Transcript 李新义《中学化学实验系统设计与实践》.

中学化学实验系统设计与实践
李新义
蚌埠二中
一、中学实验教学的现状与困惑
1．化学实验的地位：
⑴化学是一门以实验为基础的自然科学；
⑵实验是化学学科的重要特征之一；
⑶化学实验对于全面提高学生的科学素养，落实新课程所
倡导的“三维目标”有着重要的作用。
２.实验教学的现状
⑴化学实验的地位和作用并没有得到充分的体现；
⑵ 学生实验素养不仅没有进步反而有所下降。
实验教学状况令人担忧！
www.bbez.com
3.我们认为，教材实验体系本身的某些缺憾或不足是造
成实验教学薄弱的重要原因。主要有：
 第一、课程结构设计不合理阻碍新课程实验教学的推进。
a.设计者的理想：
新课程标准将实验提升到了前所未有的高度，在高中
化学教材中增加了《化学实验》模块。
b.实施者的现实：
但是，据了解，各省只是建议部分有条件的学校开设
这门课程，然而，在实际教学过程中，各中学并没有将
《化学实验》列入选修模块。
www.bbez.com
第二、学校及教师的对实验功能的认识和具体操作
并不一致。
老师的认识：化学实验在新课程中占有很重要的地
位。
实际的教学：多采用“演示实验”、“画实验”甚
至要学生来“背实验”。
————为什么会这样？
www.bbez.com
原
因：
① 课程标准淡化了“学生实验”和“演示实验”的
界定，但是缺少强制性，导致一些必要的可以由
学生独立完成的实验被取消了，甚至对于不同年
级应包含的具体实验要求也没有反映，造成教师
在安排实验时无所适从，更让不愿意走进实验室
的教师找到理由。
www.bbez.com
例如：教材必修一第二节《研究物质性质的方法和
程序》一节中“观察金属钠及金属钠与水反应的现象”实
验，
这个实验是教师演示还是学生分组，教材中没有明
示，而是以“观察与思考 ”形式设置的，是不是要求教
师演示实验呢？
对于有条件的学校完全可以进行分组实验，但是，
基于教材没有明示，可能会有部分老师为了省事或者说偷
懒，只是演示实验而已了。
再如:必修一第三章“氨的性质”实验，同样没有说
明是演示实验还是分组实验？而在原人教版本中“氨的性
质”是明确要求为学生实验的。
www.bbez.com
②现行的教材中过于强调学生探究实验，教材实
验方案的设计过于突出创新意识和实践能力的培
养，却忽视了学生对经典实验的学习；在教学实
践中教师普遍认为有的实验方案太开放，实验准
备太麻烦，也没有强制要求，从而导致了实验可
做可不做。
www.bbez.com
再例如必修一第三章第一节《碳的多样性》中
“碳酸钠和碳酸氢钠的性质”实验，无目的、无
步骤、无试剂，完全让学生自由发挥，任意创新，
很显然，这种设置必然的结果是老师按照自己的
意愿教实验或不做实验，甚至背实验。
www.bbez.com
 第三、实验教学资源的不完善影响实验教学的深层次发
展。
新课程标准对于实验仪器和药品，实验员都提出了
更新更高的要求，但目前大部分学校教学资源和人员素
质有限，导致了高中化学实验教学的弱化。例如，在中
学化学教师的队伍结构中，实验员的专业功能往往是被
忽视的，而就化学的学科特点对实验人员的要求应该是
很高的，既要有扎实的专业功底，还要具备较强的服务
意识。
www.bbez.com
 第四、学生实验缺乏规范合理的考核与评价标准，新课程
化学实验综合评价的实际落实存在弊端。
《全日制义务教育化学课程标准（实验稿）》在评价
建议中强调：以培养和发展学生科学素养为宗旨的化学课
程需要与之相适应的评价体系，这一体系既要评价学生化
学实验基本技能的掌握情况，又要重视对学生科学探究能
