创新实验教学案例
叶脉书签的制作
（一）教学目标
1.知识与技能
通过教授学习制作叶脉书签的原理。学生学会制作叶脉书签，增强学生动手的实践性，让学生在实践中学习到知识，并利用学到的知识指导实践制作叶脉书签。
2.情感目标
学习叶脉书签的制作原理，并通过自己的实践掌握叶脉书签的制作，把握制作叶脉书签的步骤原理。在这个过程中，增强学生实践的兴趣，引发在课外积极参与实践。
（二）教学重点
学会利用氢氧化钠制作叶脉书签
（三）教学难点
学会利用氢氧化钠制作叶脉书签
（四）实验器材和原理
1.工具材料
叶片（桂花叶、玉兰叶等常绿木本植物的叶片）、氢氧化钠、无水碳酸钠、烧杯、铁架台、酒精灯、毛质柔软的旧牙刷，白磁盘，托盘天平、玻璃棒、镊子。
2.实验原理
叶片的叶肉部分容易腐烂降解，而叶脉非常坚韧，能够成各种形状，比如网状、扇形等，以支持叶片。选取具网状叶脉的植物叶片，用氢氧化钠等碱性溶液加热煮沸，可以水解掉叶肉部分，仅剩下网状叶脉，一张精美的叶脉书签便制作成功了。
（五）教学过程
1.知识小讲堂：院士——向仲怀
中国工程院院士，教授、博士生导师、国际著名蚕学专家，农业部蚕学重点开放实验室主任，西南大学蚕学与系统生物学研究所所长。创建我国第一个家蚕基因库，先后主持国家及省（市）重点科研课题20余项。获国家部、省级成果奖10项，其中国家科技进步一等奖1项，被评为国家级有突出贡献的中青年专家。
学习了向院士的辉煌事迹，作为青少年的我们应该如何做呢？
2.温故知新，激发兴趣
（1）通过展示新鲜叶片，回顾叶片的结构组成及各部分功能，为叶脉制作埋下伏笔。
（2）展示教师的叶脉书签成品，激发学生兴趣，引起学生思考：如何用新鲜叶片制作出精美的叶脉书签？
3.自主学习，制定计划
学生自学《制作叶脉书签》导学案，总结出所需实验器材、方法步骤，并初步制定出实验计划。
师生共同对学生的自学情况予以检测和补充，教师介绍实验原理。
叶片的叶肉部分容易腐烂降解，而叶脉非常坚韧，能够成各种形状，比如网状、扇形等，以支持叶片。选取具网状叶脉的植物叶片，用氢氧化钠等碱性溶液加热煮沸，可以水解掉叶肉部分，仅剩下网状叶脉，一张精美的叶脉书签便制作成功了。
提出问题：哪些因素可能影响制作叶脉书签？
师生讨论，完善实验计划。
4.分组实验，实施计划
将学生分成A1、A2，B1、B2，C1、C2六组（如表8-1所示），确定组长和组员，分别确定探究的因素。A大组：探究不同的叶片对叶脉书签的制作有影响吗？B大组：探究碱液浓度对叶脉书签的制作有影响吗？C大组：煮叶时间长短对叶脉书签的制作有影响吗？
表8-1
方法步骤：
（1）选择叶片 实验前采摘叶脉粗壮而密的树叶，选择无虫眼，无病斑，平整光洁的叶面，洗净待用。
（2）配制碱液 用托盘天平称取5g无水碳酸钠和7g氢氧化钠，溶解于盛有200ml清水的烧杯里，用酒精灯将溶液煮沸。
（3）煮沸叶片 将所选叶片全部浸没在溶液中，继续加热10min左右，并用玻璃棒轻轻翻动，直至叶片上出现黑色泡泡。
（4）刷净叶片 用镊子取出叶片放到白瓷盘里，用小流量的自来水反复冲洗叶片，直到水里没有黑色药水为止。将洗净残叶的叶片用牙刷轻轻刷去叶肉组织部分，刷时先刷正面，按从左到右，从叶柄向叶尖，从主脉向侧脉有序地刷，使叶片只剩下叶脉为止，并将叶脉夹在旧报纸中晾干。
5.展示成果，分组讨论
请每组学生展示自己的叶脉成品，讨论各组的因素是否影响叶脉的制作。同时，分享实验成功经验，总结失败的原因。
（六）教学反思
