時間：2023-03-23 15:10:07
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發表網為您精選了8篇實驗設計論文，愿這些內容能夠啟迪您的思維，激發您的創作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
“血型鑒定”是初中生物“人體生命活動的能量供給”一節的模擬實驗。可以讓學生體驗血型的鑒定過程，理解血液鑒定及輸血的原理。教材建議使用的化學藥品價格較高，很多學校的生物實驗室中未必都能有購置，同時，其中有幾種有毒性，學生實驗過程中存在安全隱患。陳樂東老師對實驗做了改進，建議用硫酸鎂、碳酸鈉、氫氧化鈉和氫氧化鈣沉淀模擬血液凝集。通過產生沉淀來模擬凝集，初中一年級學生對化學知識的了解有限，并不能很好地理解血型鑒定的原理及輸血原則。從經濟性和效果方面考慮，本實驗用墨水來做，也可以收到較好的教學效果。
二、材料準備
1.三種不同顏色的墨水，分別是：紅色、純藍、墨汁（可適當稀釋）。2.試劑瓶6個，一個裝紅墨水，標明“A標準血清”，另一個裝純藍墨水，標明“B標準血清”；其余四個分別裝紅墨水、純藍墨水、墨汁和清水，模擬四種待測血液樣品，在試劑瓶上標明甲、乙、丙、丁。3.載玻片4個，在左右兩邊的邊緣分別用記號筆標明A和B（與醫院中血型鑒定方法一致）。
三、實驗原理
用紅墨水代表A型血樣；用純藍墨水代表B型血樣；墨汁代表AB型血樣；清水代表O型血樣。四種樣品在滴加紅、藍墨水代表的A、B兩種標準血清時，會有不同的顏色變化，用變色與否代表凝集反應，如下表：
四、模擬實驗過程
1.取4張載玻片，均在標明A的位置上方滴加1滴紅墨水（A標準血清），在標明B的位置上方滴加純藍墨水（B標準血清）。2.在每張載玻片上滴加一種待測樣品，A、B標準血清中各加1滴。3.觀察是否變色，將結果記錄在下表中，在括號內注明血型：
五、討論
實驗前將所用試劑都置于電熱恒溫干燥箱中，在110℃條件下烘干處理3h，脫水后密封保存備用。以轉爐提釩釩渣為參照［8－9］，配置實驗試樣組成的質量分數見表1。配好的試樣放入瑪瑙研缽中研磨，保證樣品充分混勻。實驗材料準備好后進行以下實驗：（1）差熱分析法（DSC）實驗：利用DSC精確測定試樣的相變和反應溫度。使用氬氣（99．99％）作保護氣氛，流量為2L／min。設備升溫和降溫速度為10℃／min，試樣量為10mg［10］。（2）高溫淬火實驗：為確認FeO與V2O5發生的反應和生成的物質，以DSC測定的相變溫度為依據進行高溫淬火實驗。試樣裝入MgO坩堝（33mm×29mm×50mm），放入二硅化鉬爐中，加熱到試樣的液相線溫度以上50℃，然后再降到至相變溫度并保溫一定的時間后迅速取出，置于水中淬冷。（3）樣品表征：X衍射分析淬冷后的試樣物相；采用掃描電鏡觀測樣品形貌及尺寸。
2結果與議論
2.1差熱分析試樣經升溫熔化后均勻性更好，故本實驗以DSC降溫曲線結果為準。從DSC降溫曲線中得到試樣的相變溫度見表2。從表中可看出：1—4號試樣在600℃左右開始熔化產生相轉變，原因是1—4號試樣中FeO含量較低，有放熱峰出現所致；隨著試樣中FeO含量增加，試樣的熔點升高，600℃左右不易發生熔化而產生相轉變；1—7號試樣在接近800℃左右均發生相變，原因是V2O5發生了分解反應：V2O5V2O3＋O2；3—10試樣在970℃、1300℃、1450℃左右均發生了相變或反應。
