高中化学实验创新的实践研究

杭州二中林肃浩2016.11.1高中化学实验创新的实践研究高中化学实验创新的实践研究1、实验创新丰富化学的内含2、实验创新培养学生核心素养3、实验创新促进教师专业发展缘由思路：突破了教材中以常规玻璃仪器为主导的内容呈现，以知识验证为主体的展现方式，改进与创新实验，课题研究，丰富实验设备和在线素材。释疑解难创新素材革新教法操作：方案优化实验探究实践应用1、实验素材分析3、建设课题研究素材2、建设选修课素材基于实验一、创新素材主要思路：1、实验素材分析比较国内三套教材（人教、苏教、山东科技）133个实验，有92个实验内容相近，可互相借鉴；从台湾“南一书局”等三套教材和香港教育署“高中实验活动案例”中获得24项实验改进；美国《化学概念与应用》教材中有微实验47项、家庭实验21项、引导实验20项。鉴教学杂志的实验栏目、全国实验大赛、杭州市实验调研等活动案例；对八十多个教材实验提出了创新意见并经过实际操作确认可行。结合高考、学考、统测等习题研究，深入分析了56个实验疑难问题，按照“改进与创新”、“质疑与探究”、“教研案例”三个板块汇编成册。1、实验素材分析目标对象教学教材教法参加学考和选考的多数学生分析实验原理和现象，处理实验信息《高中微型化学实验进阶》平时教学中穿插使用，也可供选修课集中开设化学反应原理初高中衔接化学2化学1数字化实验2、建设选修课素材目标对象教学教材教法有志于从事化学专业的部分学生提升实验兴趣，培育化学学科素养《高中疑难问题探究》、《课题研究》供学科竞赛辅导和社团课题研究使用3、建设课题研究素材1、教学疑难解决3、异常现象探讨2、教材实验研究4、课题研究拓展基于实验3、异常现象探讨二、释疑解难主要思路：1、教学疑难解决28个疑难问题进行探索，发表24篇论文。“《实验化学》中的问题释疑”发表于《中学化学教学参考2012（12）“卤代烃消去实验中强碱醇溶液的变色与配制”发表于《化学教学》2015（8）“对2个涉及炭与浓硝酸反应问题的探讨”发表于《化学教育》2016（1）“对‘焰色反应’的补正”发表于《中学化学教学参考》2013（5）1、解决疑难问题海带中的碘元素约有88.3%以I－形式存在，10.3%以有机碘的形式存在，1.4%以IO3－离子形式存在。无水条件下，氧气不易氧化I－。浸于水中，5分钟，碘份已大量损失；30分钟后将损失82.4%。1、解决疑难问题到底从海带浸泡液中提取碘，还是海带灰中提取碘？案例1思考无水硫酸铜可用来吸收燃烧产物水吗？无水硫酸铜与较高温度水蒸气的结合能力怎样？干燥剂的选择与使用案例21、解决疑难问题滴入1滴水使之气化，形成较高温度水蒸气。在该热空气浴中持续放置5min，硫酸铜粉末只略变为绿白色。玻璃燃烧匙改为温度，温度121℃～106℃实证●硫酸铜干燥效能明显劣于常用的碱石灰、硅胶和浓硫酸，热空气浴中CuSO4是无法与水生成蓝色的CuSO4•5H2O认识●中学教学对无水硫酸铜使用角色的潜在约定：只要体系中存在水，一般条件下硫酸铜粉末的变色现象（灰白、绿白、淡绿、淡蓝，甚至天蓝色）却非常明显的，故而用来检验水倒十分适宜。酚铁盐溶液褪色归因为活性炭吸附苯酚——这样的认识不严谨。可能的解释有：（1）因吸附苯酚而褪色；（2）因吸附Fe3+而褪色；（3）因吸附酚铁配合离子而褪色；（4）前几种可能性的综合结果。实证(1)活性炭吸附溶液中的Fe3+(2)活性炭吸附溶液中的苯酚(3)活性炭使苯酚－FeCl3混合液褪色认识活性炭使苯酚－FeCl3混合液褪色，在活性炭吸附苯酚的同时，对Fe3+（以及紫色的酚铁配合离子）等也有一定的吸附能力。因而原教材实验方案操作顺序设置,逻辑上不严密。