探究性化学实验的设计，本文主要内容关键词为：化学实验论文,探究性论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
只有探究型、创新型的教师，才会有探究型、创新型的学生。高等师范院校作为培养中学师资的“工作母机”，应重视师范生的探究能力培养。
探究性实验是培养具有创新人才的一种好方法。它能使学生通过自主参与类似于科学实验研究的学习活动，获得自身体验，逐步形成善于质疑、乐于探究、勤于动手、努力求知的态度，从而促进学生形成良好的实验设计习惯和创新意识，培养了学生创新精神和化学实践能力，提高了学生的科学素质。因此，我们应该教会师范生探究性化学实验的设计与研究。
探究性实验来自“探究性教学”，它的早期表现是“发现法”和“问题解决法”[1]。“发现”是以培养学生探究性思维能力为目的的，光有“发现”只能算作“探”，而“问题解决”就是“究”了。在实验教学中，总会碰到这样那样的问题，因而“探究性实验”也就作为“探究性教学”的一部分应运而生。那么什么是探究性化学实验呢？
探究性化学实验简单说就是指面对现实的化学问题或化学实验教学中出现的疑难问题，通过设计一系列的实验并付诸实践，根据实验现象或实验结果进行严密推理来分析解决问题的一种实验方法[2]。
探究性化学实验的设计首先应遵守科学性、可行性、安全性、简约性、综合性等原则，只有遵循了这些原则，才能顺利完成实验。其次可按照探究性化学实验设计的一般程序[3]（见图1）进行设计实验。
图1 探究性实验设计程序图
我们按照图1设计程序，组织学生对乙酸乙酯水解反应进行了探究。探究过程如下：
1.发现问题并提出问题
演示乙酸乙酯水解反应时，按照中学化学教科书（2001版）中的要求进行实验演示，效果不佳。主要存在如下不足：一是乙酸乙酯没有染色，教室后边的同学看不清实验现象；二是加热温度偏高（70～80℃），并且试管没有塞胶塞，会使乙酸乙酯以及水解生成的乙醇、乙酸产物挥发，造成一定的误差；三是用闻气味法来区别水解的程度不恰当（有的同学闻不出来），不仅分辨率低、不具说服力，而且也不能使全班同学都能获得明显的体验；四是课本中所用乙酸乙酯的用量较小（仅加入6滴），若时间控制不当，则在酸性、碱性介质中均可能全部水解，不利正确结论的得出。在上《中学化学实验研究》课时，我们提出此课题，让学生查资料、展开讨论，并自行设计实验进行探究，解决这些问题。
2.问题的探究及实验设计
学生针对课本实验方法的不足，根据收集资料、不同的设计实验方案分成了几个实验小组，通过一系列的对比实验对乙酸乙酯的水解反应进行了最佳条件选择的探究。
2.1确定研究方法
最佳条件的选择方法有多种，概括起来主要有全面比较法、优选法、综合比较法（正交法）等[4]。。经过讨论，学生认为本课题有多个影响因素，采用全面比较法较好。
全面比较法是对影响实验结果的各种因素的所有水平进行全面搭配比较，从中找出最佳条件。例如影响实验结果的因素有A（加热）和B（反应物浓度）两个因素，而A又有A[，1]，A[，2]两种水平，B又有B[，1]B[，2]……B[，5]五种水平。将A[，3]，A[，2]分别与B[，1]，B[，2]……B[，5]搭配，进行A[，1]B[，1]，A[，1]B[，2]……A[，1]B[，5]和A[，2]B[，1]，A[，2]B[，2]……A[，2]B[，5]共10次试验，从中选出最佳实验条件。
2.2对乙酸乙酯水解反应最佳反应条件的选择
与水发生水解反应是酯类的重要化学性质，其原理可用下式概括：
由该式可以看出，酯的水解反应实际上是酯化反应的逆反应，反应条件是加热，并且用无机酸或碱作催化剂。乙酸乙酯水解方程式如下：
学生探讨：a关于该反应的加热温度。中学化学教科书上演示乙酸乙酯的水解实验时，加热温度要求控制在70～80℃之间；有的资料上则把温度控制在60～70℃之间[5]。我们认为水解温度控制在65～75℃之间，效果会更好，由于乙酸乙酯的沸点为77.15℃，所选温度要尽量高但又不能超过其沸点。
b关于该反应的催化剂。该反应可用H[，2]SO[，4]溶液，也可用NaOH溶液作催化剂，但是用这两种物质作催化剂的效果有何不同？它们的浓度、体积的变化对反应有没有影响？酯的减少我们又如何看出？为了弄明白这几个问题，进行了如下实验探究。
2.3实验探究过程的设计
①给酯染色。为了使水层与油层之间界面清晰，容易观察和测量出乙酸乙酯层的高度，而且能引起学生对实验探究的兴趣性，首先给乙酸乙酯进行染色。其方法多种多样：有的同学用红色或黄色铅笔杆上的漆膜染色，有的同学用红圆珠笔芯油染色，还有的同学用甲基橙染色，通过实验比较，认为用红圆珠笔芯油染色最佳。
②酯的水解。影响酯的水解因素有水解时间、催化剂的浓度及体积等。为了便于比较探究，设计了对比实验：取4支相同型号的大试管，分别贴上空白1，空白2，酸，碱标签。每支试管中放入同样多的蒸馏水（两支空白试管中）、酸或碱，并分别加入2mL乙酸乙酯，振荡均匀，塞上胶塞，静置，用直尺量出乙酸乙酯的高度h（mm），再把它们同时放入（空白1试管除外）65～75℃的水浴中开始加热，然后每隔一分钟将其取出，振荡，静置，立即测量并记录当时酯的高度，再迅速放回水浴中继续加热。如此反复进行，直到加热达到所控制的时间（8min）。
③对乙酸乙酯在不同体积、浓度的酸、碱催化剂中水解的探究。用浓度为0.5mol/L的酸、碱，分别取下列体积：10mL、8mL、6mL、5mL、3mL按②重复实验；再改变酸、碱催化剂的浓度分别为1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L时，取不同的体积进行上述实验。
3.实验结果与讨论
根据学生各组做的实验数据，列出了乙酸乙酯在催化剂体积相同，浓度不同时，随时间变化的水解情况（见表1，由于篇幅所限，本文只列1组数据来说明）。
表1 酸、碱体积分别为5mL时，乙酸乙酯水解反应随浓度、时间变化情况表
根据所得数据并进行比较讨论知，进行乙酸乙酯水解反应的演示实验，选用浓度为3.0mol/L，体积为8mL的H[，2]SO[，4]溶液或浓度为4.0mol/L，体积为5mL的NaOH溶液作催化剂为最佳方案。
通过实验设计，突出了学生对实验过程和实际问题的探究，有利地培养了学生探究问题和解决问题的能力。