未雨绸缪善权衡——谈科学探究中实验设计与评价能力的培养

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1、www.ehappystudy.com　　　　快乐学习，尽在苏州中学网校未雨绸缪善权衡谈科学探究中实验设计与评价能力的培养孙红保实验是化学研究的基本手段之一。在科学探究活动中，实验方案的设计与最佳方案的选择直接关系到实验效率的高低，甚至是实验的成败。一.实验设计与评价的含义实验设计是指在实施化学实验之前，根据实验目的和要求，运用相关化学知识和技能，利用现有的实验条件，对实验的仪器、装置和方法所进行的一种规划。在科学探究活动中，科学、合理、周密、巧妙的实验设计，是顺利完成实验目标的重要保障。实验评价是指针对实验目的和要求，对已有的多种

2、实验方案进行科学论证和评判，选择最佳方案，并在必要时提出改进意见的过程。二.实验设计与评价的基本原则对某个探究实验，同学们可设计出多种实验方案。其中，最佳的实验方案要具有原理科学、效果明显、操作简便、安全可靠等特点。1.科学性：即实验原理、实验操作要正确，这是化学实验设计与评价的首要原则。如在实验室制备CO2时，药品不宜选择“石灰石和稀硫酸”，因为微溶；也不宜选择“石灰石和浓盐酸”，因为浓盐酸有很强的挥发性，会影响CO2的纯度。2.安全性：要尽量避免使用有毒药品和进行具有危险性的操作。3.可行性：所选的化学药品、仪器、设备和方法等在

3、中学现有的实验条件下能够得到满足。4.简约性：要尽可能简单易行，采用简单的实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，并能在较短的时间内完成实验。与“不加热”相比，“加热”条件下的反应装置和实验操作通常比较复杂。5.经济性：在不影响实验效果的前提下，要尽量减少化学药品的用量，一方面可降低实验成本，另一方面也可减少对环境的污染。6.无污染：在使用易燃、易爆、强腐蚀和有毒药品进行实验时，要考虑尾气和实验残渣的处理，最大限度地减少对环境的污染。如在“CO还原CuO实验”中，可采取点燃或用气球收集的方法处理有毒尾气CO。三.实验设计的基本程序1.

4、根据实验目的和要求，阐明实验原理，分析现有仪器和药品的特点，选择合适的仪器和药品。2.根据实验的特点，设计实验装置，画出装置草图。3.根据实验的要求，设计可行的操作步骤和观察重点，分析实验中应注意的事项（如反应过程中是否需要除杂及尾气处理等）。4.实验结束后对实验是否达到了预期目的进行反思、评价并写出完整的实验报告。四.实验设计的类型8　　　　　　www.ehappystudy.com　　　　快乐学习，尽在苏州中学网校初中是化学学科的启蒙阶段，因而对同学们在实验设计方面的能力要求比较低，常常是在限定实验仪器和药品的条件下，来完成一个

5、或几个实验片段；或在已完成了部分实验步骤的基础上，补足未完成的步骤。1.设计简单的实验方案。书知实验目的及相关条件，要求设计简单的实验方案。解答这类问题，首先要根据题目要求和条件，联想与课本相关的知识点及实验原理，构思相关的化学情境，然后设计便于操作的实验方案。例1.H2与CO化学性质相似，在高温下也具有还原性，某同学欲利用“洁净的铜片、集气瓶（盛满H2）、酒精灯、火柴、坩埚钳”等实验用品，探究“氢气是否也能还原氧化铜”。请你简述其实验方案。思路点拨：本题是“CO还原CuO实验”的延伸，设计实验前要对该实验有较深刻的理解，如高温条件

6、、还原气体的氛围、铜与氧化铜之间的转化关系等。答案：用坩埚夹住铜片在酒精灯上灼烧，将灼烧后变黑的铜片迅速插入盛满氢气的集气瓶中，观察现象。2.设计实验步骤。根据实验目的和给定仪器装置，设计或补全实验步骤。这类问题通常是实验顺序的设计，如混合物检验顺序、装置连接顺序、实验操作步骤顺序等。例2.明明欲利用下列仪器、装置（每套装置限用1次），验证某混合气体的成分是CO2和CO。已知：①CO在通常情况下与酸、碱、盐均不反应；②酒精喷灯可作高温热源。（1）连接装置导管口的顺序：混合气体_________尾气处理（填导管口代号）。（2）证明原混

7、合气体中存在CO2和CO的现象分别是_______、_______。思路点拨：这是一道典型的混合物检验顺序、装置连接顺序的设计题。答案：（1）④③⑤⑥①②（2）B装置中澄清石灰水变浑浊A装置的硬质玻璃管中黑色粉末变为红色，试管中澄清石灰水变浑浊3.设计实验改进方法。8　　　　　　www.ehappystudy.com　　　　快乐学习，尽在苏州中学网校主要考查实验设计的严密性和科学性，探求解决问题的最佳方法。这类问题常见的是对已有实验仪器、装置的改进和对原实验方法的改进。例3.下图是实验室制备CO2的装置图。该装置的特点是：打开弹簧夹

8、，大理石和盐酸接触，发生反应；关闭弹簧夹，盐酸被反应产生的CO2气体压回长颈漏斗，与大理石分离，停止反应。用该装置制备CO2可起到节约药品和取用方便的效果。下图装置中哪些可起到与下图装置相同的效果？____________（填写装置代