1.该实验成功的关键在于要把握刷叶脉的力度和注意刷的顺序。力度要适中，不宜过大，并朝一个方向刷，否则容易使叶脉破损。
2.应选择叶脉粗壮紧实的属网状叶脉的叶片。
3.所用的氢氧化钠有腐蚀性，操作时，要注意安全，七年级的学生尚未接触物理和化学等学科，对药品的属性和称量等过程有困难。
4.为节约能源和充分利用课堂时间，选择热水配置碱液
5.本实验利用探究实验法，在原实验的方法步骤上，设置对照组，探究不同因素，能否制作出叶脉书签。比如：碱液浓度，树叶品种，煮叶时间长短等。
（七）板书设计（如图8-1所示）
图8-1
讨论：哪些因素可能影响制作叶脉书签？
Fe2+与OH-反应
（一）实验方案的提出
现行全国普通高中课程标准实验教科书化学必修1（人教版）第60页实验3～9中有关硫酸亚铁溶液与氢氧化钠溶液反应的实验，按教材中的实验步骤操作很难看到有白色沉淀产生，只能生成灰绿色沉淀。在化学老师的指导下，我们对此实验进行了很多研究，对实验步骤进行了优化和完善，但是实验效果都不是很好。
本实验的理想现象应该是先生成白色沉淀，接着变成灰绿色，最后变为红褐色沉淀。而实质是Fe2++2OH-=Fe（OH）2↓和4Fe（OH）2+O2+2H 2 O=4Fe（OH）3。
有研究表明，本实验不易成功的原因是反应溶液中溶解有氧气且反应体系与外界存在着物质交换与能量交换，不断有空气中的氧气溶解到溶液中，新生成的氢氧化亚铁很快就被氧化成氢氧化铁，所以在实验过程中很难观察到有白色的氢氧化亚铁沉淀生成，只能看到氢氧化亚铁转化为氢氧化铁的中间产物：一些灰绿色的絮状沉淀。最后转化为红褐色的氢氧化铁沉淀。
于是，我们提出了如下三个假设：
假设1：Fe（OH）2在碱性环境中，白色现象时间越久；
假设2：反应溶液温度越高，白色现象越明显；
假设3：FeSO4和NaOH反应生成的白色氢氧化亚铁所呈现的浅绿色不是Fe（OH）2被空气氧化所致，而是Fe（OH）2水化生成Fe（OH）2.n H2 O的结果。
（二）太空环境资源利用
太空环境资源有高真空环境。高真空环境是太空中和航天器上最为宝贵的独特环境。真空是一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。在真空环境中不存在空气，也就是说没有氧气存在。
（三）实验目的
太空中是高真空的环境，这对于在完成这个实验操作过程中能观察到先生成白色沉淀，接着变成灰绿色，最后变为红褐色沉淀明显的实验现象创造了理想的实验条件。
试图解决的问题有：（1）FeSO4溶液和NaOH溶液的加入顺序是否有关？（2）温度是否影响FeSO4溶液和NaOH溶液反应实验？（3）影响本实验成功的主要原因是O2？（4）能否寻找到NaOH溶液和FeSO4溶液反应的最佳实验方案？
（四）实验原理和方法
实验原理：Fe2++2OH-=Fe（OH）2↓和4Fe（OH）2+O2+2 H 2 O=4Fe（OH）3
实验方法：实验探究、对比实验、提出假设、分析总结等。
（五）实验材料及设备
（1）药品
FeSO4、水、NaOH溶液、氧气
（2）仪器
试管（塑料）、塑料滴管
（六）实验过程
假设1：Fe（OH）2在碱性环境中，白色现象时间越久。
［实验1］取两支试管，向第一支试管中加入5 ml FeSO4溶液，将滴管尖端插入试管里溶液底部，慢慢挤出3滴NaOH溶液（浓）；向第二支试管中加入5 ml NaOH溶液（浓），将滴管尖端插入试管里溶液底部，慢慢挤出3滴FeSO4溶液。观察实验现象。
