时间：2022-08-28 00:55:22
关键词： 《化学实验装置的设计与优化》 化学实验 设计优化 二轮复习
一、考纲分析
浙江省普通高考考试说明中对化学实验部分明确有12点考试意见。其中大部分是针对具体实验提出的基本要求，比如：中和滴定、常见分离提纯方法、常见气体制备方法，等等。这些在一轮复习中应该都已经打好坚实的基础了。而第11点的要求是：能绘制和识别简单的实验仪器装置图；能根据具体情况设计解决化学问题的方案，并能对设计的实验方案进行分析、比较、优化和改进。这应该是对能力要求的进一步提升。二轮复习的目的应该在于提升学生的这一部分能力，教学生一种思考方式，给学生一个思维方向。
二、教学设计思路
实验装置的选择与分析是实验成功的关键，是实验分析的关键环节，也是最能体现实验能力的一个环节。本节课就以实验装置的选择与分析作为中心任务，以三个基础课题为出发点，从试剂选择、气体净化、气压变化三个方面，由浅入深地分三个步骤分别锻炼学生基础原理剖析、分析改善装置，以及对已有装置进行设计改进的能力。
三、授课流程
课题一：1.制气试剂的选用：与亚硫酸钠反应的酸是盐酸还是硫酸？
2.净化试剂的选择：干燥使用浓硫酸还是碱石灰？
3.防倒吸方法讨论。
4.气密性检验。
设计意图：本实验为制气基础实验，原理、装置和讨论点都不难，其意有三：起步简单，让学生尽快进入角色，思维复苏；锻炼学生基础原理剖析以及绘制、识别简单实验仪器装置的能力；从中总结出实验分析的常见切入点。
课题二：
已知某纯碱试样中含有NaCl杂质，为测定试样中纯碱的质量分数，请从下图中挑选所需仪器（可重复选用），完成实验。（依次为ABCD）
具体讨论点：
1.在C―B―D（基础原理分析）的基础上讨论头尾的空气中杂质气体的净化装置，将其完善成B―C―B―D―D。
2.讨论测定二氧化碳还可以采用排水量气法。
3.比较两种量气方法优劣。
4.针对排水量气法二氧化碳可能溶于水的弊端，讨论改善方案（采用有机溶剂覆盖法）
设计意图：本实验为定量测量实验，主要想借此题锻炼和提升学生分析完善实验装置的能力，并引导学生可以对原有装置做简单的调整改进和比较。
最终两种成功装置如下：
课题三：
实验室可用氯气与金属铝反应制备无水三氯化铝，该化合物遇水蒸气发生强烈水解，100℃左右时升华。（金属与酸蒸气高温下不作用）
具体讨论点：
1.分析装置中各仪器的作用（其实就是基础原理分析）。
2.思考实验装置中尚缺的装置（尾气处理、气体净化）。
3.针对上一点提出的氯化氢气体是否需要净化进行讨论。（不是所有的非目标气体都需要出去，要紧密关注实验目的，我们的一切操作都是为了它而服务的。）
4.现有实验装置的完善（制氯气装置该用分液漏斗+圆底烧瓶，易于控制制气进程）。
5.两种产品接收装置的比较（图如下）。
6.采用了防堵塞装置后仍有可能堵塞，如何设计才能实时监控？（安全瓶的使用）
最后完整装置如下：
设计意图：本题涉及的物质虽较为陌生，但有明确的信息提示，近年来高考原题也有涉及类似物质制备。与前两题相比，此题起点稍高，原理也稍复杂，是一个思维提升。另外，此题主要锻炼学生分析完善和设计改进的能力，所涉及的知识点也比前两题难一些，尤其是安全瓶的设计，三个课题是一个循序渐进的过程。希望在具体授课时能达到这样的层次。
最后一个综合性题目：
设计一套实验装置，在实验室中利用空气、铁粉、稀硫酸及其他必要试剂来制取氨气。
四、板书设计
实验装置的分析与设计
（一）基本思路
基本原理剖析―分析改善―设计改进
（二）主要着眼点
试剂选择：减少杂质、不减少目标物、降低反应条件，等等。
气体净化：尾气吸收、紧扣试验目的、全面分析杂质来源，等等。
化学是一门以实验为主的学科，实验是提高学生的动手操作能力，更好的熟练掌握实验中的方法和要点的主要途径。化学实验台作为实验化学的基本设备，在实验过程中其操作体验，安全系数都至关重要。本文旨在研究设计一种新型多用化学实验台，这种新型化学实验台结构简单，使用方便，在进行化学实验时安全可靠，操作起来简便、省时省力，极大地减轻了学生的操作难度。
关键词：
化学实验台；新型；多功能
化学实验台是用于教学、科研等工作的实验载体，是实验室的基本设施，不仅可以用于实验操作，也能用来储存试剂等[1]。其主是由框架、台面、箱体、抽屉、地脚、拉手等部分组成，依据使用场合的不同，对每个部分的设计和材料选择都有着不同的要求。多存在于学校，研究所，化工厂等场所，是进行化学实验不可或缺的设备。市场上现存的化学实验台主要有全钢结构实验台、钢木结构实验台、铝木结构实验台、全木结构实验台、PP结构实验台等种类[2]。本文针对用于教学演示的实验台进行研究和设计，结合市场上现有的实验台的优缺点，研究设计适合高中教学演示工作的多功能实验台，以更方便、更全面的展示化学实验。
1常用化学实验台的弊端
市场上现存的化学实验台能满足大多数化学实验的需求，但是在教育器具领域，专为高中化学实验设计的实验台却很少见到，大多数的实验台往往功能强大但结构复杂，维护困难，对缺乏化学实验操作经验的学生群体来说，既无法物尽其用也存在一定的安全隐患。本文对化学实验台现存的一些问题进行了简单的研究分析[3]。
2空间利用
化学实验台因类型不同有着不同的尺寸，但高中化学实验涉及加热萃取，分解合成等各种不同反应，需要用的仪器也同样数量种类繁多，包括铁架台，玻璃仪器，酒精灯、坩埚等等。且台面整洁干净是安全实验的保障，常用试剂的保存也对实验台的空间利用提出了更高的要求。如何合理利用有限的空间，最大限度的存放教学演示所需仪器和试剂就对实验台的设计提出了较高的要求。现存的化学实验台抽屉和柜体设计难以满足高中化学实验用仪器和试剂的摆放，空间设计不合理，加大了学生操作的难度。
2.1功能欠缺
普通的实验设备功能单一，操作复杂，例如缺乏摆放天平的位置，操作区域混乱，不具备进行多种实验的功能，不方便学生的操作和学习。这一缺陷带来的结果就是，在教学过程中，很多实验无法让学生动手参与甚至无法演示，“纸上得来终觉浅”，从而学生无法掌握实验中的方法和要点。实验台的材料选择同样限制着所进行的化学实验的范围，如酚醛树脂的台面其耐受温度较低[4]，进行加热实验时需要额外注意隔热，在做设计强酸强碱类具有腐蚀性的试剂的实验时，要注意台面的抗腐蚀性能。同样，缺乏某些功能甚至会给实验带来安全隐患。
2.2能源供给短缺
在进行化学实验时，很多实验需要加热回流，或者加设电场，这就要求化学实验台能够提供这些能源，或者留有提供能源的管道或线路。现有的化学实验台一般都会配备有插座，但很难满足既有燃气配给又有回流用水流配给[5]，所以，多功能的化学实验台需要能够满足大部分能源的配给，并为能源的通进通出设计合理的管道和线路，保证能源的充足配给和安全。
2.3使用寿命和设备维护
化学实验台使用寿命的长短受很多因素的影响，试剂残留会对实验台面产生腐蚀；水渍长时间的在台面或柜体的表面，会导致实验台潮湿，从而使实验台的边缘受到影响；实验室的湿度会使实验台的连接零部件生锈，腐坏。实验台的轨道维护也是非常重要的，如果实验台抽屉中的轨道一旦出现问题，就会导致轨道损坏，无法继续使用等问题，如何保证实验台的使用寿命得到有效提升，一开始的设计和材料的选择就非常重要，日常实验过程中的维护也应该多加注意。
3改进方法
针对现存的化学实验台的优缺点以及教学适用环境需求，本人对现有的研究成果进行研究分析，结合所学知识和实践经验，研究设计了一种新型多功能化学实验台，此实验台包括集成式实验桌，其特征是在集成式实验桌前侧设置有抽屉柜，抽屉柜前侧设置有存放抽屉，存放抽屉前侧设置有抽屉把手，抽屉柜右侧设置有实验桌开启板，实验桌开启板下侧设置有转轴，实验桌开启板上侧设置有开启把手，集成式实验桌右侧设置有排水管，集成式实验桌左侧设置有电源线输出口，电源线输出口左侧设置有电源导线，电源导线上侧设置有电源插头。本实用新型结构简单，使用方便，在进行化学实验时安全可靠，操作起来简便、省时省力，极大地减轻了学生的操作难度。
3.1空间利用合理
这种新型多功能化学实验台在集成式实验桌前侧设置有抽屉柜，抽屉柜前侧设置有存放抽屉，存放抽屉前侧设置有抽屉把手，留存有较大的空间存放化学试剂和仪器。实验台框架材料能够防明火、防潮湿、防高温、避免了日光直射、干燥、通风良好，且两个抽屉分层可以杜绝药品存放过程中挥发反应的隐患。抽屉柜右侧设置有实验桌开启板，配备有高精度称量器，称量器的左侧设置有操作垫，这一设计确保了实验区和药品存放区的隔离，保障了实验区的空间又确保了实验的安全性，使得实验操作安全方便。