力、情感态度与价值观等方面的评价。
但是在现行的教材中并没有专门的对实验技能和实
验素养的科学评价。
www.bbez.com
我们认为：
现行的教材中实验教学的设计安排与新课
程理念不完全相匹配，尤其高一高二的淡化基础
实验教学的现状不太利于高中化学新课程推进。
研究、实施高中新课程化学实验的系统设
计与学生实验的规范性合理性考核、评价已迫在
眉睫，势在必行。
www.bbez.com
二、我们的想法
第一、先对原人教版和现行必修教材中的实验进
行总结和比较，试着找到两种版本的异同点，结合
新课标进行有效融合，再系统设计。
以下是我们对原人教版中的实验进行分类统计的
结果：
www.bbez.com
章节
随堂实验
学生实验
选做实验
1.2
比较电解质溶液的导电能
力；硫酸铜溶液分别与氯
化钠和氯化铜溶液反应；
银离子与氯离子的反应；
化学实验基本操作一：制取
氧化铜；制取氧气
实验一：趣味实验
1、指纹检查2、滴水生
烟3、自制指示剂4、吹
气生火
5、检验含碘食盐中的
碘
1.3
铝与盐酸反应；氢氧化钡
晶体与氯化铵反应；
化学实验基本操作二：
滴定管的使用；容量瓶的使
用
实验二：制取蒸馏水
2.1
钠的物理性质；钠与水反
应
实验三：碱金属及其化合物
的性质；
实验三：天然水的净化
2.2
过氧化钠与水反应；滴水
生火实验；
碳酸钠和碳酸氢钠性质比
较（与酸，加热分解）
2.3
碱金属与非金属的反应；
碱金属与水的反应；焰色
反应；
www.bbez.com
5.2
镁、铝与水反应；氢氧化
铝的两性；
实验六：同周期、同主族元
素性质的递变
6.2
SO2溶于石蕊试液中；
SO2通入品红溶液中
实验七：浓硫酸的性质；硫
酸根离子的检验
6.3
浓硫酸的吸水性和脱水性；
浓硫酸的氧化性；硫酸根
离子的检验
实验五:阿伏伽德罗常
数的测定
www.bbez.com
通过实验的内容和形式，不难发现，原人教版本教材是以随堂实
验、学生实验、选做实验三种形式来设置的。
其优点是：
1、实验的主体和分工很明确；
2、基础实验较多，有利于培养学生的基本操作技能和基本实验素养；
不足之处是：
1、大部分实验以验证性实验为主，探究性实验设置比较少，仅仅是
在选做实验中设计了一些探究性实验，而在实际教学中，选做实验的开
展几乎不不开课的；
2、实验设置缺乏对学生探究能力和创新思维的培养。
以下是我们对必修教材中的实验进行分类统计的
结果：
www.bbez.com
必修一
1.2
观察与思考
活动与探究
观察钠及金属钠与水反应的现象；氯气 氯气与铁、铜反应；氯气与氢气反应；
的物理性质；
氯气与水反应；氯水的漂白性。
1.3
配制一定物质的量的浓度的溶液
2.1
单质、氧化物、酸碱盐间的关系；
2.2
稀硫酸和氢氧化钡在水溶液中的反应；
2.3
铁及其化合物的氧化性和还原性；
3.1
碳酸钠和碳酸氢钠的化学性质；模拟溶
洞的“形成”；
3.2
氨的性质反；铵盐的性质；硝酸的氧化
性
3.3
硫单质的性质；
不同价态硫元素之间的转化；
3.4
金属镁的还原性；
溴单质、碘单质的物理性质
氯、溴和碘单质的氧化性强弱比较；
4.2
金属铝的还原性；
氢氧化铝与酸、碱溶液的反应
铝热反应；
www.bbez.com
必修二
章节
1.3
观察与思考
预测金属钾的性质；
活动与探究
第3周期元素原子得失电子能
力的比较
2.1
感受化学反应中的能量变化
2.1
单质、氧化物、酸碱盐间的关
系；
2.2
温度对化学平衡的影响
认识化学反应的快慢
氯气的制取；原电池的工作原
理
2.3
3.1
甲烷的化学性质
3.2
乙烯的性质；苯能与酸性高锰酸
