于有害物質的使用量,從而保證在使用和開發(fā)的化學產品對于人類生活、自然環(huán)境有著更加有利的品質提升。綠色化學能夠從根本上保證零污染,這是由于綠色化學能夠在源頭上就對有危害和高污染的化學物質進行控制,從最根本上減少并消除污染的排放,更加符合可持續(xù)發(fā)展的道路??梢哉f,綠色化學最主要的問題是通過一系列的反應體系研究,從而尋找到最新的化學原料和綠色產品,為人們的生活提供品質更好、質量更高的化學產品。
1綠色實驗的設計思路
我們學習的有機化學是基于實驗為主的化學分支學科,所以從總體把握上,綠色化學的學習實踐依然無法脫離實驗這一基本方法。為此,對于綠色化學實驗的設計思路也是非常重要的。實驗能夠檢驗我們學習的內容是否正確,也能夠在實驗的過程中進一步的加深對于所學知識的進一步了解,有助于我們鞏固所學知識,還能夠不斷的加強我們對于問題的觀察能力、解決能力以及分析問題的能力。掌握了熟練的實驗技能,不僅能夠保證我們在學習中取得優(yōu)異的成績,更有利于幫助我們進一步的提高科學嚴謹?shù)膽B(tài)度,實事求是的能力。在學習階段,通過學習過的知識選擇具有一定應用價值的化工原材料來作為反應目標的產物,然后從原子經濟的角度進行分析,從而選擇反應原料、試劑以及能夠進行反應的條件。之后進行綠色反應設計,根據(jù)預先設計來擬定反應的過程,通過綠色化學反應的原理以及控制理論來研制出相對高效的綠色催化劑。根據(jù)實驗的結果來進行評價,制成圖表,并且在實驗的過程中一定要及時的查閱各國參考文獻,從而發(fā)現(xiàn)不足之處并且加以改進。
2乙二酸合成的傳統(tǒng)實驗路線
乙二酸合成實驗是我們所學的實驗之一,無論是老師在課堂上進行的實驗還是教科書中的示范案例,對于乙二酸合成的方法都是非常傳統(tǒng)的通過采用濃HNO3或KMnO4氧化法來進行合成,具體的反應方程式如下所示:2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+10CO2+8H20通過上式我們可以看出,采用硝酸或者高錳酸鉀氧化環(huán)乙醇來制備出的乙二酸,無論是濃HNO3還是用KMnO4當做氧化劑的反應條件,這兩者都是強氧化劑,都具備反應速度快、反應劇烈、反應條件不可控的不利方面,而且如果在實驗的過程中如果出現(xiàn)操作失誤還會造成危險。例如,這一實驗反應為強烈的放熱反應,所以在加入環(huán)乙醇的時候速度應該保持一定的頻率,否則會導致反應更加劇烈,容易產生爆炸。當我們使用濃硝酸當做實驗氧化劑的時候,在反應的過程中會釋放氮氧化物有毒有害的氣體,不僅會對環(huán)境造成污染,而且還會對我們的健康造成危害。如果在采用高錳酸鉀當做氧化劑時,不僅在反應過程中會出現(xiàn)大量的二氧化錳沉淀物,而且對于產物的處理十分的麻煩。
3乙二酸合成的綠色實驗路線
3.1實驗設計思路
為了針對性的解決傳統(tǒng)乙二酸合成的試驗方法的缺點,在實驗的過程中減少由于實驗造成的污染以及危害,我們考慮將所學的綠色化學的相關知識融合到有機化學實驗中,并且選擇新型的環(huán)乙烯作為實驗反應物,選取30%過氧化氫當做氧化劑,選擇磷鎢雜多酸作為催化劑,從而通過催化環(huán)乙烯氧化合成乙二酸,并且開發(fā)出一個均相催化新反應體系。
3.2實驗方法以及具體步驟
在實驗過程中,我們選擇三個容量為250ml的三頸燒瓶,并且在其中加入1mmol的H3PW12O40、1mmolH2C2O4,以及55mLw=30%的過氧化氫.在室溫的實驗條件下進行攪拌,持續(xù)10分鐘,之后加入10.5mL(100mmol)環(huán)乙烯,將實驗的溫度進行加熱到50℃-60℃,接著持續(xù)攪拌1小時。之后將溫度持續(xù)加熱至91℃,再采用左右攪拌回流,持續(xù)6小時。最終將反應所得到的溶液進行冷卻,維持在0℃,靜置一天,濾出結晶。將結晶用冰水沖洗三次,并且經過真空之后進行干燥,最終將物質進行稱重。
3.3實驗比較研究
對于綠色有機化學實驗中,我們使用的反應體系是30%的過氧化氫氧化劑,屬于環(huán)境友好型氧化劑,而且H3PW12O40也屬于環(huán)境友好型催化劑,所以在整個實驗過程中不會析出有毒有害的物質,在實驗的操作過程中也不會出現(xiàn)危險的情況。反應條件和溫度與傳統(tǒng)的反應實驗相比較而言也非常的容易掌握和控制,實驗過程的步驟簡單,操作十分便利,而且沒有多余的副反應。
4結束語
所謂的綠色化學,又被人們稱為無公害化學,環(huán)境友好型化學以及清潔化學。從這些名稱我們可以明顯的看出來,綠色化學與傳統(tǒng)意義上的化學有著本質的區(qū)別。傳統(tǒng)的化學有很高的污染性質、腐蝕性質、刺激性質。但是綠色化學所追求的不再是高效率和高風險,而是通過必要的減少或者降低化學物品在實驗設計、生產制造、實際運用中對于有害物質的使用量,從而保證在使用和開發(fā)的化學產品對于人類生活、自然環(huán)境有著更加有利的品質提升。我們通過將綠色化學的相關知識與有機化學實驗進行了相互的融合,根據(jù)相關的實驗理論進而設計了關于有機化學方面的實驗。通過與傳統(tǒng)的實驗相比較綠色有機化學實驗能夠十分有效的減少在試驗環(huán)境中的污染問題,并且還為我們提供了有利的條件去近距離的接觸到綠色化學和有機化學實驗,并且提高我們學習綠色化學的興趣,增強了我們的環(huán)保意識。
參考文獻:
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