3.2功能齐全
通过对高中实验化学知识的学习，可以将现在高中化学实验主要分为物质的提纯和分离以及气体的制备，主要步骤有分离、萃取、反应、收集、除尾气等，需要用到铁架台、酒精灯、启普发生器、坩埚、滴管等实验设备和仪器。本实验台配备高精度的称量器，铁架台和加热圈等基础设备，操作台和足够的操作空间，且操作台面平整、不易碎裂、耐酸碱及溶剂腐蚀，耐热，不易碰碎玻璃器皿。实验台下侧设置有固定脚，有利于更好的固定设备，防止设备在进行实验使用时发生滑动影响操作。能够满足教学实验需求，且操作方便，简单安全。
3.3能源供给充沛
本实验台除了常规配备的电源设备和插座，还设计了较大的冲洗池，供水导管、冲洗水管和冲洗口，并在冲洗水管下侧设置有水管固定板，同时也可以满足实验需要回流装置时的水源问题，水流从冲洗口流出，回流到冲洗池，使用方便，在进行化学实验时安全可靠。实验过程中需要加热时可以使用配备的铁架台和加热铁圈，使用完之后可以直接冲洗水管进行冲洗和清洁，保证设备的洁净。确保实验过程中能源的持续供应和安全使用。
3.4维护方便
考虑到实验过程中试剂和水渍对实验台面的腐蚀作用，以及空间湿度对各连接零部件的锈化，本实验台在设计之初在原料的选择上就多方研究，参考比较。常用的台面有酚醛树脂复合贴面板，酚醛树脂实心板，环氧树脂以及陶瓷台面[6]，考虑其抗摩擦性能，耐冲击性和耐污染性，不弯曲，耐有机溶剂，绝缘，耐腐蚀和耐热，本实验台采用优质的环氧树脂做台面，方便清洗和日常维护。其他金属零部件都采用不锈材料以提高实验台的使用寿命。其次在使用的过程中，还可以定期在实验台的轨道上面涂抹一些油，从而保证轨道运行的顺利性，防止轨道因为干燥而给使用带来影响。
4结语
参考了市场现存的多种化学实验台，本人结合自己所学知识和实验经验，从结构设计到原料选择，多方研究比较，研究设计了这款新型多用化学实验台。此实验台属于教育用具技术领域，结构简单，使用方便，空间设计合理，功能齐全，能源供给充足安全，使用寿命长，维护方便，在进行化学实验时安全可靠，操作起来简便、省时省力，极大地减轻了学生的操作难度，能充分满足教学过程中的实验需求，并以发表实用新型专利《新型多用化学实验台》。当然，此实验台还存在许多不足之处，需要在实际的实验过程中被发现并加以改进。在往后的教学实验中，随着所学知识难度和复杂性的增加，化学实验台必定发挥着越来越重要的作用，必须满足越来越多、越来越高难度的实验需求，除了需要提供更多基础工具，还需要满足多功能化的需求，这就需要更加科学的设计，更加齐全的功能以及较长的使用寿命和简单方便的维护，以满足学生群体实验操作简单方便，安全可靠。
作者：阮珺逸 单位：济宁市兖州区第一中学
参考文献：
[1]崔云鹏,基于实验台架的某机枪实验模态分析研究[J].机械设计与制造,2013,(3).
关键词： 开放式化学实验 多金属氧酸盐配合物 光催化 能力
实验教学是高等教育的重要组成部分。开放式实验教学以培养大学生的创新能动性为前提，突出化学实验的研究与应用。一改过去“照方取药”的实验教学模式，大学生可以根据自己所学化学理论知识与兴趣选做专业内实验。在完成基础性实验内容后，可酌情安排开放式化学实验，其可以发挥学生的主观能动性，激发其创新意识。鼓励学生通过查阅相关知识领域文献资料，设计和制订可行方案。实验完成后自行对所得数据进行处理与分析，考查学生解决问题和数据处理的能力。
多金属氧酸盐以其丰富的结构类型和特异、优良的物理化学性质，在催化、材料科学、生物化学及医学等领域具有广泛的应用前景。本实验以多金属氧酸盐为建筑单元、利用金属离子配合物作为扩展结构的连接体，得到多金属氧酸盐配合物。该配合物耦合了多金属氧酸盐的催化性能和配合物结构的孔道结构，因此可以作为一种新型的光催化材料用于环境中污染物的降解。
本实验以硅钨酸H■SiW■O■、有机配体MOPIP、金属盐MnCl■・4H■O为反应原料，水为溶剂，在165℃的水热条件下制备得到多金属氧酸盐配合物。通过X射线-单晶衍射、红外（FT-IR）、热重（TG）等实验表征手段对配合物的组成和结构进行表征。利用紫外可见光谱（Uv-vis）对配合物光催化降解目标污染物罗丹明B和亚甲基蓝的降解效果进行表征。为环境中有机染料的降解提供绿色新的解决方法。
1.实验部分
1.1实验试剂和仪器
邻菲啉衍生物MOPIP配体按照已发表的文献合成[1]，金属盐MnCl■・4H■O，硅钨酸（H■SiW■O■），罗丹明B（RhB）、亚甲基蓝（MB）和氢氧化钠均在国药集团化学试剂有限公司购得，且未做纯化。布鲁克公司SMARTAPEXⅡCCDX-射线衍射仪，Perkin-Elmer240C元素分析仪，NicoletNexus470FT-IR分光光度仪，Netzsch STA449C热重分析仪，岛津UV-2450紫外可见分光光度计。
1.2配合物结构的表征
配合物单晶结构采用布鲁克公司SMART APEXⅡCCD X-射线衍射仪测定。配合物的元素（C，H，N）分析采用Perkin-Elmer 240C元素分析仪。红外光谱是采用Nicolet Nexus 470 FT-IR分光光度仪，用KBr进行压片，在400-4000cm■范围内扫描得到。热重实验采用Netzsch STA449C热重分析仪，以10℃/min为升温速度，在0℃至1200℃温度范围内进行测定。
1.3配合物结构的制备
将反应物MnCl■・4H■O（0.048g，0.25mmol），H■SiW■O■（0.35g，0.12mmol），MOPIP（0.082g，0.25mmol）和H■O（18mL）放入烧杯中，在室温下搅拌30min，并加入NaOH溶液调节pH为6，然后将混合物装入25mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，在165℃下恒温晶化5天，以5℃/h的速度梯度降温至室温。产物经过去离子水多次洗涤、过滤后得到红色针状晶体，产率为59%。
1.4光催化降解罗丹明B和亚甲基蓝的实验
实验以氙灯作为紫外光光源，罗丹明B（RhB）和亚甲基蓝（MB）溶液的初始浓度为2×10■mol/L。称取100配合物样品，超声分散在100mL罗丹明B（或者亚甲基蓝）溶液中。将混合溶液装入石英的反应瓶中，加入磁性转子，连接好光化学反应器。实验开始后，先在暗反应条件下搅拌30min，开灯后每隔30min抽取样品溶液，离心，取上层清液，采用UV-2450紫外分光光度计对溶液中染料吸收峰的强度进行考察。
2.实验结果与讨论
通过X射线-单晶衍射、红外光谱、元素分析、热重等对配合物的结构进行表征，表明配合物的结构为双核的结构，其可以通过π-π堆积形成一维链，并进一步扩展为二维平面结构及三维超分子结构。利用紫外可见光谱对配合物的光催化降解实验进行考察，从谱图中可以观察到目标污染物罗丹明B和亚甲基蓝的吸收峰明显降低。此外用肉眼明显看到，目标污染物罗丹明B的溶液由红色变为白色，亚甲基蓝的溶液由蓝色变为无色。从上面的光催化实验结果可以得到合成的配合物对染料具有广泛性的降解效果。
学生通过本开放实验学习和操作，可以掌握无机化学实验中的基本操作，如准确称量、配制溶液、pH值测定；仪器分析化学中关于利用KBr压片法测定配合物的红外光谱、熟悉和掌握紫外可见分光光度计、元素分析仪的操作步骤和准确使用。学生除了需要正确熟练地掌握上述化学实验基本操作技能外，还应具有处理和分析数据能力，即使用计算机对上述得到的数据进行作图和分析。其中包括运用Shelxl软件对所得晶体数据进行解析，并用Diamond软件画出晶体结构图；应用Excel和Origin软件做出和处理红光光谱仪得到的红外谱图，紫外分光光度计得到的催化降解谱图，以及热重分析仪得到的热重图谱。
此外，本开放实验可以培养学生利用所学理论知识对谱图进行分析，如红外谱图中吸收峰的位置应归属于何种基团的振动，热重谱图中每个阶段的失重归因于配合物种哪种基团的分解等。
水热法是制备功能材料一种最简单、优异的合成方法，采用此方法可以合成结构多样且具有功能性的新型材料。我们将具有催化活性的多金属氧酸盐和结构可控的配合物进行组装，得到了结构多样的多金属氧酸盐配合物。该多金属氧酸盐配合物是一种新型光催化材料，其可以利用环境友好且绿色的光催化技术达到降解污染物的目的。设计该开放实验旨在培养学生的综合能力，让学生熟练实验基本技能，熟练数据处理技巧，提高分析数据的能力，增强理论学习的实用性，为学生以后搞科研、写论文、工作打下良好基础。
