铝及其化合物的实验改进与教学设计研究开题报告

1. 研究目的与意义

化学本身是以实验为基础的学科，实验教学一直是化学教学的重点之一，《普通高中化学课程标准(2017年版)》明确指出:“学科核心素养是学科育人价值的集中体现,是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力”。课堂演示实验不仅是学生客观地认识物质的性质及变化规律获得化学知识的重要途径，更是提高学生综合素质，培养和发展学生观察能力、思维能力、创新能力的重要方法和手段。高中教育阶段是培养学生创新能力的重要时期。因此，在高中化学教学中，教师在理念上必须重视培养学生的化学核心素养,尤其要重视培养学生的科学探究与创新意识，因为探究是人类揭开自然奥秘、获得正确认识的重要途径，创新则是科学探究的重要手段和必备品质。教师在课堂教学(特别是实验教学)中不拘泥于课本、敢于创新设计并产生好的实验效果，其意义就不仅局限于培养学生的认知能力，对于培养他们的创新意识、激发他们的创新热情都有不可低估的作用。让学生能在学习过后有一个属于自己的知识网络更是十分重要的，所以在教学中，我们需要将中心从“教学”转向“学习”，突出学生为教学中的主体，对学生形成关键核心素养会十分有利。

在课题选取时应先考虑该物质在高中化学知识网络中的地位，由此出发思考实验的改进。金属的化学性质是高中化学元素化合物教学中很重要的一部分，铝作为地壳中含量最高的金属，在日常生活中有诸多的应用，铝及其化合物的性质在人教版化学教材必修一中，被安排在学生们高一时学习，是学生学习无机化学金属的一个开始，同时它也是高中教材中极其重要的一部分。所以我们既要给学生对无机化学的学习开个好头，也要为后面的无机化学的学习做好铺垫，做到承上启下的作用，同时在实验改进与探究的教学过程中，让学生深刻体会无机物及其化合物之间的关系。铝及其有些化合物之间的相互转换可简化为一个“铝三角”。而教材中关于"铝三角"实验都是孤立的单个实验,实验操作不连续、较麻烦，学生思维的连续性易被打破。通过实验的创新设计,学生能直观地观察到铝离子(al³ )、偏铝酸根离子(alo^-)以及氢氧化铝(al(oh)₃)之间的转化现象，明确铝三角的转化关系，掌握al(oh)₃的两种生成方式，理解al(oh)₃的两性，完善知识系统的建构。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：1.“铝三角”转化实验的创新设计：根据“铝三角”的内容进行总结，将多个实验融为一体，以此为目标来设计改进试验装置。2.铝热反应实验的改进：用生活中随手可得的物品来代替实验器材，使实验更具生活化，适当添加器材，降低实验风险，使实验安全化，同时起到节约保护环境的作用。预期目标：1.通过对前人的改进实验进行整理与比较；2.通过实验创新设计，将多个实验融为一体，实现了化学实验的高度集成优化，有利于加深学生对“铝三角”转化关系的理解；3.通过改进铝热反应的实验装置改进，降低安全风险，同时提高学生环境保护的意识；4.在此基础上形成论文。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：1.文献法：通过大量文献调研，确定本课题的研究背景，目的及意义，同时参考他人的改进方法。2.经验总结法：通过咨询有经验的教师与总结大量参考文献，来确定教学设计。研究步骤：1.“铝三角”转化实验的创新在实际教学中，“铝三角”的三个实验是独立分开的，不利于学生建立系统的知识体系。对于这个问题我们可以将三个实验融合在一个装置中，使学生能够直观地通过实验现象观察到铝离子、偏铝酸根及Al(OH)3之间的相互转化。2.铝热反应实验的改进(1)将滤纸三次对折后折成一个一边三层另一边五层的纸漏斗，用水湿润(即使经过铝热反应的高温后，纸漏斗也几乎没被损坏，减少燃烧后产生的烟量)；(2)配铝热剂，并放入纸漏斗中；(3)将白酒纸盒的一面减去，用塑料膜黏上，形成一个“观察窗”；(4)展示两块独立的铁片，将其交错置于平铺有薄层沙土的泡菜瓶子中，泥三角放在泡菜瓶口，一只单孔泥饼放在泥三角上，用粘土制成一个有凹槽的柱子，在里面放上高锰酸钾(KMnO4)晶体(用KMnO4能够氧化甘油的性质，因为引发甘油燃烧室温下约需20秒的时间，此段时间实验者可以非常安全地用白酒纸盒罩住整个反应装置，形成封闭体系)；(5)将打磨好的镁条弯曲插入漏斗内的铝热剂中，使其末端与KMnO4晶体能够接触；(6)用小喷雾器向白酒纸盒的内壁及顶端喷氢氧化钠(NaOH)水雾，至瓶壁上形成薄薄一层小水珠(向白酒纸盒中喷入的NaOH溶液可以吸收多余的二氧化碳(CO2)，烟尘也会自发地沉降或粘附在瓶壁的溶液中)；(7)用胶头滴管滴入4~5滴甘油至KMnO4颗粒,用(3)中处理过的白酒纸盒罩住；(8)观察实验现象；(9)反应结束后，用坩埚钳取出原先放置的独立铁片观察两铁片是否焊接在了一起。

4. 参考文献

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5. 计划与进度安排

1.2022年11月11日－3月15日接受毕业论文任务书，查阅参考文献，完成开题报告。2.2022年3月16日－5月1日完成英文科技论文的翻译任务，查阅相关文献，完成文献的梳理工作和提出实验改进的初步设想，接受中期检查。3.2022年5月2日－5月29日将梳理的文献整理成思路清晰、脉络分明、逻辑性强、有说服力的文献综述，在现有研究基础上提出自己的改进思路和想法，进行实验教学活动的教学设计，完成毕业论文初稿。4.2022年5月29日－6月7日根据指导教师审阅意见，修改并正式完成论文，按规范要求完成装订提交，由指导教师和评阅教师评审，准备参加毕业论文答辩。5.2022年6月8日－6月14日毕业论文答辩。