活性炭使酚铁盐溶液褪色分析案例5通过对教材中疑难问题的求证，能促进我们对教材内容的认识，充分关注学生已有认知和最近发展区，保证在教材内容的定位、处理和教学目标制定时拿捏到位，把握知识点时做到不越位、不缺位、不错位，为教师自身专业发展与教学素养的提高奠基。2、教材实验研究22个实验进行探索，发表21篇论文。2、教材实验研究苏教版《有机化学基础》教材：组装如图4—9（即右图1）所示装置，在试管中加入2gP2O5并注入4mL95%的乙醇，加热，观察实验现象。思考1：实验的加热方式混合液会暴沸，大量乙醇汽化不但浪费原料，还会使稀酸性高锰酸钾溶液褪色而干扰检验；此外，直接加热容易因受热不均匀使得试管内气流不稳定，倒吸现象发生几率高，影响实验安全。P2O5催化乙醇制乙烯案例6思考2：KOH溶液的作用苏教版《有机化学基础》教材：组装如图4—9（即右图1）所示装置，在试管中加入2gP2O5并注入4mL95%的乙醇，加热，观察实验现象。认为，乙醇注入五氧化二磷时立即能听到剧烈的“吱吱”声响并伴随有大量的酸性白雾，由于“五氧化二磷及反应产生的杂质都具有酸性，因此需要选用KOH溶液洗气以消除杂质对检验乙烯时的影响”。2、教材实验研究P2O5催化乙醇制乙烯案例6思考3：乙醇浓度的选择苏教版《有机化学基础》教材：组装如图4—9（即右图1）所示装置，在试管中加入2gP2O5并注入4mL95%的乙醇，加热，观察实验现象。实验室常备的醇试剂主要有95%乙醇、无水乙醇两种，按一般认识理解可能应该乙醇浓度相对大点更有利于P2O5的催化脱水。而教材中强调本实验使用95%的乙醇倒底是有意为之呢还是无意之作？2、教材实验研究P2O5催化乙醇制乙烯案例6氯水光解实验案例7分析（1）传统方法中，盛氯水的烧杯或水槽都是敞口的，氯水中的氯气容易外逸，不仅会降低氯水的浓度，还很容易污染环境，也不适宜对学生的环保教育。（2）按图1装置实验时，生成的氧气不方便进行后续检验操作。（3）氯水光解速度慢、潜伏期长，在课堂上演示氯水光解实验，虽能观察到有气泡产生，但难以收集到足够的氧气加以验证。（4）该实验受天气的影响较大，不太可能每次实验时教室内都有强烈、直射的阳光，要在课堂教学的45min内完成演示氯水光解和氧气检验的实验，是不现实的。2、教材实验研究做法●提高次氯酸的浓度向水中通入过量氯气后，由于Cl2与水的反应速度很慢，常规制法得到的新制氯水并不适宜立即用于氯水的光解实验。可采用下列两种处理方法：①将新制饱和氯水，先装于棕色试剂瓶，密封后在暗处放置1周后再，能让更多氯水中的Cl2转化为HClO以提高后者浓度；②配制氯水时，将氯气（已用饱和食盐水洗气）通入Na2CO3溶液或CaCO3浊液中直至饱和。●重新设计实验装置对原有实验装置进行改进，改进后的新装置见图2。需用到的主要仪器有：500mL广口瓶、分液漏斗、注射器（20mL）等。●选择实验替代光源用投影仪光源替代日光是个很不错的选择。由于教学投影仪一般使用超高压汞灯泡作为光源，其波长范围十分适合光化反应，且能提供稳定的高强度光。与此同时，投影仪还能将实验现象及时投影出来，也便于全班同学的观察。2、教材实验研究3、异常现象探讨15个疑难问题进行探索，发表11篇论文。奇怪的“莫尔盐”案例8【疑惑】制备摩尔盐时，意外制得了一些漂亮的淡紫色晶体，这是怎么回事？这晶体又是什么呢？我和学生都困惑不已！经过程分析可能是因为误用了Fe2(SO4)3溶液3、异常现象探讨课堂意外：取2mL0.1mol·L-1FeSO4溶液，向其中滴加2滴0.5mol·L-1KSCN溶液，再加入5%H2O2溶液，出现了不同现象：有些组出现血红色；有些组出现血红色，但又马上褪去；有些组实验中看到了有气泡生成。