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    湖北省教研室“十二五”科研規劃重點課結題報告
    作者:admin 發布時間:2015-03-23 20:04:00

    湖北省教研室“十二五”科研規劃重點課題《中學化學新課程實驗的綠色化設計研究》結題報告

    天門中學課題組

                                      執筆人 伍強

    一、課題組成員名單

     

    姓 名

    性別

    工作單位

    課題主持人

    伍強

    天門中學

    石紅衛

    天門市教科院

    課題組成員

    黃永紅

    天門中學

    彭建波

    天門中學

    方紅梅

    天門中學

    鄭炎

    天門中學

    李強

    天門中學

    胡鳳揚

    天門中學

    二、課題研究背景

    我國現在正在推行新課程改革,新教材雖然對實驗設計作出了一些調整,但部分實驗設計卻存在以下幾點問題:

    1、照搬舊教材上不合理的設計方案。舊教材過于注重實驗的視覺效果,缺乏綠色化的設計理念,設計出來的實驗雖然實驗現象明顯,但是在實驗過程中也產生了大量的污染物,這類化學實驗的演示不僅給實驗的操作者和觀察者的身體造成較大的傷害。而且在學生分組實驗中,大量藥品的使用,給學校帶來了沉重的經濟負擔。大量有毒廢棄藥品經過下水管道排放,也給地表水及地下水造成了較大的污染。例如,教材上的吸熱反應實驗,采用八水合氫氧化鋇20 g與氯化銨10 g進行反應。每組實驗后的廢棄物約為30 g,主要成分是劇毒物氯化鋇。如果一所學校,每年進行500組學生實驗,則會消耗價值人民幣900元左右的化學試劑15 kg,并排放相應重量的有毒廢棄物。

    2、采用了主流雜志上的錯誤實驗設計。新教材對某些老教材上存在爭議的實驗作了調整,并參考了主流雜志上的設計。但教材的編寫者并沒有進行嚴格的重復實驗,而選用了錯誤的實驗設計方案。例如,乙烯、乙炔等不飽和烴的加成反應實驗是高中有機化學中的一個重要實驗,舊教材是將不飽和烴通入溴水。由于溴水成分復雜(含HBrO),能與不飽和烴發生副反應,新教材用溴的四氯化碳溶液代替溴水,避免了副反應的發生。但改進后的實驗仍存在著一些問題。首先,純凈的乙烯(乙炔)與溴的四氯化碳溶液反應較慢,長時間通入乙烯(乙炔)氣體會帶走大量溴蒸氣,即使溴不與乙烯(乙炔)反應,溶液也會褪色,這使得實驗結果缺乏充足的說服力。其次,實驗過程中會產生大量劇毒的溴蒸氣和四氯化碳蒸氣。

    3、采用了不成熟的實驗設計。新教材也選取了一些在主流雜志上出現,并經過各種教輔資料推廣的實驗。有些實驗設計看似圓滿,但在實際操作過程中卻產生了許多問題。例如,新教材“濃硫酸與銅反應實驗”中,將老教材中的銅片換作銅絲,并通過橡膠塞上的凹槽伸入,可以通過上下抽動銅絲,控制反應的進程。但反應過程中,SO2氣體會通過凹槽逸出,污染空氣。

    4、對一些有爭議的問題采取回避的態度。新教材對某些沒有研究透徹的問題放手不管,讓實驗者自行判斷,導致了更大程度的爭議。例如銅鋅稀硫酸原電池的演示實驗,舊教材的示意圖中,鋅片上沒有產生氫氣。新教材作了改進,將鋅片上是否產生氫氣讓實驗者根據實驗現象自行填寫。而且實驗過程中,產生了成分不明的,有刺激性氣味的氣體。