2.2XRD分析試樣高溫淬火后用RigakuD／MAX2500衍射儀進行分析。試樣在970℃保溫2h后迅速取出用水淬冷，部分試樣的分析結果見表3。圖1和圖2分別是試樣10在1450℃和1300℃保溫后得到的X衍射圖譜。分析X衍射結果發現，FeO－V2O5體系在高溫下發生了反應，970℃時主要生成釩酸鐵FeVO4，1300℃和1450℃時主要生成反式釩鐵尖晶石Fe2VO4；隨著FeO含量的增加，體系中的物相減少，只有Fe2O3由此可以看出，FeO和V2O5之間發生了一系列氧化還原反應，其反應的實質是V2O5在反應開始時發生分解得到V2O3和O2，FeO被氧化成Fe2O3，V2O3與FeO和Fe2O3同時發生反應生成Fe2VO4，未分解完的V2O5與Fe2O3發生反應生成FeVO4。
2.3SEM分析通過掃描電鏡可以更直觀形象地觀察鐵釩體系中的物相結構。圖3為試樣分別在1450℃、1300℃保溫30min的SEM。從圖中可以看出，鐵釩體系主要組成為釩鐵尖晶石相和鐵氧化物相，圖中灰白色物相為尖晶石相，黑灰色物相為鐵氧化物相。由1300℃保溫得到的釩渣礦相中尖晶石的粒徑明顯比1450℃保溫得到的尖晶石粒徑大，其尺寸分布范圍也較寬，主要分布在10～30μm之間。在1450℃保溫時，尖晶石粒徑主要分布在10～25μm之間，尺寸相對較小。這是由于高溫下形核率大于晶體長大速率，所以形核較多，晶體尺寸較小；當溫度降低時，形核率增大，但其增長率小于晶體長大速度，所以隨著保溫溫度的降低，尖晶石平均晶粒尺寸增加。
3實驗內容拓展
本文所設計的綜合實驗是研究型實驗。學生可以在教師指導下完成系列實驗，包括熟悉實驗內容、設計實驗方案、準備實驗材料、完成實驗操作、分析實驗結果和撰寫實驗報告。通過該研究型實驗，激發學生獲取新知識的欲望，催化學生創新的熱情，使學生更加注重知識體系的系統性和整體性，從而完成理論—實踐—理論的循環過程。應用TRIZ理論的動態化原理［11－12］，還可以對實驗內容進行拓展，不斷擴充和更新實驗內容：（1）進行鐵釩體系平衡的熱力學計算。學生可根據最小吉布斯自由能原理進行計算，驗證實驗結果和理論計算的一致性。（2）探索釩鐵尖晶石結晶規律。學生可在前期研究的基礎上，自主設計實驗方案，探索影響釩鐵尖晶石結晶規律的因素。（3）從FeO－SiO2－V2O5系著手，探索釩氧化物的行為，為改進造渣制度提供理論依據。（4）探索焙燒浸出方式制取釩氧化物時工藝參數對釩鐵尖晶石的影響。
4結束語
選擇紫甘藍汁作指示劑一些電解質溶液電解后，其酸堿性經常發生變化，因此需要加入酸堿指示劑（如酚酞）揭示陰陽極所發生的電極反應；紫甘藍汁可由紫甘藍（紫卷心菜）制得，所含色素的顏色會隨pH改變而有鮮明的變化，且較穩定，可保存較長的時間，是一種天然的酸堿指示劑；已有文獻報道了紫甘藍汁遇到不同pH溶液所呈現的不同顏色。筆者將紫包菜剪碎，用熱水浸泡獲得紫甘藍汁（或直接剁碎紫包菜擠壓獲得高濃度的紫甘藍汁）。借助于pH傳感器配制了上述不同pH的溶液，發現溶液酸性增強，紫甘藍汁的顏色由紫青色逐漸轉變為紅色，溶液堿性增強，紫甘藍汁的顏色由紫青色先變成綠色，后變為黃色，證明了上述結論的正確性。因此我們借助紫甘藍汁來作為該微型實驗的酸堿指示劑。