摘要:初中化学实验课在初中化学的教学中占据了很重要的地位，实验教学能够直观的展示化学知识点，更容易被同学们接受和吸收．优化设计初中化学实验课的教学能够有效地激发同学们学习化学实验的积极性，有利于同学们更好的理解化学的概念知识点，增强同学们的自主动手能力，以及创新能力．本文从以下几方面努力:1．初中化学实验课教学优化设计的必要性;2．初中化学实验课教学优化的原则性;3．优化设计的策略性．因此，我们应该不断地优化初中实验课的教学设计，以此来提高教学质量和学生的学习效果．
关键词:化学实验课;优化设计;原则策略;可行性;安全性
1．初中化学实验课教学优化设计的必要性
随着教育改革的深入，初中化学的实验课教学的需求也越来越大，为了满足初中化学实验课教学的需求，作为教师我们必须从根本上优化初中化学实验课的课程设计，并且采用相应的策略来完善优化初中化学实验课的课程设计．在一些陈旧的教学观念中，化学实验课始终是以老师为中心，以老师的演示实验以及课堂讲解为主，先有结论后有验证．在这种模式下，同学们会养成依赖性，缺乏实验的主动性以及创造性．同时，也不利于同学们的独立性思考能力的培养，单单的为了完成实验而去做实验，并没有让同学们体会到做实验的乐趣，也不利于同学们的操作能力的培养．在初中化学实验课的教学中，优化教学设计能够极大的提升同学们的动手操作能力．在实验课中，实验的过程是极其重要的，但是，在教学的过程中，教师们往往是由于初中化学实验多为验证性试验而忽略实验的过程，这样一来，同学们的思考方向就大大的被束缚了．对于实验中出现的一些异常现象同学们也只会当做实验失败处理，而错失了深入了解实验的机会，初中化学实验课教学的优化设计能够提升同学们以及教师对于实验的过程的重视，培养同学们的发散性思维，使得实验的目的更加明确．当然，在优化初中化学实验课教学的过程中，应该根据同学们以及教学的实际情况，适当的增加探究性的实验．这类实验能够给同学们更多自由发挥的空间，对于实验的探究也是多方面的，减少了很多的限制，使得教师的教学效果更加明显．在同学们自己动手进行探究实验的过程中，也大大的避免了同学们单纯的重复教师演示实验的实验步骤这种现象的出现．在一定的程度上，优化初中化学实验课教学设计能够充分的挖掘同学们的创新创造能力，以及自主动手操作能力．
2．初中化学实验课教学优化设计的原则性
在初中化学实验课进行教学优化设计时也要遵循一定的原则，“无规矩不成方圆”，有了一定的原则才能更好地优化设计初中化学的实验课教学．初中化学实验课教学的优化设计的基石就是课程优化设计的科学性，科学合理的理论支持以及研究方法能够从根本上提升初中化学实验课的优化设计的程度，在一定的程度上也会避免实验中可能会出现的意外和危险．可行性以及安全性也是初中化学实验教学优化设计的重要条件和重要保障．切实可行的实验能够保证同学们的实验有效有序的进行，确保了同学们进行化学实验的前提条件得以实现．安全性则是初中化学实验的重中之重，初中化学实验必须以安全为主，为了保证同学们的安全应该尽量避免使用有害的药品以及危险的试剂．尽量的优化初中实验教学的安全性，更多的教授给同学们对于一些紧急情况的处理方法，使得同学们的实验更加安全．当然，实验的简易性也是必不可少的，初中生动手能力不强，过于程序复杂的实验更容易失败，相应的发生安全事故的可能性也越大．比如，在探究白磷的燃烧条件的实验时，就可以将实验简易化，利用下图所示的装置进行实验，更加简单易操作．简易性的实验也要满足实验的科学性以及合理性，这样才能更好的帮助同学们理解初中化学实验的原理．遵循以上原则，合理的优化初中化学实验课教学设计，确保同学们的实验动手能力更好的得到培养．
3．初中化学实验课教学优化设计的策略性
在初中化学实验课的教学优化设计中也需要一定的策略．初中生好奇心强，为了实验的顺利进行，首先应该要引起同学们的学习兴趣，利用一些简易的生活中的化学现象来激发同学们学习的兴趣．比如，向石灰水里边呼气就能使得石灰水变得浑浊，这种现象显然会引起同学们的注意，然后就可以顺利的展开下面的实验课教学活动了．优化初中实验课教学设计首先要改变教师的思想，必须要以同学们为主体，优化教学方案，从而使得初中化学实验课的重要性得到重视．优化初中实验课教学设计有效的培养了同学们的动手操作能力，同学们自主学习的积极性也有了极大的提升，进而全面的提升同学们的各项素质．在优化初中实验课教学设计时，要从同学们的实际出发，应该注重化学理论课程以及化学实验课程的有机配合，从而更好的使实验的达到预期的效果．改变以教师演示实验为主体的教学模式，充分有效的发挥同学们能动性，培养同学们的自主动手操作能力，这样才能充分的调动同学的学习积极性，让同学们在一种乐于学习的氛围中完成初中化学实验的学习．合理的优化初中化学实验课的教学设计能够充分的提高初中教师对于初中化学实验课的重视程度，并且有效的提高同学们的自主动手操作能力，以及上课的实验观察能力，在一定程度上也改善了化学实验课程的教学效果．在初中化学实验课的优化设计探究的道路上，我们还有很长的一段路要走，我们还需要不断地摸索，这需要我们广大的教育工作者一起努力和奋斗．
作者:顾云龙 单位:江苏省宝应县安宜镇沿河初级中学
关键词：化学实验；教学设计；催化剂；反应速率
文章编号：1005C6629（2015）2C0040C04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
化学实验不但是验证化学理论或假设的一种科学研究手段[1]，也是学生获得化学知识、掌握相关化学实验技能的学习方法[2]。王磊等[3]认为，新课程改革所倡导的实验内容具有更加广泛和丰富的内涵，应该包括问题要素、本体要素、知识要素、方法与技能要素、态度要素等五个要素。这五个要素不但涵盖了实验原理、实验技能和实验仪器等传统三要素观点的内容，同时也反映了化学实验教学在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面的要求。
在教材中，有关实验的编排往往只是对操作过程及现象观察进行描述，没有完整地呈现实验内容的全部要素。如果完全按教材编排的内容进行教学，常常会使得某些内容被忽视，实验的教学功能也会弱化为理论教学的辅助手段，难以真正落实“使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究意识，促进学习方式的转变，在实践中培养学生的创新精神和实践能力”[4]的基本理念。因此，教学过程中，需进一步分析实验内容要素，合理设计实验教学，充分发挥化学实验的教育教学功能，最终达到培养学生科学素养的目的。
1 实验教学设计模式
基于实验内容要素分析的实验教学设计，强调较全面地呈现实验教学内容，不但要帮助学生获得化学知识，也要帮助学生学会化学实验技能，提高科学探究能力、化学实验能力、实践能力，促进学生学习方式的转变。其总体思路是将教材中的实验内容按问题要素、本体要素、知识要素、方法与技能要素、态度要素等五要素进行分析、丰富，并设计探究式实验教学环节，将分析并丰富后的内容有机整合到探究式实验教学环节中（见图1）。
在该设计模式的要素分析中，问题要素是指实验要解决的问题、揭示的规律或提供的事实；本体要素是实验的物质条件，包括实验条件、实验药品、仪器设备等；知识要素是指实验原理、实验步骤、实验对象和实验手段等方面的知识；方法与技能要素是指《普通高中化学课程标准》对“化学实验基础”活动与探究建议中的有关实证研究方法、实验操作技能、实验条件控制、数据的定量处理、模型和假说等科学方法和技能方面的内容；态度要素主要指实验安全意识、绿色意识、环保意识，以及对实验的认知和态度等。从这五个要素来分析实验教学内容组成，能全面地呈现实验教学的内容；同样，基于这些内容，确定的教学目标能够关注到知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面，从而避免内容缺失和教学功能弱化。
2 实验教学设计过程
在教学中，我们按基于实验内容要素分析的实验教学设计模式进行了教学设计和实践，取得良好效果。现以人教版普通高中课程标准实验教材《化学2》（2007年第3版）第二章实验2-6“催化剂对反应速率的影响”为案例（以下称实验2-6），来说明该实验教学的设计过程。
该实验在教材中的陈述为“在3支大小相同的试管中各装入2～3mL约5%的H2O2溶液，再向其中2支试管中分别加入MnO2粉末、1～2滴1 mol/L FeCl3溶液。对比观察现象”。
在教学中，我们将其作为演示实验进行教学。
2.1 要素分析
