实验设计与科学探究

实验设计与科学探究

【课标要求】

1、能根据实验条件和要求，设计简单的化学实验方案。

2、对简单的化学探究方案的优势和不足进行评价，并提出自己的建议。

3、科学探究是人们获取科学知识、认识客观世界的重要途径。

4、意识到提出问题和作出猜想对科学探究的重要性，知道猜想必须用实验事实来验证。

5、知道科学探究可以通过实验、观察等多种手段获取事实和证明。

6、认识到科学探究既要观察和实验，又要进行推理和判断。

7、认识到合作与交流在科学探究中的重要作用。

【知识梳理】

一、实验设计

1、探究方案设计所遵循的原则、思想和方法

（1）遵循原则

科学性：实验原理准确，实验流程合理；

安全性：保护人身，保护环境，保护仪器；

可行性：条件允许、效果明显、操作正确；

简约性：做到步骤少、时间短、效果好等基本要求。

（2）思路和方法

明确目的原理：明确实验的目的要求，弄清题给信息；

选择仪器药品：选择合适的化学仪器和药品；

设计装置步骤：设计出合理的实验装置和实验操作步骤；

记录现象数据：全面而准确地记录实验过程中的现象和数据；

分析得出结论：根据实验观察的现象和记录数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，得出正确的结论。

2、化学实验方案评价的原则：理论正确、操作可行、经济环保。

二、实验与探究

1、教材基本实验

主要关注以下几个方面：

（1）读取信息，确定实验的目的、功能；

（2）辨认实验装置；

（3）确定实验原理；

（4）分析实验现象，并对相关现象进行解释。

2、探究

主要关注以下几个方面：

（1）化学原理或概念的应用和迁移；

（2）实验探究的主要环节；

（3）实验评价及探究要素。

三、探究的主要环节

（1）提出问题包括

①对提出的问题进行探究

②根据问题进行假设

③补充问题

（2）评价包括

①补充完善方案

②评价方案

③对方案中的某一点进行解释、分析（如对操作、现象、装置、试剂等进行解释分析）

（3）结论：根据实验事实或探究过程总结、归纳。（要注意语言表达）

【特别提醒】

科学探究作为一种重要的学习方式，对提高科学素养有着不可替代的作用。但是在进行探究性学习的过程中要特别注意几方面的问题：

1、并非所有的化学知识都必须用探究的方式进行学习；

2、化学实验是进行科学探究的重要途径，但不是唯一的途径；

3、所进行的探究性学习可以是科学探究的全过程，也可以仅仅包括科学探究的部分要素；

4、科学探究的八大要素：

提出问题→猜想与假设→制订计划（或设计实验方案）→进行实验→观察并记录现象，数据→解释与结论→反思与评价→表达与交流。

【名题赏析】

例 （2011.成都）葡萄糖是生命体所需能量的主要来源。 【提出问题】葡萄糖的燃烧产物是CO 2和H 2

O ，由此能否证明葡萄糖是只由碳元素和氢元素组成的有机物？

【实验设计】为了确定葡萄糖的元素组成，某小组设计了如下实验（其中浓硫酸、无水CaCl 2均为常用干燥剂，部分固定装置省略）．

（1）装置A 中发生反应的化学方程式是

（2）装置B 中浓硫酸的作用是

（3）装置C 处氧化铜的作用是

【方案评价】

（1）用充有空气的储气球代替装置A ，是否更有利于实验的进行？ （填“是”或“否”），原因是

（2）装置C 处葡萄糖燃烧的设计特点是 （至少1条）．

【数据处理】下表是同学们填写的实验报告，请你帮助完成．

实验事实 数据分析及结论

1.8g 葡萄糖完全燃烧，得到

2.64g CO 2和1.08g H 2O

数据分析：

结论：葡萄糖含有C 、H 、O 三种元素

【讨论交流】为了尽量减少误差：

（1）该实验在进行过程中应注意的问题是

（1条）

（2）从定量实验的角度看，该实验是否可进一步改进？请简要写出一个改进意见：

．思路点拨：这是2011年成都市的一道中考题，是典型的实验探究题，包括了提出问题、实验设计、方案评价、数据记录处理、归纳结论和讨论交流各环节，问题的设置在实验设计、方案评价，数据处理和讨论交流中。该题的背景资料新颖但又是学生较熟悉的物质，在11年中考中该题得分率不是很高，学生既熟悉但又感觉答不到点子上，该题要求学生的综合分析能力较强。而解决这类实验题首先要全盘通读题目，明确该题的实验目的，即从葡萄糖燃烧产物是CO2和H2O能否证明只由碳元素和氢元素组成？所以可以分析出C装置中的Cu0是为除去燃烧可能产生的CO，因此用充有空气的储气球代替A是不行的，因为空气中的CO2会对实验产生干犹。而D、E装置在题中并未说明其作用，但数据2. 64 gCO2和1.08 gH20应该是这两个装置前后的质量差：D装置吸收水分增重1.08 g，E装置吸收CO2增重2.64 g。浓H2 S04起吸收水份的作用，所以B是用于除去A产生O2中的水蒸气。F装置的作用是吸收

空气中的水分，但E装置可能还会将空气中的CO2吸入，所以此处F装置中应将浓H2S04换成固体NaOH则更好，这也就成了讨论交流中需改进的地方了。

【基础训练】

1、下列设计方案可行，且化学方程式书写正确的是

A．用铁片和硫酸镁溶液验证镁、铁两种金属的活动性顺序：Fe+MgSO4═FeSO4+Mg

B．用盐酸除去氢氧化钾溶液中的碳酸钾：K2CO3+2HCl═2KCl+H2O+CO2↑

C．实验室用大理石和稀盐酸反应制取二氧化碳：CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑

D．用稀硫酸除铁锈：Fe2O3+H2SO4═FeSO4+H2O

2、（2011.成都）为除去C u(N O3)2溶液中含有的少量AgNO3，某同学给出了两种方法。Ⅰ加入足量NaCl，过滤；Ⅱ加入过量铜粉，过滤下列分析不正确是（）

A．方法Ⅰ中产生的沉淀只有AgCl

B．回收方法Ⅱ的不溶物，可直接得到纯净的银

C．方法Ⅰ过滤后得到的滤液还含有NaNO3，所以不可行

D．两种方法均需用到烧杯、漏斗和玻璃棒

3、（2012.嘉兴）下列实验设计或操作，能达到实验目的的是（）

A．①干燥氢气

B．②检验氧气是否集满

C．③检验X溶液中是否含有

D．④验证Zn、Fe、Cu的活动性强弱

4、下列实验方案不可行的是（）

A．用闻气味的方法区别酒精、氨水和白醋

B．用酚酞试液区分氢氧化钠溶液、稀盐酸和稀硝酸

C．用灼烧闻气味的方法区分棉线和羊毛线

D．用加水溶解的方法区分NaOH、CaCO3、CuSO4、NH4NO3四种白色固体