化学实验设计能力的培养与评价

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　　化学是一门以实验为基础的学科，实验性是化学最基本的特征。化学实验是培养学生观察能力、操作能力、分析和解决问题能力以及思维能力的重要途径。“课程标准”一方面要求学生掌握规定的实验，包括了解实验的目的、实验原理和实验步骤，会控制实验的条件和使用实验仪器，会观察和分析实验现象，解释实验结果(数据)并写出实验结论；另一方面要求学生具有设计简单实验方案的能力，即学生自主设计实验原理、选择实验装置、安排实验步骤、设计数据处理的方法及分析实验的现象，能通过分析和推理得出实验结论的能力。化学实验设计通常包括：①设计实验方案；②设计实验步骤；③设计实验的改进方法等。
　　
　　一、实验设计通常遵循的三个原则
　　
　　1．单因子变量原则
　　即控制其他因素不变，只改变其中一个因素，观察其对实验结果的影响。如用MnO2等金属氧化物改变KCLO3分解速率的探究实验。
　　
　　2．平行重复原则
　　即控制某种因素的变化幅度，在同样的条件下，重复实验观察其对实验结果的影响程度。如：通过P、s、Fe等单质在空气中与氧气的燃烧现象的对比，概括氧气的性质，并由氧气的性质理解影响燃烧剧烈程度的外在因素。
　　
　　3．设计对照原则
　　即实验中设置对照组，使实验结果具有说服方。如铜、铁锈蚀的探究实验，燃烧条件的探究等。
　　
　　二、实验设计的基本方法
　　
　　1．了解题目的要求
　　解题时，首先要认真分析和领会题意，明确实验的目的和要求，看清题意是要求设计实验方案、步骤，还是分析实验结果。
　　
　　2．明确实验的原理
　　“题在书外，理在书内。”认真分析材料所蕴涵的信息与教材内容的相关性，确立具体应用化学上的哪一条基本原理。
　　
　　3．确立实验的思路
　　根据实验的原理对实验做出假设，明确应遵循的相应的实验原理，并充分利用题中提供的实验药品、仪器来设计实验的具体思路。
　　
　　4．设计实验的步骤
　　根据实验的目的、原理和具体的思维程序，设计出合理的实验装置和实验操作步骤。如把制取气体的化学反应与制取气体的装置的选择相结合，确立气体的制备装置，把实验装置与实验的操作相结合独立完成实验。同时要注意：一是题目中给出的实验试剂和仪器一般要充分利用；二是除非题目允许，否则，不可以自己随意增加实验试剂与实验仪器装置。由于实验设计是一个开放性的过程，可能存在多种实验操作程序，所以一般应遵循以下几个要求：原理的正确性、操作上的可行性、经济上的合理性和符合环保要求的安全性。
　　
　　5．记录实验现象和数据 在实验中将观察到的现象如实、准确地记录下来。除用文字记录外，还可以用数据或化学方程式进行记录。
　　
　　6．分析得出结论 根据实验的现象和记录的数据，通过分析、推理得出实验结论，并用文字、图表和化学方程式等方法做一个简明的总结。
　　
　　三、实验设计题型的类析
　　
　　1．设计实验方案
　　题目给出实验的目的以及一些附加的条件，让学生设计实验方案，写出实验的原理。解答这类题型首先要根据题目的要求和给出的条件，确立和书本相关的知识点及实验原理，构思相关的化学实验情境，然后设计便于操作的实验方案。
　　例1：将一定量的碳和一定质量的氧气置于密闭容器内，在一定条件下使二者充分反应后无固体剩余，得到无色气体。你认为反应后密闭容器内气体的组成最多有三种可能。根据你的猜想，选择其中复杂的一种可能的组成，设计实验方案进行探究，将有关的内容填写在下列表格中(简述或图示)。
　　
　　
　　2．设计实验的步骤
　　根据题目的要求及实验提出的目的设计或补全实验步骤。这类题目体现了理论联系实际的原则和学以致用的目的。要求学生在平时的学习中有较强的实验意识，在具体的实践中逐步掌握根据实验试题的要求和有关原理设计简单的实验方法的能力，以及通过分析和综合，比较和论证选择解决问题的最终方案的评价能力。