从实验内容的五个要素分析实验教学内容的组成，其目的是完整呈现实验教学的全部内容。
2.1.1 问题要素分析
问题要素是实验内容的核心要素，实验只有围绕要解决的问题，才具有探究性和目的性。教材中部分实验课题明确提出了要探究的“问题”，这个“问题”也即是该实验的问题要素。而对于一些没有提出明确探究问题的实验课题，通过分析该实验的意图及其在教学内容体系中的价值，也可以提炼出该实验的问题要素。
案例 实验2-6的陈述中并没有明确提出问题，但从教材前后内容来看，实验主要是探究有哪些因素能够影响化学反应速率，意图是通过该实验得出催化剂能够影响化学反应速率这一结论，因此我们将该实验的问题要素确定为“MnO2、FeCl3对H2O2的分解速率有什么影响？”。
2.1.2 本体要素分析
本体要素是实验的物质条件。分析实验内容的本体要素，就是要从教材陈述的实验过程中提炼出完成该实验所需的所有药品、器皿、仪器设备及其数量，特别是教材中没有明确写出、但又是必需的器皿等。
案例 实验2-6中，本体要素除了包括MnO2粉末、1 mol/L FeCl3 10mL（滴瓶装）、5%的H2O2 50mL（新配制）、清洁的试管3支外，还包括教材没有写明的塑料透明试管架、药匙、纸槽等。
2.1.3 知识要素分析
知识要素既是解决问题的必备基础，也是实验教学目标的具体体现。因此，要考虑两个层面，一是实验前学生应具备的知识基础，二是完成实验后学生应获得哪些新的知识。知识要素的分析，具体从实验原理、实验步骤，以及有关实验对象、实验手段的知识，实验后获得的结论等方面进行。
案例 实验2-6中，实验前学生应具备的知识：H2O2水溶液俗称双氧水，有毒，有腐蚀性，是强氧化剂；H2O2水溶液在一定条件下可分解为水及氧气，并产生气泡，气泡越多表明分解速度越快。实验后学生获得的知识：MnO2、FeCl3起催化剂作用，能加快H2O2的分解；催化剂能够影响化学反应速率。
2.1.4 方法与技能要素、态度要素分析
方法与技能要素、态度要素在教材中往往没有直接呈现出来，需要钻研课程标准、领会课程理念和设计思路，并从整体上把握教材编写意图和各模块、章节的教学目标，才能很好地分析。方法与技能要素方面，除了物质的检验、分离、提纯和溶液配制等化学实验基本方法和操作技能外，还包括实验设计、数据的定量处理等实证研究方法和技能方面的内容，以达到对学生探究能力、实验能力等的培养。态度要素方面，应根据实验课题的知识要素、方法与技能要素等方面的内容，分析提炼安全、环保、绿色意识培养，以及良好的实验工作习惯培养等的内容。
案例 实验2-6，除了巩固药品取用技能（MnO2粉末取用、FeCl3液体取用）外，还有简单对比实验的设计、实验条件控制等的技能。H2O2有毒性和腐蚀性，因而教学需进行学生安全意识、环保意识的强化。
2.2 目标确定
从要素分析来看，实验教学内容包括了知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等三个方面，因此教学目标的确定应有针对性地在这三个方面进行体现。但是化学实验的类型多样，不同具体实验课题的要素组成、教学侧重点有所不同，因此在重视体现教学目标完整性的基础上，也应根据具体实验课题在教学内容体系中的地位和价值，突出该实验课题核心教学目标。
案例 实验2-6，教材的意图主要是通过该实验来说明催化剂能够影响化学反应速率，因此该实验最为核心的教学目标是帮助学生获得这一基础知识。根据这个思路，结合要素分析结果，我们将实验2-6的教学目标确定为：
认知性学习目标：知道MnO2、FeCl3起催化剂作用，认识到催化剂能够影响化学反应速率。
技能性学习目标：学会简单对比实验的设计；巩固试管实验操作技能。
体验性学习目标：通过探究活动进一步培养分析问题、解决问题的能力；了解H2O2的毒性和腐蚀性，进一步培养安全意识、环保意识；规范操作，进一步形成良好的实验工作习惯。
2.3 过程设计
化学课程改革中，大力倡导以科学探究为主的多样化的教学方式，实验教学过程无疑采用探究式教学过程最为恰当。一般来说，探究式实验教学过程分为提出问题、建立假设、实验设计、收集证据和解释与结论五个环节，王磊等[5]从师生在不 同探究环节中所占活动主体的程度不同将探究式教学划分为五个不同的水平，从水平一到水平五，教师的作用越来越小，学生的自主性越来越大。
案例 对于实验2-6，我们作为演示实验进行教学。但作为一个具有研究性质的实验，仍然可采取探究式教学过程设计，具体环节见图2。
2.4 内容整合
在要素分析、目标确定的基础上，根据过程设计，将实验教学内容具体组成成分有机整合到各个实验教学环节中，设计出教学事件和流程。
2.4.1 提出问题
提出问题就是要明确实验探究的问题、揭示的规律或提供的事实。这些问题、规律或事实应对应于实验内容的问题要素。因此，在提出问题环节，要通过创设情景呈现实验内容的问题要素，引发学生思考、激发学生对实验的兴趣，引导学生围绕问题要素开展实验探究学习，使实验教学具有探究性和目的性。
案例 实验2-6，实验前教师提问：“MnO2、FeCl3对H2O2的分解速率有什么影响？”此问题与实验的问题要素相同。
2.4.2 建立假设
教师引导学生依据已有的知识和经验分析提出的问题，讨论实验的可能结果，作出猜想或假设。实验的可能结果及假设的具体内容涉及实验内容中的知识要素，即完成实验后学生应获得的新知识。因此，在这一环节，将实验后学生应获得的新知识这一知识要素通过假设的形式呈现。
案例 实验2-6，提出实验假设：MnO2、FeCl3可以加快H2O2的分解。此假设针对研究问题，体现知识要素。
2.4.3 实验设计
实验设计即设计实验方案，教师要引导学生初步学会设计实验方案，帮助学生发展科学探究能力。在这一环节中，要有计划地融入方法与技能要素中的实验设计方法，介绍自变量、因变量、实验组、对照组等概念，帮助学生理清实验的设计思路，引导学生一起设计实验方案来探究提出的问题、验证假设。
案例 实验2-6中，可体现实验技能中的对比实验设计要素，通过对比实验来验证提出的假设。引导学生一起设计该实验：自变量为MnO2、FeCl3；因变量为H2O2的分解速率；以加MnO2、FeCl3试管为实验组，以不加MnO2、FeCl3为对照组，通过实验观察哪支试管中H2O2的分解速率快。
2.4.4 收集证据（开展实验）
实验准备是实验内容本体要素，如实验药品、仪器设备的呈现过程，同时也是针对这些本体要素的知识要素、态度要素的教学环节。在这一环节中，要求对实验药品、仪器设备等进行展示、介绍，针对某些实验药品、仪器设备的知识进行提问回顾或讲解，帮助学生获得在实验前应具备的知识基础；同时，针对有毒、有腐蚀性、易燃、易爆实验药品，进行安全教育，培养学生安全意识、环保意识。
案例 实验2-6，实验演示前，教师逐一展示MnO2粉末、FeCl3溶液（滴瓶装）、H2O2溶液（新配制）、清洁的试管，并重点讲解H2O2水溶液在一定条件下可分解为水及氧气，产生气泡，气泡越多表明分解速度越快；同时强调H2O2水溶液的毒性、腐蚀性，培养安全意识、环保意识。
实验演示是实验内容的方法与技能要素、态度要素等综合呈现的过程，在这一过程中要讲解实验步骤、实验操作技能、实验条件控制，同时要规范示范，培养学生良好的实验工作习惯。演示实验常常采用边讲解边演示的教学形式。
案例 实验2-6中，演示实验时讲解MnO2粉末取用技能、FeCl3液体取用技能。
实验结果观察是实验收集证据的环节，也是整合实验内容的方法与技能要素的重要一环，在这一环节中要引导学生学会观察、收集同假设有关的实验现象和数据。
案例 实验2-6中，引导学生在相同条件、同一时间下对比观察3支试管产生气体的速度。
2.4.5 解释与结论
将观察、收集到的实验现象、数据进行分析、讨论，得出事实证据与假设之间的关系。这一环节也是实验内容的方法与技能要素的重要呈现过程，要引导学生学会比较、分类、归纳、概括等方法，得到最后的结论，并通过正确方法表达实验结果。
案例 实验2-6中，对比3支试管中产生气泡的速度，说明MnO2、FeCl3起催化剂作用，能加快 H2O2的分解，得到催化剂能够影响化学反应速率的结论。
总之，基于实验内容要素分析来理清实验内容组成，合理设计教学过程，是提高实验教学效率、充分发挥化学实验的教育教学功能的一个有效途径。但是，实际上高中化学实验的类型多样，有学生实验、演示实验，有探究实验、设计实验、对比实验、观察实验等类型，由于不同类型实验的教学目标侧重点有所不同，因此具体实验课题的内容组成要素上也有所差异，教学实践中还应根据实际情况作灵活应用。