2實驗應用
2.1電解硫酸鈉溶液
配制1mol•L-1硫酸鈉溶液，向2個西林瓶中分別加入硫酸鈉溶液至體積占大部分，然后滴加紫甘藍汁至瓶口，將盛滿液體的西林瓶反倒于瓶蓋中，與注射針頭相接觸。向飲料瓶蓋中加入少量硫酸鈉溶液，以保證整個裝置回路，用連接導線的的鱷魚夾各夾住2個注射針，并分別與9V的電源相連。可以發現大約1~2分鐘就可以觀察到下列明顯的現象：陽極附近有氣泡產生，溶液變紅色說明陽極區顯酸性，水分子失去電子，生成氧氣和H+；陰極附近有氣泡產生，溶液變綠色說明陰極區顯堿性，水分子得到電子，生成氫氣和OH-。學生依據上述的實驗現象就可以寫出該反應的電極反應式。隨著反應的進行，陰極溶液堿性增強，由綠色變成黃色。筆者建議若本實驗應用于課堂教學，只要觀察到陰極區變綠色即可，若應用于綜合實踐活動和研究性學習，可引導學生進一步觀察溶液顏色的變化。陽極反應：2H2O-4e-=O2↑+4H+陰極反應：2H2O+2e-=H2↑+2OH-
2.2電解飽和食鹽水
將上述硫酸鈉溶液換成飽和食鹽水，陽極電極換成鉛筆筆芯，其余步驟同上。電解飽和食鹽水，陰極區H+得到電子，生成氫氣，因此附近溶液顏色由紫色變成綠色進而變成黃色，溶液顯堿性。陽極溶液的顏色變化則由紫色變為紅色，進而變為無色，并且可以聞到少量的刺激性氣味，這說明Cl-失去電子，發生氧化反應，生成氯氣，氯氣與水反應生成鹽酸和次氯酸，顏色的鮮明變化可以揭示這一系列化學反應。陰極反應：2H++2e-=H2↑陽極反應：2Cl--2e-=Cl2↑Cl2+H2OHCl+HClO但該實驗進行到10分鐘時，陽極溶液才褪色，此時產生的氣體已把陽極的溶液排得僅剩少部分，而陰極所在西林瓶中的溶液則更是被排得所剩無幾（因為氫氣的逸出速率比氯氣大）。為了解決該問題，筆者將作為陽極的西林瓶中溶液體積減少一半，陰極溶液體積不變，可以發現大約5min內陽極就可以出現由紫色變紅色進而褪為無色的現象，便于學生的自主探究。該微型實驗裝置也可以用于其他溶液電解實驗的研究，由于不同反應的分解電壓有差別，可在電源回路中串聯一個合適的變阻器，用于調節電解電壓，實驗時逐漸增大電壓，至電極上有明顯反應為止。
3實驗特點
宋心琦教授在“中學化學教學改革與微型實驗”一文中指出，微型化學實驗在中學化學中推廣艱難的原因之一是很多物質在微量時和常量時給予觀察者的感受可能不同，使得印象或結論因此不同。筆者認為不僅是物質本身，化學反應有時在微量和常量時給予觀察者的感受也不同，而本案例中的電解質溶液雖然是“微量”（3mL），但現象并沒有因此打折扣，實驗現象明顯。以電解硫酸鈉溶液為例，陰陽兩極的溶液分別呈現紅色和綠色，呈現鮮明的顏色區別。
上述介紹的實驗裝置和相關的設計除了具有現象明顯的特點外，還具有以下一些優點：
（1）時間較短，適合學生自主探究，探究電解硫酸鈉溶液大約1分鐘后就能觀察到明顯現象,而飽和食鹽水的電解則可以在5分鐘內看到陽極先變紅后褪色的現象。