钾或溴的四氯化碳溶液反应吗？
3.3
乙醇与乙酸的反应；葡萄糖的性
质
3.4
有机化合物的基本性质
烷烃的结构
乙醇的化学性质；乙酸的酸性；
乙酸乙酯的水解；
www.bbez.com
教材中的实验主要是以“观察与思考”和“活动与探究”两
种形式设置的。
其优点是：
1、实验很明显突出了对学生探究能力和创新思维的培养；
2、实验形式与内容也很活泼，能调动学生的听课热情，激
发学生的学习化学的兴趣。
不足之处：
1、实验的操作性对于学生很难，或者学生的能力根本达不
到；
2、可能导致实际教学中学习的形式化，或者因麻烦而放弃
实验教学。
下面我们试着对新旧版本实验类型进行了数据统计，以期从
中了解实验的侧重点。
www.bbez.com
1、如果将原人教版中的随堂实验和学生实验划分为基
础性实验，把选做实验划分为探究实验；
把现行教材中“观察与思考”划分为基础性实验，
“活动与探究”实验划分为探究性实验。比较结果如下：
旧人教版
新鲁科版
基础性实验
38
19
探究性实验
5
21
由上数据可知，教材中基础性实验较多，而探究性实
验很少，与之鲜明对比的是新教材中探究实验是旧教材
中的4倍还多。
可见，新教材突出的是对学生探究能力和创新思维的
培养。
www.bbez.com
2、如果再将原人教版中随堂实验划分为演示实验，其
它为学生实验；
而将观察与思考划分为演示实验，活动与探究划分为学
生实验，则统计如下：
演示实验
学生实验
原人教版
31
7
现行教材
19
21
通过以上数据可知，原教材中以演示实验为主，学生
实验很少，而新教材中演示实验数量则大幅下降，而学
生实验数量则大幅上升，恰为旧教材中的3倍。
由此可见，新教材更注重学生的设计能力和探究能
力。
www.bbez.com
毋庸置疑，新教材的编排对学生的科学发展起着重要的作
用。
我们以必修一 教材中“不同价态硫元素的转化”实验
为例来说明。
www.bbez.com
实例：
不同价态的硫元素之间的转化
你一进初步认识了硫磺和一些含硫化合物，例如二氧化硫和硫酸等。
在硫磺、二氧化硫和硫酸这三种物质中，硫元素和化合价分别为----2、
0、+4、+6。请你设计实验，探究这三种价态硫元素间的相互转化，并
实施部分实验。
实验方案和实验记录
试验编号
预期的转化
选择的试剂
实验现象
结论
归纳整理
1.根据实验，用图示的方法表示不同价态硫元素之间的相互转化关系。
2.通过实验，总结二氧化硫和浓硫酸的化学性质。
3.在实验过程中，你遇到哪些问题？是如何解决的？
4.你还能实现其它含有不同价态硫元素的物质间的相互转化吗？
www.bbez.com
本实验为探究实验，只给了方案和记录、归纳整理等
环节，把整个探究活动全部交给学生，完全要求学生去自
主设计，不可否认，这样的编排利于培养学生自主设计实
验的能力，但是学生很难操作，尤其是对于刚进入高一才
一周的学生，自主创新的能力还较弱，甚至基本的实验操
作技能还不具备，怎么可能自主创新或实验探究呢？
那是不是要回到过去呢？当然不是，
整合和系统设计才是更好的选择！
www.bbez.com
第二、结合新旧教材实验内容，将中学化学实
验分类设计，即根据实验的特点和难易程度划分
为基础性、拓展性、探究性三种层次，有效的分
层次教学，不同层次的实验教学适合不同层次的
学校、班级，做到因校施教，因班施教，真正的
做到因材施教。
www.bbez.com
第三、在基础性、拓展性、探究性三个层次的分
类基础上，再细分为学生实验、演示实验、探究实
验、趣味实验以及数字化实验等，然后再按照课标
要求，进行系统设计并撰写实验报告，形成符合学
