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高中化学说课视频及说课文稿_铁与水蒸气反应的创新实验

视频标签:铁与水蒸气反应

所属栏目:高中化学说课视频

视频课题:高中化学说课视频及说课文稿_铁与水蒸气反应的创新实验

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“铁与水蒸气反应实验的改进”说课文稿
湖北省天门中学 伍强
一、使用教材
人民教育出版社、高中、一年级、化学必修、第一册、第三章、第一节。
二、实验器材与试剂
大试管、单孔橡皮塞、酒精灯、试管夹、带金属盖的塑料小瓶、普通塑料小瓶、面巾纸、粗铜丝、防火胶布、打火机、中性笔芯、输液管滴壶,超细钢丝棉、蒸馏水、洗洁精溶液。
三、实验创新要点
(1)用化学组成与还原铁粉相似的超细钢丝棉代替铁粉进行反应,增大了铁与水蒸气的接触面积,提高了实验成功率。
(2)对吸水材料和超细钢丝棉进行了定量装配设计,简化了操作过程。
四、对现有实验的评价及创新实验的设计思路
1.教材实验及现有改进实验的缺点
(1)旧教材将铁粉附着在石棉绒上进行反应,由于石棉绒导热性不好,大多数铁粉温度不够高,难以反应。现行教材实验中水蒸气与铁粉接触面积有限,大多数水蒸气来不及与铁粉反应就逸出了试管;铁粉与供水剂间的距离太远、太近都会导致实验失败;实验前药品装填困难、实验后废弃物不易取出。
(2)当前的改进实验分两类,一类是改进供水材料,延缓水蒸气的发生,如将棉花改为富水蔬菜等,提高了实验成功率,却导致了实验时间过长的问题,而且这一类设计并没有解决供水剂与铁粉的距离问题。另一类是增加铁与水蒸气的接触面积,如用半圆形磁铁吸附铁粉,使其呈毛刷状,增大了铁粉与水蒸气的接触面积,但该设计有装置过于复杂、操作不便等缺点。
2.用超细钢丝棉代替还原铁粉的可行性分析
超细钢丝棉是将低碳钢制成0.125~0.189mm的细丝而组成,具有极大的比表面积,能在流动的空气中剧烈燃烧,近年来,不少摄影爱好者将其应用在光绘摄影中,为此出现了专门的企业生产摄影用超细钢丝棉,并在网络上大量销售,使其成为一种价廉易得的物品。查阅低碳钢国家标准及还原铁粉国家标准可知,低碳钢与还原铁粉的纯度相差不大,虽然低碳钢中含有锰、铝等杂质,但含量较低,难以对实验结论产生干扰。由钢丝棉极易与流动空气中的氧气反应这一特性可推知,用超细钢丝棉代替铁粉,进行铁与水蒸汽的反应,应该能克服铁与水蒸气接触不充分的问题。
3.实验中的定量装配设计
早期子弹的设计中,发射药与弹头是分开的,且发射药的用量也不确定,这导致了发射前装填困难、发射过程中引起炸膛、发射后枪管不易清理等缺点,弹壳将发射药与弹头定量装配在一起,克服了以上的缺点。现有的铁与水蒸气反应设计与早期子弹设计中存在的问题类似。因此,对该实验采用定量装配设计,应该既能保证实验的成功率,又能缩短实验时间。
五、实验教学目标
(1)通过评价“铁与水蒸气反应实验”的旧教材设计、现行教材设计及已有改进实验设计,培养学生的分析能力与评价能力。
(2)指导学生参与该实验的改进,培养学生的创新能力。
(3)通过反复测试,对装置不断进行优化,培养学生精益求精的大国工匠精神。
六、实验教学内容
美国教育心理学家布鲁姆将学生的认知能力分为低级思维能力,包括:记忆、理解、应用能力,以及高级思维能力,包括:分析、评价、创新能力。
传统的高考题主要考查学生的低级思维能力,通过对常规题型的反复训练,仅靠记忆能力就能应付考试。但近年来,高考题越来越注重通过在题目中引入新信息,创设陌生的情境,考查学生的高级思维能力。例如2019年全国Ⅰ卷涉及到一些顶级期刊的研究内容,许多学生考完后哀叹:高中化学白学了!
因此,教师在教学过程中,应注重培养学生的高级思维能力。当学生具备高级思维能力后,就能对某道看似陌生的考题进行正确的分析;然后作出评价:本题起点高、落点低,考查的还是高中的基础知识;最后,依据已有知识,轻松解题。
化学是一门以实验为基础的科学,教师在教学过程中,给出一个陌生的实验操作或设计,然后,问这一操作或设计的目的是什么,就是对学生高级思维能力的培养。本课以素材较为丰富的铁与水蒸气反应为例进行教学,既可作为高一学生的新课使用,又可作为高三学生复习备考课使用。
七、实验教学过程
(一) 实验装置的初步设计