实验现象：两支试管中都有白色沉淀生成，但是第二支比第一支白色现象越久。
假设2：反应溶液温度越高，白色现象越明显。
［实验2］取两支试管，向第一支试管中加入5 ml NaOH溶液（浓），将滴管尖端插入试管里溶液底部，慢慢挤出3滴FeSO4溶液。向第二支试管中加入5 ml NaOH溶液（浓、加热），将滴管尖端插入试管里溶液底部，慢慢挤出3滴FeSO4溶液。观察实验现象。
实验现象：有白色沉淀生成，而且第二支比第一支白色现象更明显。
假设3：FeSO4和NaOH反应生成的白色氢氧化亚铁所呈现的浅绿色不是Fe（OH）2被空气氧化所致，而是Fe（OH）2水化生成Fe（OH）2.n H2 O的结果。
［实验3］在实验2的白色浊液中，通入准备好的氧气。观察实验现象。
实验现象：浊液会逐渐变成棕褐色，中间无明显绿色出现。
（七）实验预期结论
（1）实验1可知，Fe（OH）2在碱性环境中，白色现象时间越久。
（2）实验2可知，反应溶液温度越高，白色现象越明显。
（3）实验3可知，FeSO4和NaOH反应生成的白色氢氧化亚铁所呈现的浅绿色不是Fe（OH）2被空气氧化所致，而是Fe（OH）2水化生成Fe（OH）2.n H 2 O的结果。
综上所述，NaOH溶液和FeSO4溶液反应的最佳实验方案——把FeSO4溶液注入较浓的、加热的NaOH溶液中，实验效果更佳。
8.实验装置设计图（如图8-2～图8-4所示）
图8-2
图8-3
图8-4
9.实验要求
（1）把FeSO4注入较浓的NaOH溶液中；
（2）实验在加热的溶液中进行；
（3）必须进行相应的对照组实验；
（4）本实验全程必须在真空环境中进行；
（5）本实验全程必须在密闭空间中进行。
测定电池的电动势和内阻
（一）教学设计思路
根据学生认知规律和新课程基本理念，本节课以教材为载体，通过“微课”复习巩固电池电动势、内阻的相关知识；通过合作、探究、交流论证实验电路并掌握实验的基本原理、测量数据的处理方法；通过微视频了解水果电池的制作过程；在学生亲历实验全过程中，掌握测定电池电动势和内阻的方法和数据计算过程；在班级交流分享实验成果和进一步探讨分析实验电路系统误差的过程中，提高学生的实验设计能力和操作能力。
（二）教学目标
1.知识与技能
（1）探究几种测定电池电动势和内阻的实验电路，理解其原理，能选择一种合适的实验方法。
（2）能熟练画出实验电路图。
（3）能有效连接实验仪器并测量相关数据，掌握实验的基本技能。
（4）了解水果电池的制作方法，并测量其基本参数，拓展书本知识。
（5）能分析测量电路带来的实验误差，设计较好的实验电路。
2.过程与方法
（1）能有效选择实验仪器，亲历实验的各个环节和过程，并及时改进实验方法。
（2）能根据实验过程有效记录实验数据，并判断实验数据是否基本准确。
（3）能利用实验数据做出U-I图像，并计算出被测电池的电动势和内阻。
3.情感态度价值观
（1）通过测定水果电池，培养其知识迁移能力和实践能力，进而培养其创新精神。
（2）通过本实验，培养节约能源和开发新能源的意识。
（三）教学重点
1.知识与技能目标1、2、3。
2.过程与方法目标1、3。
（四）教学难点
1.知识与技能目标3、5。
2.过程与方法目标3。
（五）教学资源
1.实验设备
实验室旧电池3个、柠檬、苹果、马铃薯各6个；伏特表，微安表、滑动变阻器、变阻箱、万用表、电键、导线、铜片、锌片、水果刀、导线夹各10组；坐标纸20张。
2.微课：《电池的电动势和内阻》
3.微课：《水果电池的制作》