生认知结构和新课标要求的一系列实验，弥补高一
高二必修与选修教学阶段系统实验和经典实验这个
“根本性的缺陷”。
www.bbez.com
第四、针对不同层次的实验，制定有不同侧重点
的实验评价标准，以完善实验评价体系。不同层次
的学校，可以选择适合自己学校水平的实验报告，
进行实验教学和实验评价。
www.bbez.com
三、具体工作和取得的进展
第一阶段是先研读教材，组内讨论，对教材中的
实验进行分类，划分层次，即明确哪些是基础性实
验，哪些是拓展性实验，哪些是探究性实验。
www.bbez.com
 以选修四第三章第4节“酸碱中和滴定”内容为例，对于
酸碱中和滴定终点的判定实验，
 基础性实验为：按照教材的要求设计为利用酸碱滴定管来
进行强酸和强碱之间的中和滴定实验；
 拓展性实验为：按照教材的要求设计为利用酸碱滴定管来
进行强酸和弱碱之间的中和滴定实验；
 探究性实验则是利用离子浓度、温度及导电能力的变化来
确定终点，即设计利用pH、温度和电导率传感器来确定
滴定终点等。
基础性设计主要针对一些普通中学，而拓展性实验和
探究性实验则适用于重点中学或学有余力且对化学有浓厚
兴趣的学生。
www.bbez.com
必修一
章节
基础性实验
拓展性实验
1.2
金属钠与水反应的现象； 金属钠与盐溶液的反
氯气与铁、铜反应；氯
应；氯气与白磷燃烧
气与氢气反应
试验；
1.3
配制一定物质的量的浓
度的溶液
2.1
溶液与浊液的区别；胶
体的聚沉实验；
丁达尔现象；氯化铁
胶体的制备。
2.2
溶液导电性实验；稀硫
酸和氢氧化钡在水溶液
中的反应；
熔融的氯化钠导电性
实验；强电解质和弱
电解质导电性实验；
2.3
金属钠与氯气的反应；
锌与硫酸铜反应；碘化
钾和酸性高锰酸钾反应；
探究性实验
滴水生火实验；吹气
生火实验；氯气与水
反应；氯水的漂白性。
胶体的电泳现象
铁及其化合物的氧化
性和还原性；
www.bbez.com
模拟溶洞的“形成”；
3.1
碳酸钠和碳酸氢钠的化
学性质
3.2
氨的性质（喷泉实验；
氨和氯化氢反应）；铵
盐的性质；硝酸的氧化
性
氨的实验室制法（三
种）；
模拟空气放电试验；
3.3
硫单质的性质；
浓硫酸的氧化性
不同价态硫元素之间
的转化；
3.4
金属镁的还原性；
溴单质、碘单质的物理
性质
4.2
金属铝的还原性；
氢氧化铝与酸、碱溶液
的反应
氯、溴和碘单质的氧
化性强弱比较；
铝热反应；
www.bbez.com
第二阶段是在第一阶段分类的基础上，在继续细分
类型不同的实验。
例如，我们对基础性实验又分为演示实验、学生
实验，我们先重点对教师演示实验和学生实验进
行了分工，设计并编写不同类型的实验报告。
www.bbez.com
序号 参考用书
教师
实验类型
1
必修1
贾若冰。陆晓萍
教师演示实验，学生实
验
2
必修2
蒋蓓蓓，李惠勇
教师演示实验，学生实
验
3
选修4 《化学反应原
理》
高涛，高建伟
教师演示实验，学生实
验
4
选修5《有机化学基础》 司步磊，程红梅
教师演示实验，学生实
验
5
选修1《化学与生活》
吴艳，蒋红年，秦
群
学生分组实验
6
选修2化学与技术
宋国丰，王心田
7
选修6实验化学
马骧，路芳
学生实验
8
选修3物质结构与性质
黄钊，胡婷婷
教师演示实验
www.bbez.com
基础性实验：
氯气的性质
【实验目的】
1．认识氯气的物理性质。
2．认识铁、铜、氢气与氯气的反应。
3．探究氯气与水的反应，认识氯水的漂白性。
【实验用品】
仪器：集气瓶、玻璃片、水槽、试管、坩埚钳。
试剂：氯气，铁丝、铜丝、氢气、红纸条、氢氧化钠溶液。