  1. 对现有实验设计的评价
在教师的指导下,学生们成立了实验改进小组。教师引导学生对旧教材、现行教材及已有改进实验进行评价。
  1. 实验试剂的选择
用钢丝棉代替还原铁粉进行实验,钢丝棉有弹性,堵在试管中,水蒸气只能从钢丝棉的缝隙中通过,增大了接触面积,有利于反应的发生。钢丝棉是钢纤维,导热性好,不仅紧挨着试管内壁的钢丝棉可以反应,部分靠近内壁的钢丝绵也能反应。
  1. 对初期成果的评价
教师指导学生设计出如图1所示的初期成果,并以思考题形式引导学生对初期成果进行评价,具体过程如下:

图1 初期成果装置示意图
【思考题】已知:钢丝棉与面巾纸定量装配流程如图2所示,取1份市售面巾纸,对折3次,形成一个长方块;取一根粗铜丝,将一端弯成钩状,钩在折好的面巾纸上,并捏紧,使面巾纸难以移动;称取2g钢丝棉,对折成图2a所示形状,将单层部分压在面巾纸和铜丝上,双层部分压在铜丝上,卷成一个如图2b所示的圆柱状,用细铜丝在圆柱两端扎好,防止面巾纸和钢丝棉散开。在粗铜丝中部折出一个U形弯,并将粗铜丝另一端折成一个环,最终得到一个钢丝棉与面巾纸组合而成的定量装配装置。

图2 钢丝棉与面巾纸定量装配流程图
(1)本实验的投料过程较为方便,原因是                                   。
(2)为什么要用“面巾纸”包住钢丝棉?原因是                           。
(3)用蒸发皿收集气体,点燃气体时发生较剧烈燃爆,需要用坩埚钳夹住火柴。本实验将蒸发皿改为试管的目的是什么?
                                                            。
(4)初期成果还有那些地方值得改进                           。
(二)实验装置的中期设计
小组成员对实验装置作了便携式设计:如图3所示,用试管夹代替了铁架台,用缠有防火胶布的废弃中性笔芯代替了玻璃导管,用青霉素小瓶代替了小试管。小组成员对中期成果进行测试:发现,如果操作不当,试管可能会炸裂。

图3 中期成果装置示意图
(三)实验装置的后期设计
小组成员对实验装置进行了防炸裂设计:如图4所示,在导管上端增加了用输液管滴壶制成的防倒吸装置,在试管口增加了用面巾纸制成的吸水装置。通过测试,取得了较好的实验效果。

图4 后期成果装置示意图
(四)后期成果的推广与定型
教师采取送教入班的形式对实验成果进行推广,共选择了本校19个班级进行了教学,收到了良好的效果。
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图5 送教进班活动
由于实验室腐蚀性气体较多,无法安装一体机等电子设备,本校涉及分组实验的课程,往往是将实验仪器运到普通教室进行教学。但仪器中常有铁架台等较重的物品,授课教师一般提不动实验仪器,需要好几名同事帮忙,这就限制了这种教学模式的推广。由于本实验为便携式设计,授课教师一个人就能轻松提入班级,给教学工作带来了极大的便利,值得推广。
通过送教进班活动,发现,由于青霉素小瓶重心较高,易被学生打翻,因此将青霉素小瓶改为金属瓶盖,如图6所示。由于准备了200多组学生实验,工作量较大,将定量装配装置的制作工序进行了简化,去掉了捆扎面巾纸和钢丝棉的细铜丝,发现钢丝棉和面巾纸也不易散开。由于装置较简单,即使学生基于好奇心,把装置拆掉了,也能重新将装置包好。去掉了U形弯,钢丝棉也不易脱离面巾纸,即使钢丝棉在插入过程中脱离了面巾纸,用镊子将钢丝棉往里推一下,紧挨到面巾纸,也不会影响实验效果。

图6 定型装置示意图
八、实验效果评价
本课实验为原创实验,初期成果已于2019年6月20日被中文核心期刊《化学教学》录用,实验设计有以下优点:装置简单、操作方便、安全,成功率高,使用的仪器与药品价廉易得,值得推广。
作者姓名:伍强  、单位名称:湖北省天门中学  、联系电话:13545937650、电子邮箱:35552082@qq.com。

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