4.交流显示设备：视屏展示台
（六）教学方法
探究法、讲解法、合作学习法
（七）教学流程图（如图8-5所示）
图8-5
（八）教学过程
1.新课引入
教师：
（1）同学们！1799年，意大利物理学家伏打发明了能获得连续电流的伏打电堆。1800年他公布了电池原理，1801年他为拿破仑一世演示了伏打电堆，拿破仑授予他金质奖章并封他为伯爵。在伏打电池的基础上，人们发明了一般生活中常见的干电池（出示干电池）。今天，我们通过实验来测定电池的电动势和内阻
（2）为了让大家对电动势和内阻有更清晰的认识，让我们再看一遍昨天老师发给大家的微课（2min）。
（播放微课《电池的电动势和内阻》）
（3）看微课后，同学们有什么体会？
（请一位同学交流）
（4）感谢这位同学的交流。通过微课我们知道，电动势是电源本身的特性决定的，与外界因素没有直接关系。我们很难直接测量电源电动势和内阻。那么，能否设计一个电路将电源与外电路联系起来，从而测出电源的电动势和内阻呢？
（小组讨论2min，进入新课）
2.新课教学
（1）请三个小组通过视频展示台交流设计电路（技能目标1、2），电动势与内阻的相关关系如图8-6所示。
图8-6
（2）教师对交流的小组进行评价
①第一个设计电路是利用滑动变阻器、安培表、伏特表将电池与外电路联系起来，利用电动势与外电路的关系E=U+I r，多次测量求解，实验原理的核心公式是：E=U+I r
②第二个设计电路是利用变阻器箱、安培表将电池与外电路联系起来，利用电动势与外电路的关系E=IR+I r，多次测量求解，实验原理的核心公式是：E=IR+I r
③第三个设计电路是利用变阻器箱、安培表将电池与外电路联系起来，利用电动势与外电路的关系E=U+U r／R，多次测量求解，实验原理的核心公式是：E=U+U r／R
（3）设计电路的选择及实验数据处理方法探讨：
对比这三个实验电路，哪一个实验电路最好？为什么？
（请同学交流）
老师提炼总结：
第一个实验电路可以通过改变滑动变阻器阻值，得到两组数据，利用E=U+I r联立两个二元一次方程，简单地得到电动势和内阻，这样与实验②③通过测两组数据联立方程代数求解没有多少区别，体现不出这种方法的优越性。
深入分析：如果将实验原理公式适当变形，建立路端电压与电流函数关系：U=E-I r，再通过做函数关系图像来求解会更加精彩。
这里，电流是函数自变量，路端电压是因变量，且能多次测量。由于E和r是定值，因此，路端电压U与电路中的I是一次函数关系。如图8-7所示，如果建立U-I图像，将得到一条直线，其纵坐标的交点即为电源电动势，直线的斜率就是电源的内阻。
图8-7
这样可以采集更多的数据，通过描点作图减小实验的偶然误差，比较准确地得到测量数据。
因此，建议大家今天采用第一个设计电路来做实验。
（4）水果电池介绍（技能目标5）
生活中可以用水果制作电池，现在，通过微视频来学习水果电池的制作方法。
（播放微课《水果电池的制作》）（1min）
（5）实验电路连接及作图介绍（如图8-8所示）
图8-8
老师已经准备好各种实验器材，同学们利用滑动变阻器、微安表、伏特表等进行测量，数据测量结束后，利用坐标纸画出U-I图像，计算得到相应电池的电动势和内阻。
要规划好电路连接，注意及时断开电键，注意电表正负极，请大家抓紧时间做实验。
（6）分组实验（技能目标4、5；过程目标1、2、3；情感目标1、2）
1）实验小组：一般电池1组、柠檬电池、苹果电池、马铃薯电池各2个组。
