李新义《中学化学实验系统设计与实践》.
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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!
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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。
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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?
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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:
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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;
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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
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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:
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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;
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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;
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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。
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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。
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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。
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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。
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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?
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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!
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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。
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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”。
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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。
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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。
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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。
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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;
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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;
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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。
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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
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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
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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。
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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。
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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。
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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】
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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?
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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。
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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
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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)。
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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%。
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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。
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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。
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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。
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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;
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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。
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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。
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欢迎指导!
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