    以上問題的存在,給新教材實驗的綠色化設計研究工作提供了很大的空間。這說明本課題所選的研究方向,是一個很有發展空間的研究方向。

    三、課題研究過程

    第一階段:20089月——20109月,為前期準備階段。

    成立了由伍強、黃永紅、彭建波三人為成員的課題研究小組。課題組經過研討,確定課題研究方案,提出課題研究著力點。對課題進行了細致的前期準備工作,包括:創立“天門中學綠色化學實驗室”,參加省教研室組織的實驗創新大賽,為實驗室購買藥品,與淮北師范大學綠色化學省重點實驗室建立聯系獲取電子文獻方面的支持,定制“通風櫥”等硬件設備,撰寫《立項申請書》、《開題報告》

    第二階段:20109月—201211月,為課題立項后的論證、研究實施、中鑒階段。

    主要工作:招募新的課題組成員,先后有方紅梅、鄭炎、李強、胡鳳揚等老師加入課題工作,并邀請了市教科院的石紅衛老師加入課題組作理論和技術方面的指導工作。收集新教材實驗實驗設計中出現的問題、提出了相應的解決方案、通過反復實驗尋找最佳解決途徑等。參加由省教研室組織的實驗創新大賽并進行中期成果展示。

    第三階段:201212月—20142月課題研究評估、總結及成果推廣階段。

    主要工作:整理分析相關實驗結論,撰寫并發表論文。將課題成果在教師演示實驗和學生分組實驗中推廣。利用研究成果,指導高考化學實驗的復習備考工作。收集整理材料,撰寫結題報告。

    四、研究成果

    五年多來,我們課題組的老師大膽進行課題實驗,付出了艱辛的勞動,超額完成了預期目標。主要成果有以下幾個方面:

    1、課題組成員論文完成情況一覽表

    成果名稱

    作者姓名

    期刊名稱

    期刊級別

    發表時間

    碳酸氫銨分解吸熱反應的綠色化研究

    伍強、黃永紅、彭建波

    化學教育

    中文核心期刊

    200912

    乙烯、乙炔加成反應實驗的改進

    彭建波、鄭炎、伍強

    化學教學

    中文核心期刊

    20116

    乙烯加成反應的綠色化改進

    伍強、黃永紅、彭建波

    中學化學教學參考(專輯)

    中文核心期刊

    20118

    硅膠負載溴在乙烯加成反應中的綠色化應用

    伍強、黃永紅、彭建波、方紅梅

    化學教育

    中文核心期刊

    201111

    乙烯與溴加成反應實驗的改進

    伍強

    教學儀器與實驗

    國家級

    20121

    濃硫酸與銅反應的綠色化改進

    伍強、胡鳳揚

    化學教學

    中文核心期刊

    20146

    銅鋅原電池的探究與改進

    伍強、石紅衛、李強

    已完成待發表

     

     

    2、課題組成員成果獲獎情況一覽表

    成果名稱

    獲獎者姓名

    獲獎級別

    獲獎類型

    獲獎時間

    發證單位

    碳酸氫銨分解吸熱反應的綠色化研究

    伍強

    國家一等獎

    比賽獎

    200812

    中國化學會教學專業委員會

    碳酸氫銨分解吸熱反應的綠色化研究

    黃永紅

    國家一等獎

    輔導獎

    200812

    中國化學會教學專業委員會

    乙烯、乙炔加成反應實驗的改進

    伍強、彭建波

    省一等獎

    比賽獎

    201111

    湖北省教研室

    課題中期成果展示

    伍強、彭建波

    省一等獎

    比賽獎

    201211

    湖北省教研室

    3、課題成果在高考復習備考中的推廣

    本課題組成果硅膠負載溴在乙烯加成反應中的綠色化應用》已被編入《全國100所名校單元測試示范卷高三化學卷》第十三單元認識有機化合物烴第17題。

    4、部分重要成果展示

    1碳酸氫銨分解吸熱反應的綠色化研究

    1 藥品可循環使用的吸熱反應實驗設計圖

    如圖 1 所示,向支管上套有氣球的試管中加入一定量的碳酸氫銨固體、乙醇和蒸餾水,塞上帶溫度計的橡皮塞,將試管插入熱水浴中,觀察實驗過程中乙醇溫度隨時間的變化情況,作出時間溫度圖,通過對時間溫度圖的分析,判斷出碳酸氫銨的分解反應是一個吸熱過程