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化学探究性实验是初中化学教学中最重要的教学方式，是实验中的重中之重。本文对化学探究性实验的设计环节和实施方法方面做了具体的阐述，深入浅出，层次分明。在落实化学探究性实验中，我们需要切合学生特点，抓好环节，按步进行，更好地完成教学任务。
关键词：探究性实验；趣味性；实施方法
探究性实验，首先重视探究二字，其次在兴趣二字。在我们的众多实验方法中我最看重，也最喜欢的就是探究性实验，因为它在开发学生智力、培养学生动手能力、巩固所学知识以及科学方法论的建立方面都具有不可磨灭的作用。对于学生来说，亲自动手进行实验是个想想就让他们兴奋的事情。在多年的实验教学中，我不断总结开拓，对探究性实验有了深刻的认识，现就它的设计环节和实施办法略述一二。
一、化学探究性实验的设计环节
初中化学探究性实验的实施过程主要包括以下几个步骤：首先是发现问题，然后提出猜想和假设，之后设计实验方案并且进行实验，最后直到得出结论。
1.发现问题
教师应适当引导学生对某个现象或者物质进行分析，从中发掘出学生感兴趣的问题，进而引导提出问题，这既是探究的基础，又是探究的核心。在实验中，我们针对学生知识缺乏、思路不够开阔的特点，尽量设计一些浅显的问题，但设计的问题一定要具有一定的思考价值，不能太简单，也不能太难，一定要适合学生的学习发展水平。例如：钢铁生锈这个现象在我们的日常生活中随处可见，那到底是什么地方的钢铁容易生锈，什么环境的生锈严重呢？到底铁生锈的条件是什么？对于这个问题，我们应该尽可能深入剖析，进而进行实验设计。
2.提出猜想
学生根据观察的实验现象，并且在已有化学知识基础上，对出现的现象原因大胆地进行想象和推测，发表自己的见解。对所提出的可能性答案，做出猜想与假设。在这一过程中教师不要制约学生，而是要引导学生大胆地进行猜测，进行想象。鼓励学生不要怕错，关键是敢不敢想，因为一切皆有可能。
3.设计实验方案
问题摆在面前，我们也猜想和假设出各种可能性，那么如何进行证明呢？这就要我们设计出具体的实验步骤，也就是实验方案。
4.实验
通过上述设计，进行分组实验，让学生实际动手进行操作，亲自感受实验的乐趣。动手实验其实才是学生的最爱，对于爱动手的学生来说亲自进行实验，那无疑在实验验证方面锦上添花。
5.分析结论
一切都已完成，那么你看到了什么？有什么新的发现？在这一过程中你的感受感觉是什么？对这一切我们都要最后进行总结，去验证我们之前的猜想，为假设彻底揭开神秘面纱。前面所提及的几个环节只是我们常见的几个研究思路，而不是固定的规范或模板，我们完全可以在实际操作中进行缩减与扩展。
二、具体方法
1.教师示范，学生观察
这种方式类似于演示实验，但又不是纯粹的演示实验，我们可以设计让学生自由发挥，而教师负责操作的环节。因为有些实验可能操作起来比较繁琐，并且具有一定的危险性，对刚接触化学实验的初三学生来说，有一定的实施难度。所以教师要进行演示，要随时引导学生进行正确的观察。在教学过程中，教师可以引导学生得出大概的思考方向，让学生自由发挥，对自己的想法进行验证，这样就能更好地掌握所学知识，培养深度思维能力。
2.师生共同完成
对于某些不容易进行的操作可由教师亲自完成，可对一些简单的环节，就可以找一些具有代表性的学生来帮助大家完成。动手为实，这样才可以让大家心服口服。另外，学生也可以提出自己的不同实验方式，教师在原来的基础上借用学生方法来完成实验，双方搭配也更有说服力，更有趣味性。
3.独立自主实验
所有方式中应该说独立自主地让学生完成实验是最好的方式，他们在亲自动手实验的过程中，一方面可以巩固已经学过的基本知识，另一方面可以锻炼自己的动手能力。同时在实验中，因为学生亲自演示，他们能够更好地体会实验的每一个环节，不再是纸上谈兵，人云亦云。因为我们现在的课堂更多地还是灌输式教学，好多知识是强加给学生的，通过亲自动手实验才能够让学生真的感觉这一切不是虚幻，不是教师怎么说就怎么记，而这就是严谨的科学。总之，在所有实验中，我认为探究性实验最美，不枯燥、不僵化，又不是那么高不可攀。探究性实验就像是人人皆可参与的大众广场舞，我们喜爱，而且我们会跳，跳了之后还对自身有莫大的好处。因此我们要在教学中不遗余力地落实探究性实验教学，不断开拓寻找更适合学生的方式方法，发挥探究性实验的重要作用。
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1综合性与设计性实验的研究
1.1综合性实验的研究
综合性实验是与本课程综合知识相关的实验内容,或与本课程知识相当的实验,它属于复合性实验范畴,是综合训练学生实验技能的方法。如提取猪胰蛋白酶和研究其性质实验来看,其组成包括以下几个小实验:提取猪胰蛋白酶;离子交换柱对猪胰蛋白酶的纯化层析;测定猪胰蛋白酶活性;反应时间影响产物形成状况等等。该综合实验涉及多样化的实验原理和方法以及技术。学生完成该实验能够对电泳等生物化学基本实验技术充分的掌握,该实验把提取与纯化多糖和鉴定多糖实验以综合性实验进行了体现。学生完成该实验将会对提取与纯化多糖一般方法和用薄层层析法对单糖组分分析等的原理和方法了解。实验过程中强调由学生对实验仪器亲自动手操作,为学生对旋转蒸发仪等先进仪器的掌握使用创造机会。
1.2设计性实验的研究
设计性实验是把实验目的要求和实验条件给定下,由学生对实验方案进行自行设计进而进行实施的实验。学生在对实验进行自己动手设计过程中,能够把以前所学的知识有机地结合起来,有利于学生实事求是作风的培养,也是学生树立勇于创新精神的有效途径。就测定蛋白质含量实验来看,在开设凯氏定氮等测定蛋白质含量实验基础上,学生就会对蛋白质理论和实验技能一定程度的掌握,这时教师把一些材料给定学生,通过学生自选各种蛋类等,拓宽测定蛋白质含量实验,学生可以实验结果为依据立足蛋白质视角分析和评价不同材料营养价值,并形成小论文,把实验报告提交给教师。通过此类实验,学生创新意识得到培养,创新热情积极高涨,并处于不断提高状态。在测定及其分析“果蔬维生素C含量”实验中,,学生在对维生素C基本性质了解后,教师把苹果和香蕉等一些材料给定学生后,学生通过自选准备实验材料。有的学生把水果和蔬菜同时选出,有的学生把不同贮存方式水果或蔬菜选出,有的学生把不同贮存时间水果或蔬菜选出,有的学生所选的实验材料为同一种水果或蔬菜不同部位。本实验要求学生在对生物化学基础知识等方面已经掌握基础上,结合实验室条件,把选题完成后,进而对实验的全过程进行设计和实施,这是对学生动手和分析解决问题能力以及创新性思维进行培养的有效途径。再如提取与测定肝脏碱性磷酸酶活性和Km值的实验。有多种方法完成提取酶实验,教师可把很多试剂与仪器提供给学生,学生依靠自己查阅的文献为依据对仪器与试剂进行选择与对比,对提取方案进行设计。必须在活性测定提取的酶蛋白后,对酶的Km值能否测定才能决定下来。而且有几种方法计算Km值结果,学生可自己选择,最后把实验报告上交给教师。由于由学生自主完成实验,因此学生都能够非常仔细与认真的对待实验过程。该实验有助于学生对科研思路和方法的了解,并是学生创新能力培养的有效途径,而且能够使学生系统的认识提取和活性鉴定酶蛋白等方面的整个过程。
2综合性与设计性实验的教学效果
2.1内容安排合理,增加了知识的关联性与系统性
具有较好的连贯性,并能够一次性完成操作,教学时间被节省,这是综合性实验内容的最大特征体现,并且连续性和紧凑性是综合性实验过程特点,具有更广的融汇知识面,相对难度较大,操作复杂性增大,因此会推动学生积极的把预习做好,督促学生主动自觉的对相关资料进行查阅,使学生积极的探寻解决问题的方法,全面的了解实验中用到的技术,因此有助于学生自学能力的培养,将为学生今后专业课学习做好充分的准备。
2.2提高了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力
教师在综合性与设计性实验教学中,只需要把实验要点和容易出错的问题讲解出来,提出问题由学生自己探讨,这样就把充分的想象空间提供给学生,有利于把学生做实验的兴趣激发出来。在实验中,教师注重把学生的积极性调动起来,给学生想像力发挥的空间。教师对学生在实验中把改进意见提出的行为给予鼓励,促进学生对问题进行独立发现和分析以及解决能力的提高。
2.3破除了学生对权威的迷信,树立了勇于创新的精神