提出问题猜想假设实验探究结论与解释3、异常现象探讨H2O2氧化了谁？案例9主题1：探究血红色褪去的原因主题2：探究H2O2与SCN-的反应原理主题3：探究生成气体的成分3、异常现象探讨H2O2氧化了谁？案例94、课题研究拓展13个课题进行研究，发表6篇论文。获奖11项从废旧X光胶片中提取银利用废弃蛋壳制取食用乳酸钙废旧碱性锌锰电池正极材料回收新方法细胞膜张力系数的测定高品位过碳酸钠简易制备方法探究杭州虎跑山泉及饮用水表面张力的测定及探究桂皮中精油的提取和鉴定提取杨梅核中黄酮类化合物方法的研究一次性纸杯，安全吗？氧化银与过氧化氢反应历程的探究案例10杭州市区春节期间燃放烟花爆竹的空气污染调查和研究4、课题研究拓展三、革新教法1、革新实验方法2、课题驱动教学基于实验主要思路：1、革新实验方法金属与水反应镁条金属钠铝片电解饱和食盐水氯气的性质（1）微型实验在微型化的仪器中进行的，用少量药品获取必要实验现象的技术。1、革新实验方法通过微型化改造减少污染排放（绿色化）的教材实验有85项、其中57项还具有加快实验操作（简约化）的作用、61项具有提高实验安全性的作用。色度计测定压强对NO2－N2O4平衡体系的影响色度法含铁药物中铁含量的测定标准液选择蓝色光（2）数字化实验利用传感器采集信息，计算机进行数据处理的实验装置。1、革新实验方法微型重量滴定微型电导滴定微型浓差电池（3）微型数字化实验1、革新实验方法15个教材定性实验定量化。“电流传感器测定阿伏加德罗常数的微型实验”等6篇论文发表于《化学教育》、《中学化学教学参考》等国家级刊物；两项探究实验分获全国数字化实验大赛和杭州市实验调演一等奖。论文“基于方法情感的化学实验课再建设”获得全国一等奖，发表于《教学月刊中学版》，被《中学化学教与学》转载。1、革新实验方法2、课题驱动教学1、请设计合理方案用化学方法检验墨粉中是哪一种铁的氧化物（不考虑空气影响）。2、课题驱动教学以墨粉为课题进行探究性教学案例12过滤①③酸取适量墨粉滤液②Fe2+？Fe3+？2、利用废弃墨盒中残留的墨粉来制备一些有用的化学试剂：（1）由墨粉如何制得FeCl2溶液？（2）由墨粉如何制得FeCl3溶液？以墨粉为课题进行探究性教学案例12【探究2】墨粉中Fe3O4晶体的含量是衡量墨粉质量优劣的重要指标之一。你能设计实验，定量测定墨粉中Fe3O4的质量分数吗？请尝试写出你的方案。（已知：2Fe3++2I-=2Fe2++I2I2+2Na2S2O3=Na2S4O6+2NaI）过滤、洗涤稀H2SO4溶解取mg墨粉Fe2+、Fe3+滤液试剂1Fe3+溶液足量KI溶液含I2的溶液cmol/LNa2S2O3vmL试剂2计算含量【讨论】（1）试剂1是什么？如何判断恰好反应完全？（2）试剂2是什么？如何判断恰好反应完全？以墨粉为课题进行探究性教学案例121、创新大赛3、媒体推广2、教师交流基于实验四、交流推广1、创新大赛在全国、省、市青少年科技创新大赛中有15个项目获得一、二等奖•研究型团队建设制度陈致同学创新项目《自来水异味电氧化去除装置》参加第67届英特尔国际科学与工程大奖赛斯德哥尔摩青少年水奖特等奖全国青少年科技创新大赛一等奖1、创新大赛《寒武碰撞性大陆起源与生命进化的证明》张维加获得“明天小小科学家”称号(全国仅3名)，并被保送北大就读，现在英国牛津大学攻读硕博，已获英国皇家天文学会最年轻的会士2、教师交流全国各地讲座30余次3、媒体推广天气预报瓶3、媒体推广化学实验室建设现代分析仪器：高效液相色谱，红外分光光度计，紫外可见分光光度计，旋光仪，原子吸收分光光度计，总有机碳元素分析仪等。请批评指正