（2）成本較低，在淘寶上購買西林瓶，僅2毛錢1個，注射器為2元，而鉛筆芯和飲料瓶蓋均可在日常生活中尋找，唯一較貴的是電池為8元左右，可重復使用多次。
1.取兩個大號飲料瓶，把其中的一個瓶底切掉，另一個從中間部位切開，留下帶瓶口的部分，用強力膠將兩瓶黏在一起，確保接口處不漏水。
2.在飲料瓶蓋中間部位鉆一個直徑略小于油筆芯的小孔，剪下2cm長的一段油筆芯，將其一端插入瓶蓋的孔中，并用強力膠黏固在瓶蓋上。把輸液管滴壺上端切掉1/4，做成一個盛液漏斗。在滴壺的下端留下30cm長的一段輸液管，其余部分剪掉。再把輸液管的端部套在瓶蓋中的油筆芯上，并用棉線扎緊。這樣,一個演示浮力產生原因的裝置就制作好了。
二、裝置用法
1.把裝置安裝在支架上。在飲料瓶中加入清水，同時在水中滴入數滴紅墨水振蕩，使水變成紅顏色。
2.滴壺固定不動，使瓶中液面與輸液管中液面相平。把小球放入瓶中，小球因受到水的浮力飄浮在水面上。當用推桿將小球推到瓶口并堵在瓶口處時，移開推桿，小球仍上浮到水面上。
3.當再次用推桿將小球推到瓶口并堵在瓶口處時，此時下移滴壺，使輸液管中的液面低于瓶中液面，這時再移開推桿，可以看到小球不再上浮，而是繼續堵在瓶口處。這表明，小球雖然完全浸在水里，但并不受浮力作用（小球重力很小，可以忽略）。通過分析水對小球的作用力可知，這時小球受到水對它向上的壓力小于水對它向下的壓力。因此，浮力等于零。移動滴壺，只要輸液管中的液面低于瓶中液面，小球就能堵在瓶口處，即浮力為零。
4.移動滴壺，只要輸液管中的液面高于瓶中的液面，小球就能上浮，表明小球受到了浮力作用。通過分析水對小球的作用力可知，這時小球受到水對它向上的壓力大于水對它向下的壓力，即產生了浮力。
三、實驗結論
1．1教材中關于探究杠桿的平衡條件實驗設計
在教材中，該實驗安排為學生分組實驗，并且要求在九年級上學期的第一周就要完成．具體步驟是:(1)通過實驗會讓學生調節桿杠，讓杠桿在水平位置達到基本平衡，因為這樣便于從杠桿上直接讀出力臂的大小;(2)把一定的鉤碼掛在杠桿左側，用彈簧測力計在某一位置豎直拉住杠桿，當杠桿達到水平位置平衡時，記錄下測力計數據;(3)通過變換鉤碼數量，或調整塑料卡子改變鉤碼的位置，或調整塑料卡子改變彈簧測力計的位置，重復上述步驟;(4)記錄三組數據，然后進行數據分析．
1．2杠桿平衡條件的定量計算
杠桿平衡的條件是:F1L1=F2L2，只要有3個物理量，就可以通過公式運算出來第四個物理量．該階段實驗的難度在于:(1)杠桿示意圖要準確;(2)單位需要做到統一;(3)保證測量直尺的密度準確均勻．核心是討論杠桿的平衡問題，桿杠得以保持平衡的條件是:F1L1=F2L2，如果杠桿達不到平衡條件，可以將杠桿的支點向乘積較大的一方移動．
1．3杠桿實驗中出現的問題
(1)實驗設備對平衡的影響．平衡實驗設備一般搭配的塑料卡子，但是這會影響到桿杠平衡的精確度．一般來說，塑料卡子約在0．2克，這對平衡造成的影響是不可以小看的，因為這會直接影響到定量計算的精確問題．關于這一問題的解決方法，可以變換質量更輕的棉線圈取代設備自帶的卡子．這可以大大減少實驗的誤差問題．(2)杠桿平衡的判斷問題．老版教材采用的是用鉤碼代替作用力F1和作用力F2，沒有使用彈簧測力計．雖然使用鉤碼既方便又便于觀察，但是難以連續改變作用力F1和作用力F2的大小，力臂測量的不準確也會直接影響到定量計算的準確問題．