传统的生物化学实验学生以实验指导书设计好的步骤为依据按部就班的完成即可,这种实验可以预知实验结果,能够预知实验中可能出现的问题,就一定程度而言,这种实验对学生想象力和思维具有束缚作用。综合性与设计性实验是由学生自己完成实验材料等整个实验要求的东西,在学生眼里每个步骤都具有全新特征,因此说对于学生而言该实验富有挑战性,学生不能预先知道实验结果。学生必须分析研究实验中出现的现象和结果。主要有助于学生破除迷信权威的状况,对学生勇于创新和敢于挑战精神的培养是极为有力的途径。
3结语
关键词：初中化学；实验课；优化设计
初中化学是一门以实验为基础的学科，但是由于长期受到应试教育的影响，大多数教师比较注重理论知识的传授，而忽视化学实验课的重要性，使实验课流于形式化。久而久之，大多数学生对于化学知识的学习提不起兴趣，同时学生运用知识解决实际问题的能力得不到锻炼和提高，更不利于科学素养的培养。
一、原则
1.科学性
科学性原则是化学实验课程设计的前提条件，它是指实验原理、实验操作程序和方法与化学原理知识、科学的实验研究方法一致，它是化学实验课程设计的前提条件。
2.可行性
可行性原则指设计化学实验时所运用的实验原理在实施时切实可行，而且实验选用的化学设备、化学实验方法以及化学实验药品等都是目前学校实验室能够满足的。
3.安全性
实验必须确保安全，不能有任何伤害师生的事故发生。教师在选择、准备和实验操作过程时，应尽量避免使用有毒药品和具有危险性的实验操作，树立安全第一的思想。为了确保安全性，力求实验成功，教师应做到如下几点：实验必须做到内容科学、方法合理、可靠性高；操作要规范、正确、熟练；善于采取针对性措施，消除不安全因素。
4.简易性
复杂的实验装置不仅操作起来不方便，而且还增加了实验失败的可能性以及事故的发生，同时也容易分散学生的注意力。在简化装置时，“应尽量使仪器装置的数量减少”“尽量减少仪器之间的连接，装配”，并且尽可能地用简单的装置代替复杂的。
二、内容
1.科学合理运用现代教育手段，优化初中化学的实验内容
在传统的教学模式下，教师往往会运用大量的时间进行理论知识的讲解，而运用到实验的课时非常少。实践证明，教学课时和实验课时需要有一个合理、恰当的比例，因为通过实验可以加深学生对理论知识的理解，提高学生运用理论知识解决实际问题的能力。化学实验课程的内容安排应该与化学理论课的教学内容有机结合起来，对于性质实验、制备实验，必须要在理论知识讲解之后进行，否则不能够取得理想的实验效果。在化学实验课上，运用现代化教学手段，能使学生在实验之前了解实验的相关内容，有效地避免学生接触一些具有危险性的实验。另外，通过多媒体辅助教学工具演示实验，能够化抽象为具象，有助于学生掌握实验的相关内容，同时提高学生的实验操作技能。多媒体技术能够化抽象为具象，消除学生的陌生感和隔阂感，使学生掌握化学的微观实质和化学原理。
2.构建以生为主的教学方案，优化初中化学的教学方案
传统教学模式下，往往采用“灌输式”的教学方式，学生的科学素养得不到培养，因此在新课改背景下，教师要树立新的教学理念，构建以生为主的教学方案，使学生完成“要我学”向“我要学”的转变。优化后的教学反感，能够有效地调动学生学习化学的兴趣，充分发挥学生学习的主观能动性，促使学生的互助协作精神得到培养。在日常的化学实验教学中，教师要以生为主，以教材为纲要，同时发挥自身的引导作用，使学生通过化学实验教学，不断提升化学技能，激发学生的学习欲望，促使学生养成良好的学习习惯。
综上所述，作为当代的一线化学教师，要充分认识到实验课的重要性，且能够树立以生为本的教学理念，构建以生为主的教学方案，科学合理地运用现代教学手段，使学生的化学实验技能得到锻炼和提高，同时不断培养学生的科学文化素养，促使学生成长为社会发展需要的人才。
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关键词：化学综合实验；废旧聚乳酸材料；乳酸钙；教学
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）46-0283-03
大学化学综合实验是理科院校和师范院校必开的一门提高性实验课程，其目的是让化学学科的学生在通过基础实验的训练之后，综合运用已有的实验技能和知识，达到解决实际问题的能力。国内多数院校都有自己特色的实验设计和教学方法，并且有很多好的教材问世[1-5]，实验内容和实验技能都有一定的难度要求，为培养学生分析问题和解决问题的能力提供了一个平台。和其他院校一样，陕西师范大学化学学科也建立了化学综合实验平台，运行多年后收到了较好的效果。考虑到相关实验的危险性和对环境的污染以及对师生健康的影响，近年来对化学综合实验内容进行了改革，改进了相关实验的实验方法[6]，废除了一些污染和危险性大的实验，设计和增补了一些较为安全、环境污染小的新实验，为进一步完善化学综合实验教学内容奠定了基础。现就其中一个实验的设计和教学情况，即“由废旧聚乳酸材料制备乳酸钙”作以交流，以期同行商榷。
聚乳酸（Polylactic acid，PLA）是20世纪90年代迅速发展起来的新一代完全可降解的高分子材料，它是以L―乳酸为单体，用化学合成方法聚合而成的热塑性脂肪族树脂。聚乳酸有优良的相容性和可吸收性，无毒、无刺激性，它在自然界微生物、水、酸、碱的作用下，完全可分解成CO2和H2O，可作为环保材料代替传统的聚合物材料，已受到广泛关注[7，8]。聚乳酸材料已在工业、农业、日常生活用品中得到了广泛的应用[9]，如聚乳酸餐盒、聚乳酸餐薄膜等在人们的生活和农业生产中已得到了广泛应用。但这些废旧聚乳酸材料在使用完以后均以垃圾物而弃掉，实属浪费。基于聚乳酸经解聚而形成乳酸，尽而可与钙离子结合可形成乳酸钙这一原理，我们设计出“由废旧聚乳酸材料制备乳酸钙”的实验（见图1）。这一实验的开设，不仅能实现废物利用，变废为宝，而且能巩固学生有机化学实验、无机化学实验和分析化学实验的基本操作技能，使学生感受到学有所用，同时也能加强学生的环保意识，经过几年的教学实践，学生普遍反映效果显著。
一、实验设计
二、实验步骤
（一）聚乳酸的解聚
将废旧聚乳酸材料用清水洗净，用滤纸吸去表面水，晾干，用剪刀剪成碎片（能放进三角瓶为宜）。
将5.6g NaOH、80mL无水乙醇加入已装有5.0g聚乳酸碎片的250mL磨口锥形瓶中，加热搅拌回流40分钟。待反应完毕，取下锥形瓶，冰水浴冷却3分钟，向溶液中加入14mL的5∶1盐酸（浓盐酸：水（v/v）），并旋摇均匀，在冰水浴中继续冷却3分钟，抽滤。用20mL无水乙醇洗涤锥形瓶，过滤。收集滤液于250mL烧瓶中。用10mL无水乙醇淋洗抽滤瓶，将洗涤液并入烧瓶中。常压浓缩至20～25mL左右（注意加沸石），然后将烧瓶置于冰水浴中冷却，向其中加入20mL无水乙醇，继续冷却3分钟，抽滤。用10mL无水乙醇淋洗烧瓶，过滤。如滤液不澄清，应再过滤至澄清。将抽滤瓶中的滤液转移至200mL烧杯中，用10mL无水乙醇淋洗抽滤瓶，将洗涤液并入其中。
（二）乳酸钙的制备
将称取的1.6g氧化钙粉末加入到上述200mL烧杯中，然后再加入3mL水。将盛有反应液的烧杯置于恒温磁力搅拌器上，在搅拌条件下，加热反应并浓缩至溶液体积为40mL时，测试其pH（测试pH时，应先将试纸用去离子水润湿），应约为6～7之间。否则，用5：1盐酸或氧化钙粉末调节。继续加热浓缩至约20～25mL，取下烧杯在冰水浴中搅拌冷却。在搅拌下，加入20mL无水乙醇。然后，再加入40mL丙酮，继续搅拌3分钟后抽滤，用40mL丙酮洗涤烧杯，过滤。收集沉淀物于已称重的表面皿中。置于烘箱中于125℃烘干1小时，记录乳酸钙的重量。
（三）EDTA溶液浓度的标定
用差减法准确称取基准碳酸钙0.9～1.1g于100mL烧杯，用少量水润湿，盖上表面皿，从烧杯尖嘴处缓慢滴加1：1盐酸至溶解（约10mL），用250mL容量瓶定容。取25.00mL上述溶液于250mL锥形瓶，由滴定管滴加约10mL待测EDTA溶液，再加5mL浓度为100g・L-1氢氧化钠溶液（pH=12～14）和0.2g钙混合指示剂（取钙紫红素0.1g，加无水硫酸钠10g，研磨均匀，即得），继续用EDTA溶液滴至由紫红色变为蓝色，即为终点，记录消耗的EDTA体积。平行滴定三份，计算EDTA溶液的浓度。
（四）乳酸钙的质量检测
将于125℃烘干的样品置干燥器中冷却至室温后，称重（须由老师确认）。将样品装入样品袋，写上自己的编号。取出2～3g样品在研钵中研磨，称取研磨样0.5g（称准至0.01g）转入10mL比色管中用于待测游离酸碱实验，其余研磨样转入编号的称量瓶，将其置于干燥器。