【实验记录】
一、氯气的物理性质
www.bbez.com
实验步骤
观察到的现象
解释、结论、化学方
程式
1．取一个盛满氯气的
集气瓶，观察氯气的
颜色；稍打开玻璃片，
用手轻轻地在瓶口扇
动，使极少量的氯气
飘进鼻孔，闻气味。
2．取一支盛满氯气的
试管，将其倒扣在水
槽中，静置一段时间
后，观察现象。
www.bbez.com
二、铁、铜、氢气与氯气的反应
实验步骤
观察到的现象
解释、结论、化学方程式
1．用排饱和食盐水法收集一瓶
氯气（瓶内保存少量饱和食盐
水），在通风橱内把烧得红热
的一束细铁丝伸入充满氯气的
集气瓶中，观察现象。
2．用排饱和食盐水法收集一瓶
氯气（瓶内保存少量饱和食盐
水），在通风橱内把烧得红热
的一束细铜丝伸入充满氯气的
集气瓶中，观察现象。
3．在空气中点燃氢气，然后在
通风橱中把导管伸入盛有氯气
的集气瓶中，观察氢气在氯气
中燃烧时的现象。
www.bbez.com
拓展性实验：
实验步骤
氯气的漂白性
观察到的现象
解释、结论、化学方程
式
将干燥的氯气依次通
过盛有干燥红纸条的集
气瓶和盛有湿润红纸条
的集气瓶，然后通入盛
有氢氧化钠的溶液中进
行尾气吸收。观察红纸
条是否变色。
www.bbez.com
探究性实验：
氯气与水反应产物探究
【实验目的】
探究氯气与水的反应的产物。
【实验用品】
仪器：集气瓶、玻璃片、水槽、试管、红色纸条。
试剂：氯水，AgNO3溶液，石蕊试液。
【实验记录】
www.bbez.com
实验步骤
观察到的现象
解释、结论、化学方程式
1．取一支试管，加入少量氯水
后，向其中滴加少量AgNO3溶液，
观察现象。
2．取一支试管，加入少量氯水
后，向其中加入除去表面氧化膜
的镁条，观察现象。
3．取一支试管，加入少量氯水
后，向其中滴加少量石蕊试液，
观察现象。
4．取一支试管，加入少量氯水
后，向其中加入红色纸条，观察
现象。
【反思与探究】
你是如何确定氯气能与水发生反应的？产物是什么？
www.bbez.com
第三阶段 以课题为载体，深化开展拓展性
实验
1、有效开展趣味实验并分工完成实验报告
⑴以学校科技节为平台，开展趣味化学实验比赛和
实验技能比赛活动，既丰富了学生的课余生活，增
长了同学们的化学知识，又培养了动手能力。
⑵设计改进以中学实验为基础的趣味性实验，达
20多例。
www.bbez.com
拓展性化学实验目录：
序号
趣味实验名称
参考书
序号
趣味实验名称
参考书
1
空瓶生烟
必修1
14
指纹检查
必修1
2
捉迷藏
必修1
15
美丽的水底“花园”
必修2
3
密信
必修1，
16
口吐“仙气”
选修5
4
喷雾作画
必修1
17
美丽的火花
选修3
5
滴水生烟
必修1
18
粉笔炸弹
必修1
6
烧不坏的手帕
选修4
19
铝热反应
必修2
7
火龙写字
必修2
20
叶脉书签
必修1
8
吹气生火
必修1
21
水中花园
选修3
9
不安定的卫生球 选修4
22
制晴雨花
选修3
10
铜树
必修2
23
自制酸碱指示剂或pH试纸
选修4
11
晴雨花
必修2
24
蛋壳彩绘
选修5
12
魔棒点火
必修2
25
化学泡沫灭火器制备
选修4
13
神奇的瓶子
选修4
www.bbez.com
趣味性实验
（二）碳酸盐与硫酸铝反应泡沫灭火器
一、实验目的：
1.探究碳酸盐与硫酸铝的双水解反应原理
2.模拟灭火器灭火原理
二、实验原理：
3HCO3- + Al3+=== Al(OH) 3 + 3CO2↑
三、实验仪器及药品
具支试管、小试管、单孔塞
饱和的碳酸氢钠溶液、1moL/L的硫酸铝溶液溶液、洗洁精