　　例2：不法商贩为牟取暴利，不择手段制造假冒商品，请你根据学过的化学知识，设计简单的实验方案，用化学方法鉴别下列物质的真伪。
　　(1)用自来水冒充纯净水(蒸馏水)。
　　(2)用质量分数为95％的乙醇溶液冒充无水乙醇。
　　(3)铝合金冒充纯银制品。
　　下面是实验操作、现象、结论及化学方程式：
　　(1)取3～4毫升样品，滴入酸化的AgNO3溶液后，轻轻振荡。如有白色状沉淀生成，则是自来水；若仍澄清则是蒸馏水。因为自来水在用氯气消毒后，会在水中留有微量的氯离子。
　　
　　3．设计改进方法
　　考查学生对化学实验设计的严密性和科学性的评价，并以此为媒介引导学生探究解决问题的最佳方法，进一步培养学生的创新精神和实践能力。
　　例3：某校化学课外活动小组积极开展环保活动。他们对学校所在地的一所化工厂排出的污水进行多次检测，发现其中含有大量的Zn2+、Hg2+、Fe2+、Cu2+四种金属离子，如不处理会对环境造成污染。为防止污染并回收金属铜，同学们设计了如下实验方案：
　　
　　(1)三种方案中能制得纯净Cu的方案是方案三。
　　(2)在能制得纯净铜的方案中，实际上仍对环境(空气污染)的步骤是③滤渣中的汞(液态附着在铜粉上)在加热时蒸发到空气中，污染空气。在加热装置上连接一个冷却装置，将汞蒸气冷凝回收。
　　
　　4．综合实验设计型
　　此类试题为完全开放性，其条件、方法和方案均具有不确定性。要求学生思维发散，根据具体要求自行设计。
　　例4：稀盐酸中存在＿种粒子。稀盐酸可使紫色的石蕊试剂变红。请你设计实验，探究盐酸中是哪种粒子使紫色试剂变红的。
　　盐酸是氯化氢气体的水溶液。HCI=H++Cl-在溶液中共存在三种粒子即水分子、氢离子和氯离子。对比实验设计如下：
　　(1)将蒸馏水喷洒在浸过紫色石蕊试剂后烘干的紫色花朵上，花朵的颜色没有变化，则说明水分子与石蕊试剂不发生反应。
　　(2)用三支小试管分别各取少取氯化钠溶液、氯化钾溶液、氯化镁溶液，向三支试管分别滴入几滴紫色石蕊试剂，发现三支试管中的溶液均无变化。说明紫色石蕊遇稀盐酸溶液变红与氯离子无关。
　　(3)用三支小试管分别各取少取稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸，向三支试管分别滴入几滴紫色石蕊试剂，发现三支试管中的溶液均变成红色。说明紫色石蕊遇稀盐酸变红与氢离子有关。
　　结论：氢离子在溶液中遇紫色石蕊试剂，发生化学反应生成显红色的新物质，使溶液变成红色。
　　
　　(作者单位：双城市周家第2中学)
　　编辑，张烨
　　E-mail：hit790205＠l63．com
　　
　　机会的意义
　　一个人在海上遇难，漂流到了一个小岛上，他建了个小木房，还储存了一些食物在里面。每天他想尽办法寻找生机，一大早就要登上高处张望。可一个星期过去了，一只木船的影子也没看见。
　　这天，他正在岸边张望，突然狂风大作，雷电轰鸣。一回头，他看见自己的木棚方向升起浓烟，他急忙跑回去原来雷电点烯了他的木房，大火熊熊燃烧起来，他真希望能赶快下一场雨浇灭这场火，因为他所有的食物都在这里！可是，火渐渐地把棚子烧成灰烬，天却渐渐地转晴了，一滴雨也没下。
　　他绝望了，认为这是上帝的惩罚。他心灰意冷地到一棵树上结束了自己的生命。
　　就在他停止呼吸后不久，一艘船开过来，人们来到岛上，船长一看见灰烬和吊在树上的尸体就明白了一切，他说：“他没有想到失火后冒出的浓烟把我们的船引到这里，他只要再坚持一会儿就会获救的。”
　　机会常常在最意想不到的时刻到来，对于我们来说，不仅要有创造机会的能力，还要有等待机会的勇气，就像要漫漫长夜等待黎明，太阳总是在最黑暗的时刻后升起。
　　
　　(作者单位：山东省临清市曹岗小区建委家属院4号楼一单元四层西户)

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