1.游离酸碱检验：将上述0.5g样品置于比色管中，加10mL水，在加热套中微热溶解，用广泛pH试纸测pH（须由老师确认）。
2.乳酸钙含量测定：用差减法准确称取0.29～0.31g制备的样品于锥形瓶，向其中加入2mL 1∶4盐酸溶液和20mL水溶解样品。由滴定管滴加约10mL标定的EDTA溶液于上述锥形瓶中，然后再加5mL浓度为100g・L-1氢氧化钠溶液（pH=12-14）和0.2g钙混合指示剂（取钙紫红素0.1g，加无水硫酸钠10g，研磨均匀，即得），继续用EDTA溶液滴至由紫红色变为蓝色，即为终点，记录消耗的EDTA体积（须由老师确认）。平行滴定三份，计算产品中乳酸钙的百分含量。
三、教学方法
（一）课前准备及评定标准
1.课前准备。让学生自己制定详细实验方案。以上述实验步骤为参考资料，要求学生在课前通过相关资料的查阅，制定出详细的实验方案，其中包括乳酸的性质、乳酸钙的性质、核算各物料的量比关系；反应体系pH的控制；解释在解聚操作中，当反应液被浓缩到20～25mL后，为什么再向其中加入20mL无水乙醇的原因；解释在制备乳酸钙中，为了得到乳酸钙沉淀为什么一定要向体系中加入约等于反应液体积两倍量的丙酮及能否用其他溶剂代替丙酮等问题；解释在用EDTA滴定法测定产品中乳酸钙的百分含量时，为什么要向盛有样品的锥形瓶先加入约10mL的EDTA溶液，然后再加入5mL浓度为100g・L-1氢氧化钠溶液的原因。
2.评定标准。在实验开始前，老师对学生制定的详细实验方案进行检察，如果详细实验方案中能完全解决上述所有问题，满分20分；否则根据解决问题的多少酌情给分。
（二）实验质量的评定
1.基本操作的评定。基本操作包括溶液的转移、蒸馏操作、抽滤操作、固体物质的洗涤操作、滴定分析的规范操作等，满分20分。具体评价指标和评价标准为：溶液的转移，优（4分），良（3分），差（2分）；蒸馏过程操作，优（4分），良（3分），差（2分）；抽滤操作，优（4分），良（3分），差（2分）；固体物质的洗涤，优（4分），良（3分），差（2分）；滴定分析的操作，优（4分），良（3分），差（2分）。
2.产品质量评定。包括产品的外观、游离酸碱检验（pH）、产品（乳酸钙）的重量、乳酸钙含量等，满分40分。具体评价指标和评价标准为：产品外观，白，优（10分），微黄，良（8分），黄，差（5分）；游离酸碱检验，pH≥8，差（5分），pH6～7，优（10分），pH≤6，差（5分）；乳酸钙的质量，大于平均值，优（10分），等于平均值，良（8分），小于平均值，差（5分）；乳酸钙含量，90～99%，优（10分），80～90%，良（8分），>100%，差（5分）。
（三）实验报告的评定
实验报告的评定包括对实验原理的理解程度、实验过程中的现象及分析、实验数据处理及对本次实验结果的自我评价等，满分20分。
四、小结
本文介绍了一个有趣的大学化学综合实验的设计和教学过程，通过由废旧聚乳酸材料经解聚、酸化、成盐制备乳酸钙的实践，不仅能实现废物利用，变废为宝，而且能巩固和提高学生有机化学实验、无机化学实验和分析化学实验的基本操作技能，使学生感受到学有所用，同时也能加强学生的环保意识。在教学过程中，实验的成绩评定公开透明（在实验之前把成绩评定标准发给学生）。教师严格要求，对于不规范的操作和错误的操作给予及时纠正。教学方法也和常规教学法不同，把实验方案提前发给学生，实验过程不用讲解，促使学生查阅文献，让学生提出自己的详细方案。实验结束后，教师对本次实验进行总结，同时也积极鼓励学生大胆提出自己的观点，实验课堂十分活跃。经过几年的教学实践证明，新的教学模式，激发了学生从事化学实验的兴趣，学生普遍反映效果显著。
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[9]钱伯章.聚乳酸及其应用进展[J].橡塑资源利用，2008，（5）：32-38.
关键词：实验设计；创新精神；实践能力；求异
“以实验为基础”是化学这门自然科学的特征，培养学生创新精神和实践能力是素质教育的核心，而实验教学是最重要和最有效的途径。通过实验不仅可以激发学生的学习兴趣，培养学生的科学探究能力，而且可以帮助学生亲身体验和认识知识产生和发展的过程。因此，在新课程改革的背景下化学教师应该高度重视发挥实验的作用，尽力优化实验设计，提高科学素养，促进学生的全面发展。
化学实验设计是引导学生进行探究性学习、养成自主学习的习惯的途径之一。自从事化学教学以来，我发现学生一旦遇到有关实验设计上的问题，便放不开手脚，对于同一个实验问题，每个学生设计的方案各不相同，不乏有一些没有丝毫联系，甚至错误的。而新颖独特的实验设计方案，不仅可以体现学生思维的创造性，学生的创造能力也能得到培养。
一、实验目的明确，有针对性
化学教学实验的内容、范围和难度等，由化学教学目标所规定。抓住化学教学的重、难点设计化学实验，能丰富学生的感性认识，更好地理解和掌握化学概念、原理和规律。对于通过实验要求学生掌握哪些基础知识、培养哪些技能技巧、哪些方面的能力、明确解决哪些主要问题、突出观察哪些实验现象、重点示范哪些基本操作、应概括出哪些结论，教师在让学生设计实验时要特别清楚，做到心中有数，避免顾此失彼。
二、实验现象明显、形象、直观
现象明显、形象、直观的化学教学实验，能更有效地引起学生的注意。教师在让学生设计实验时，尽可能地选择那些现象明显、形象、直观的实验，以保证实验所达到的效果。比如说，反应有气泡、有沉淀、溶液颜色发生变化等。实验装置力求简单、整齐、美观。
三、实验内容安全、简洁、可靠
危险而不可靠的实验不仅危害学生的身心健康，而且会对学生心理造成恐惧，从而不敢再去设计实验，动手去做实验。教师在选择、准备和实验操作过程中，应尽量避免使用有毒药品和具有危险性的实验操作，树立安全第一的思想。
关键词：中学化学；实验设计；具体化
化学实验的设计过程实质上是一个探索、创造的过程，不能固守常规，要不断更新、不断完善，要培养学生通过实验解决问题的能力。
一、化学实验设计对学生的基础知识和实验技能的要求
1.深刻理解化学基本理论的实验基础。
在化学学科中，任何理论（或假设）的提出、发展和完善，都有一定的实验事实作根据，如：原子结构理论中核外电子分层排布的实验根据是电离能的测定；原电池原理的实验根据是铜—锌原电池实验；某些有机物之间反应机理的确定是在实验中利用了示踪原子等。许多类似的实例道出了以下规律：实验事实理论的建立（或假设的提出）再实验理论的发展和完善。这是人类在自然科学中发现真理、认识真理的过程。要让学生明白：化学家就是这样去认识化学世界的。
2.熟练掌握常见元素及其化合物的物理性质、化学性质的实验事实以及单质、化合物的制备原理和方法
化学实验是证实某物质是否具有某种性质的唯一手段。中学阶段的大部分化学实验都是定性实验，这些实验虽然简单，但确实可以培养学生透过实验现象（或实验数据）看清反应实质，进而推断物质的微观组成、结构与实验结果的相互关系。物质的制备原理是以物质的性质为基础的，某一物质的制备方法不止一种，但教材上采用的方法则是实验室中最常见的最好方法，熟悉了这些实验，在设计实验时就能够灵活选择实验原理。
3.能查阅、运用有关图表、数据和其它资料。
4.掌握中学化学常规实验手段，熟悉常见仪器的规格、用途及使用注意事项。
常规实验手段是化学实验的基础，综合实验是常规实验的综合运用，即使那些高、精、尖的实验也离不开常规实验，因而教材中所有实验（包括教师的演示实验）都要尽可能地让学生在课内或课外一丝不苟地完成。通过动手，一方面达到对常规实验操作（加热、蒸发、过滤、分液、称量、滴定、仪器的组装等）的熟练掌握，同时熟悉常见仪器的应用范围和使用注意事项。
二、设计实验必须有化学实验总体观
任何一个化学实验都包含以下内容：（1）实验目的（2）实验原理（3）实验设计（4）实验药品、仪器、装置（5）实验操作及操作规程（6）实验结果的处理，这六个方面的内容可称为化学实验的六要素。实验目的是核心；实验原理是达到实验目的的理论根据；实验程序是能否完成实验的关键，它的设计以实验原理为基础；药品、仪器、装置是物质保证，这些物质条件的选择是由实验原理和实验程序决定的，同时对实验程序也起着制约作用；实验操作及注意事项是实验得以顺利、安全进行的保证，它的制定要由实验程序和实验用品来决定；实验结果的处理是对实验是否达到预期目的所进行的检验，在解释实验现象、处理所测得的数据、分析实验误差等项工作中必须对各要素进行综合分析。
三、思维能力是化学实验设计的核心