     

    2硅膠負載溴在乙烯加成反應中的綠色化應用

    2 乙烯與硅膠負載溴加成反應實驗循環示意圖

    如圖2所示,向試管中加入一藥匙(約1 g)硅膠負載溴,在試管口塞上棉花,向試管底部通入乙烯氣體,邊通邊振蕩,可以觀察到橙色粉末立即變成白色粉末。這說明乙烯與溴發生了加成反應。

    3乙烯、乙炔加成反應實驗的改進

    3 乙烯(乙炔)與碘蒸氣加成反應實驗示意圖

    如圖3所示,向試管底部加入30 mg的碘單質,在試管口塞上一團棉花,用酒精燈加熱試管底部,待試管底部充滿紫色碘蒸氣后,向試管中緩緩通入純凈的乙烯(乙炔)氣體,10 s后,紫色氣體消失,試管中出現黃色的煙,停止加熱,待試管冷卻至室溫后發現試管內壁出現少量棕黃色固體,這與碘升華實驗時得到的紫黑色晶體不同,這說明乙烯(乙炔)與碘發生了加成反應。

    4)濃硫酸與銅反應的綠色化改進

    4 濃硫酸與銅反應實驗示意圖

        如圖4所示,將帶活塞的塑料管插入雙孔橡膠塞。在試管里加入2 mL濃硫酸,蓋好膠塞,使銅絲與濃硫酸接觸,加熱。把放出的氣體通入品紅溶液,并用蘸有NaOH溶液的棉球吸收尾氣。發現品紅顏色褪去,這說明反應生成了SO2使品紅溶液褪色。向上拉銅絲,終止反應,冷卻后,把試管里的液體慢慢倒入盛有少量水的另一支試管里,發現溶液的顏色為藍色,這說明銅與濃硫酸發生反應生成CuSO4

    五、總結

    1、比賽與課題研究相互促進

    2008年,筆者參加了在湖北荊州舉行的“湖北省中學教師實驗創新大賽”。在創作參賽作品過程中,筆者得到了黃永紅老師、石紅衛老師的悉心指導,并得到了實驗室的彭建波老師的通力協助,最終取得了較為滿意的成績。通過這次比賽,本校也建立起一支的高效的科研小組。而科研小組的建立又為接下來連續兩次的省實驗創新大賽提供了素材和技術上的支持。

    2、教學與課題研究相互促進

    2010年,本課題組成員方紅梅老師、鄭炎老師,在教學過程中發現純凈的乙烯與溴的四氯化碳溶液反應很慢,這一發現被作為本課題組的研究方向。本課題組在該方向上一共發表論文4篇,其中,中文核心期刊3篇。而本課題組成果硅膠負載溴在乙烯加成反應中的綠色化應用》已被編入《全國100所名校單元測試示范卷高三化學卷》第十三單元認識有機化合物烴第17題。

    3、學校硬件設施建設與課題研究相互促進

    2010年,為了能承擔本課題,在學校領導的大力支持下,本課題組定制了通風櫥,這為我們課題的順利開展提供了設備上的保障。同時,為了課題的順利進行,筆者還自費在網上訂購了柱層色譜硅膠、LED紫外燈、高純鋅片、硅酮膠等藥品,這也豐富了實驗室的藥品儲備。

    4、論文發表與課題研究相互促進

        在論文發表過程中,各大雜志的編輯對我們的成果提出了許多寶貴的建議。例如,2010年,化學教學編輯建議本課題組對碘與乙烯反應的黃色固體產物提出質疑,讓筆者弄清其具體成分。筆者與彭建波老師通過反復實驗,最終確定該黃色固體為碘代烴與碘的混合物。通過發表論文,本課題組成員的科研能力得到提高,在科研能力提高的同時,也有利于論文的發表。

    六、鳴謝

        感謝省教研室的孫旭老師對本題組的關心和支持,感謝市教科院的領導對本課題組的指導工作,感謝天門中學各級領導為課題組提供的硬件和軟件方面的支持,也感謝課題組全體成員在這五年多來的辛勤勞動與付出!

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