四、实验操作
1、先在具支试管装好饱和的碳酸氢钠和洗洁精的混合液，约占试管容
积的二分之一；
2、把盛有1moL/L的硫酸铝溶液溶液的小试管系住，小心地放进具支试
管里（为防止小试管管口倒转时堵塞，可加入一支比小试管略长的玻璃
管），用胶塞塞紧（如图1）。此装置犹如备用的泡沫灭火器；
3、把具支试管倒转，使两种溶液混和，即可产生大量的泡沫，并从具
支试管中的支管喷也，射程可达1~2米（如图2）。
www.bbez.com
三、改进后的实验至少有三个优点：
1．试剂用量少，适应微型化要求，甚至能改为学生实验；
2．本实验装置在外形和结构更似实用泡沫灭火器；
3．现象明显，尤其不会因二氧化碳的气压不足而影响实验结果，成
功率几达100%。
www.bbez.com
2、以数字化实验为抓手，推动探究性实验的深入
开展
1、从2008年，我校引入最先进的化学实验教学技
术，将数字化实验列入新课程中学化学实验系统设
计研究的范围之内。
2、数字化实验从无到有，从少到多，从粗到细，从
易到难。
3、不断改进实验技术，进行了多项实验设计和研究，
并取得了一定的进展。
www.bbez.com
数字化实验的两种思路：
 一是就某一个实验，利用不同的传感器技术进行实践和探
究，例如关于酸碱中和滴定的终点判定，我们可以用pH
传感器、温度传感器、电导率传感器等方法，然后进行讨
论、评价。
 二是利用一种传感器对不同的中学化学实验案例进行实践
和探究，例如我们先对中学化学中能够利用到温度传感器
进行的实验进行筛选，选出可行的实验做成案例，然后汇
集成册。
www.bbez.com
例如：利用手持技术探究碳酸钠溶液水解的“异常性”
对Na2CO3溶液依据“越热越水解”的规律升高温度促进
其水解，相应的pH值就会增大，那么事实果真如此吗？
结论：pH值的大小是由温度对水的电离和盐类水解
影响两种因素共同决定的，所以单看pH值的大小就得
出水解程度是增大还是减小是不科学的。
www.bbez.com
数字化实验取得的成绩
1、李新义校长对酸碱中和滴定终点的判定进行了深入研究。
亲自开展省级示范课；其教学案例 《手持技术在酸碱中和滴
定终点判定中应用》获全国论文评比一等奖，并发表于《化学
教学》2013年第6期。
2、在2013年第八届“全国基础教育化学新课程实施成果评比
及交流活动”评审中，以数字化实验为题的教学论文、教学案
例以及录像课获得全国一等奖等达13项。
3、高建伟老师选送的录像课“传感器技术在酸碱中和滴定实
验中的应用”获录像教学全国一等奖，同时获得现场课评选全
国一等奖。
4、吴艳和胡婷婷老师论文《强碱滴定弱酸滴定终点判断方法
的探究》 全国一等奖；
www.bbez.com
四． 存在的主要问题
1、缺乏创新性实验。
课题开题至今已经接近尾声，课题组成员的
工作主要侧重于对基础性实验，选修和必修模块
性实验的整合，对教师演示实验，学生分组实验，
探究实验及数字化实验做出了较为详细的分化。
对于创新性实验的设计，有些实验从操作程
序上来说较为复杂，还没有找到更简单易行，现
象明显的实验方法。
www.bbez.com
2．趣味性实验开展还没有常态化。
爱因斯坦说过“兴趣是最好的的老师”。对于
正处于学习厌倦期的青少年来说，学习兴趣对他们
知识的掌握，能力的发展乃至形成都具有巨大的影
响。
目前，我们只对于《化学与生活》模块中的
趣味性实验有所涉及，在其他的模块领域设计很少，
实验设计内容大多较为“古板”，趣味性比例较低。
因此，在实现实验目的的基础上增强实验的可观赏
性、有趣性。
www.bbez.com
欢迎指导！
www.bbez.com