学生的一切学习活动都离不开思维。化学实验的设计过程实质上是一个探索、创造的过程，对学生思维能力的要求层次较高，而中学生的思维活动还处于从经验型向抽象型过渡的阶段，这就要求教师设法加速这一转化，使学生的思维活动尽快趋于成熟，尽早地具备辩证思维的能力，同时培养出较好的思维品质。
四、创造性是实验设计的灵魂
指导学生在设计时，首先是通过模仿、移植现有的实验方案，然后通过独立思考、探索逐渐在设计中体现自己的个性，具有一定的创造性。教师在组织学生开展课外活动时，可引导学生阅读、查找一些实验小窍门、实验药品及仪器的代用品、实验装置的改进等有关资料，以开阔学生的视野，启迪学生进行创造性思维。同时也应经常提出一些能激发学生创造欲望和创造兴趣的问题，尽量给学生一些动手的机会，让学生在手脑并用的活动中迸发出创造的火花。
五、将抽象的理论知识通过实验具体化
例如：学生对固体分子的运动与液体分子间的间隔不易认识清楚就可以指导学生设计实验加以解决。
1.固体分子的运动
（1）在常温下碘分子的运动。
用图钉在大号胶塞的小头固定一条湿润的淀粉试纸条，将集气瓶微微加热后，放入一小粒碘，并将带淀粉试纸的胶塞，塞入集气瓶口，让学生观察淀粉试纸的变化。
（2）碘的受热与冷却。
有个实验仪器叫“碘升华球管”，部分学校已经配备。
在演示时，只要将球管竖直放在石棉网上，并在上边凹槽内注入少量水，作为冷却用，在下边用酒精灯加热，即可看到碘分子的运动——升华；碘蒸汽上升到冷却部位，又马上凝结，形成具有一定几何形状的紫色晶体。这个仪器可以反复使用，现象直观。
（3）实验说明：
a.集气瓶微微加热，是为了加快碘分子的运动，缩短演示实验的时间。
b.碘升华球管上槽注水，量不要超过水槽容积的1/2，太多容易外溢，加热时容易使球管破裂。
2.分子间的间隔性。
我们说石子与石子之间有间隔，黄豆与黄豆之间有间隔，这些学生都会非常相信，因为他们在日常生活中已经接触到了这部分感性知识。当你说液体与液体之间有间隔，学生就绝不会相信，因为他们没有这部分
的感性知识。你说分子与分子之间有间隔，当然他们更不相信。所以建议教师演示分子之间有间隔的实验，以增加学生的感性认识。
（1）具体做法如下：
取一支液液互溶演示管，先在演示管中注入1/2体积的水，然后再注入1/2体积的着色酒精，至演示管a处。用胶塞将管口塞紧，翻转几次，使管内的水与酒精充分混合，将管直立，让学生观察混合后液体体积的变化，他们立即发现，混合后体积减小，降至刻度b处。形象的说明了，分子之间有间隔。
（2）实验说明：
a.酒精一定要着色，使学生容易观察。
关键词：环境化学实验课 实验教学 课程建设 设计
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）04（b）-0124-02
《环境化学实验》作为环境科学专业的一门核心课程，20多年来，我们始终坚持以全面提高学生的综合素质为中心，以培养环境科学专业创新人才为目标，围绕课程体系健设、教学方法改革、实验教材优化、实验室建设等方面开展了大量的工作，逐步形成了具有特色的实验教学体系。2009年《环境化学》获批国家级精品课程；同年，“环境科学与工程实验教学中心”成为湖北省级实验教学示范中心，形成了一个培养复合型、创新型人才的综合平台。尽管如此，上一轮的教学体系改革也已经过去了10年，一些新的问题表现出来，我们也做了新的思考和再设计。
1 运行情况
按照原定的课程体系，整个实验内容包括基础性、综合性和选择性设计实验三个层次，涉及环境化学实验技能的基本训练；一些典型污染物的分析测定；污染物的环境行为及污染物治理四个方面。
教师在实验过程中联系理论教学介绍实验的研究意义和原理、实验方法，进而引导学生思考所采取的方法可以用于那类问题的研究，举一反三，启发他们的思维；及时将学科的前沿技术介绍给学生，不断更新讲授内容，开阔他们的视野；遇到容易混淆的问题在实验课课堂上进行启发性提问和交互式回答，梳理出问题之间内在的联系与区别，加深他们对问题本质的认识；对于新实验仪器和特殊的操作技巧进行示范并要求学生结合仪器分析、环境监测等实验中的实验技术灵活应用，训练他们的动手能力；对实验数据要求采用科学数据处理软件Microcal Origin进行处理，规范实验数据的表述；每一实验都设计了具有一定灵活性的思考题，要求学生在提交实验报告时予以回答，一方面促使学生巩固所学内容、总结存在的问题，另一方面有利于教师了解学生对知识的掌握程度。
选择设计实验是最能体现本课程特色的一个方面。在教学方法上我们融开放式、讨论式、研究式于一体；在内容选取上将主讲教师团队原创性的研究成果转化为实验项目，从某种意义上代表了本学科领域或研究方向的新思想、新方法和新技术，不仅内容新颖，针对性和实用性都很强；在实验形式上，由老师提供若干选题，提出基本要求，学生查阅资料，自主设计实验方案；在教学组织上将学生分成若干个小组，成员间的分工与合作，联手设计，培养了学生的团队意识。
2 几个实例
“萘的辛醇―水分配系数的测定”，要求学生掌握摇瓶法。教师除讲解其意义和测定方法外，让学生明确分配系数Kow与有机物的正辛醇溶解度So和水溶解度Sm之比的区别，该方法的适用范围，并介绍色谱法和定量结构-活性相关分析（QSAR）等方法，鼓励有兴趣的学生用估算法与自己的实验结果进行比较。
“水中羟基自由基的间接法测定”是一个设计实验项目，学生已经从在前面的实验“活性染料在水溶液中的光化学降解”利用羟基自由基完成了对橙黄Ⅱ的降解，具备了一定的基础知识，学生对这一选题很有兴趣。为了使设计实验既能给学生提供了较宽阔的思考空间和选择余地，发挥各自的创造力又能够实实在在地完成实验，我们要求学生以实验室现有的实验条件和仪器设备为基础，在设计性实验中强调务实，提倡采用可靠、经济、简单、安全的实验方法和手段。在这样的前提下，学生分小组查阅文献，经讨论、综合后提出初步的设计方案（包括方法原理、仪器及实验耗材、实验步骤等），然后由老师进行点评，提出存在的问题与不足，学生进行修改、补充，完成二次设计，使设计基本合理后，进入方案的实施阶段。在实验过程中教师及时和学生交流，对出现的差错允许重复，完成实验后要求按照论文形式提交实验报告。对学生的评价不是以实验结果为主，而是将重点放在设计思路、分析问题解决问题的能力以及对实验结果的分析讨论上。从完成情况看，既有采用苯为捕获剂，液相色谱检测苯酚的；也有选择异丙醇酮为捕获剂，气相色谱检测丙酮的，殊途同归。通过对不同方法进行比较，使学生对相关的知识有了更生深入的理解，收获颇丰。
3 几点经验
（1）重视基础的同时拓宽知识面。在实验教学中，较多的采取了探索性实验的模式，在选择设计实验环节中调动了学生的积极性和求知欲，把他们对于本课程的有关思考融入了实验设计当中，有益于培养创新人才。
（2）学科前沿和教师的研究方向有机结合，重点突出。课程的教学同时体现了发展性，不断更新教学内容，做到与时俱进。
（3）实验室对学生全面开放，必做实验和选做实验相结合；支持学生独立设计实验方案；鼓励学生用同样方法解决不同问题和用不同方法解决同一问题；学生实验能力和综合素质得到明显提高。
（4）紧密结合环境化学研究方向，指导学生参与各类科研项目，拓展学生的知识结构，开阔科学视野，促进学生自主学习和创新能力的培养。
4 存在的主要问题
（1）内容设置不够全面，缺乏用高级手段表征污染物环境归宿的实验，比如，质谱方法的应用；实验热点科学问题相关的实验需要加强例如POPS与纳米技术等；缺乏大气环境化学实验。
（2）宽度与深度关系的把握有待完善，部分内容深度不够，例如光源的辐射光谱实验、土壤离子交换实验；有关环境化学理论计算原理与方法方面的内容还比较薄弱；个别设计实验难度偏大，很难在现有学时下完成。
（3）设计实验的教学组织有待加强，部分学生的设计方案忽视实验室的现有条件和技术水平，很不现实，这方面需要教师积极引导；个别学生主动性不够，有依赖思想，应采取有效的考评制度，促使每个学生都能得到全面的锻炼。
5 再设计及思考
在全面评估现有的教学体系后，我们对实验体系进行了再设计，如表1。
环境化学实验的教学是一个复杂的系统和过程。在实验教学中既要体现“动手”特点，又要体现理论与实践结合之后更高层次上的科学素质的提高。在实验课程体系建设上以重视基础、强调综合、提倡创新的目的，在实践中不断寻求新的突破，以求保持实验课程的内容和实现手段的先进性，用丰富的教学内容，和不断创新教学方法，鼓励探究性学习，为学生开启了一扇探索之门，使学生的综合素质得到全面提高。