2）老师到各组进行现场指导（重点到水果电池组）
①指出电路连接中可能出现的问题（电键未断开、滑动变阻器连接问题、微安表、伏特表量程及正负接线柱等）。
②微安表和伏特表没有示数的原因。
③作图过程中单位取舍、描点及连线。
④水果电池制作中的各种问题（电极不能太远、时间不能太长）。
（7）分享实验成果
1）利用视屏展示台请四个组进行交流，教师进行适时点评。
2）微安表及电压表的另一种连接及误差分析（技能目标6）。
实验过程中，有的组同学探讨到这样的问题，可不可以采用图8-9乙图的方法将微安表接在伏特表内来测量呢？这两种实验电路设计到底有没有区别？
图8-9
哪位同学能给大家分享一下研究成果呢？
（学生交流后，教师总结）
（1）图8-9甲图中，由于电压表要分流（虽然很小），导致电流表测量实际上不是通过电源的电流值，电流偏小，电压表测量的路端电压是真实的，由E=U+Ir。可知电动势偏小。根据图像做出的电动势斜率必然偏小，内阻偏小。
（2）图8-9乙图中，路端电压是真实的，电流表确实是通过电源的电流，因此，根据E=U+Ir，电动势是真实值，但电源的内阻实际上还包含微安表的内阻，所以，测出的电源的内阻偏大。
（3）由于微安表的内阻很小，几乎与电源内阻相当，因此，用乙图测量出的内阻实际上偏差很大。而甲图测量的电动势和内阻虽然都有误差，但由于微安表内阻很小，伏特表内阻很大，伏特表分流实际上是很小的，误差均很小，几乎可以忽略。综上所述，甲图设计电路比较好。
（4）同学们还可以设计更好的电路来测量电源的电动势和内阻，减小测量误差，请同学们课后再深入探究。
3.归纳总结（情感目标3）
（1）通过今天的实验，同学们学习了测量电源电动势的基本原理、进行了深入的实验操作，亲历了实验过程，通过数据处理，对电池的基本物理参数有了进一步了解，重要的是同学们初步掌握了测量电池电动势和内阻的方法。谢谢大家的学习、探究与参与。
（2）电源是当今人类非常重要的能源之一，是环保、低碳的能源。同学们今后还可以深入研究各种电源，提高其效率，为人类可持续发展做出更大的贡献。
（3）课后，请大家进一步学习有关电池电动势和电阻方面的知识，特别复习巩固实验电路和操作步骤，完成实验报告。
今天的课到此结束！
下课！同学们再见！
（九）教学反思
1.本节课以学生理论设计、实验探究、分享成果为教学主线，意在落实新课程“学生为主体、教师为主导”的教学理念，培养学生“自主学习、合作学习、探究创新”的能力，让学生在情趣盎然中相互启发，共同进步。从课堂教学的实际操作流程来看，较好地实现了这一教学设计目标。
2.学生对实验原理的解读和对实验电路论证踊跃，能有效地选择实验设备开展实验。学生分工合作，操作规范有序，实验参与度极高，在实验过程中对新的问题能灵活处理。课堂较好地完成了预期三维目标。
3.通过微课复习巩固基本概念，将化学知识与物理知识有机结合起来，使学生的综合思维能力得到发展，水果电池的微视频使学生迅速掌握制作水果电池的方法，提高了课堂教学效率，节省了时间，使学生能更加充分的开展实验探究，微课的功能得到较好发挥，这一方法还可在今后的课程中广泛采用。
4.课堂中，学生交流自如大胆，思想活跃，教师语言简洁流畅，对学生引导、启发、牵引得当，对学生的能力培养起到了很好的作用。
5.实验过程中，教师与小组之间的交流还不是很深入，对学生实验的指导不是很细致，还可以再优化课堂教学流程，在实验原理、电路设计部分再节省点时间，使学生实验探究和成果交流更充分，学生思维的碰撞更剧烈，思维发展更深入。