因而，新版教材已改進為左端用鉤碼，右端用彈簧測力計向下拉動進行實驗．但是彈簧測力計在右端倒置使用時由于受彈簧測力計彈簧、鋁質滑片和外殼的影響會使測得的拉力要小一些．建議教師使用彈簧測力計在左側(與鉤碼在同一側)施加拉力作用，正置使用，在豎直方向上調零，學生也比較熟悉．而且可以嘗試用彈簧測力計斜向上拉杠桿，直至杠桿在水平位置平衡，記下此時的動力、阻力、阻力臂的值，需要借助刻度尺及三角板輔助測量出動力臂的值，體會為什么實驗中要調節杠桿在水平位置平衡．
2杠桿實驗的教學反思和后繼實驗
2．1保證桿杠實驗的準確度
杠桿屬于力的研究范疇，但力是一個比較抽象的概念．杠桿平衡實驗就是為了讓學生深切的體會力和力的作用，但是力臂也是需要考慮的問題．總結上面的實驗問題可以看出，其中核心問題還是在于測量和計算的精確問題．在實驗前，教師要求學生調節杠桿到水平位置的原因也就是考慮到桿杠自身的重力對平衡造成的影響．傳統的做法是要求學生實驗3次，最后來求平均值，以此方法減少誤差．但是很顯然，這樣的做法依然是存在問題的．筆者認為實驗的次數可以加大到約10次左右，同時也對記錄數據的表格進行了改變．
2．2教學過程中的問題意識
杠桿屬于簡單機械，要求學生在觀察中發現問題和尋找解決方式，這是蘇科版初中物理教材獨特的設計模式．因此教材設定了實驗活動的內容，不僅有探究、觀察、實驗，還有討論、交流和評估等內容．因此，在課堂中引導學生提出問題，并想辦法解決是教師的重要責任．比如在實驗中遇到圖1出現的問題:怎么在不改變O點右側的數據，同時保持左側第幾個鉤碼不變，需要將另外2個鉤碼移到到其下方?這一問題是考察學生在限定性條件下，如何動腦筋解決問題．根據杠桿平衡的條件F1L1=F2L2，通過相應的計算可以得出答案為第2格．另外，教師也可以根據具體的教學情況，詢問學生一些通過實驗才能讀出的問題．比如問:(1)平衡螺母的在杠桿平衡實驗中的作用是什么?(2)為什么需要調節杠桿到水平位置?(3)如果掛好鉤碼后，是否可以再次調整平衡螺母?
2．3杠桿平衡實驗在生活中的應用問題
實驗的目的就是為了讓學生在生活中可以靈活地運用所學知識進行常識性判斷，杠桿平衡實驗尤其表現出在生活中的適用性．最簡單的應用問題就是，學生可以依據杠桿平衡的條件準確地判斷費力桿杠、省力杠桿和等臂杠桿．即當F1×L1=F2×L2時，若L1＞L2，那么F1＜F2，該杠桿就是省力杠桿;若L1＜L2，那么F1＞F2，那么該杠桿就是費力杠桿;若是若L1=L2，F1=F2，那么就是等臂杠桿．經歷過杠桿平衡的實驗，學生至少應該能夠繪畫出杠桿示意圖，并且能夠通過分析數據，得出一定的平衡規律．同時，學生還應該關注生產生活，了解杠桿在生活中的作用，比如我國古代的舂和桔槔就是善于運用杠桿的結果．
3結語
開展實驗設計是實現知識、能力、素質三位一體教學模式的一種改革，也是實現培養創新、創造、創業三創”人才的重要手段之一。因此，采取小學期制實驗設計的實踐教學活動是非常有必要的，不僅能夠打破傳統教學方式的局限，激發學生主動學習的積極性，而且學生也能通過實驗設計學到很多科研方法，培養和鍛煉解決問題的能力。當學生的想法變成現實時，他們會很有成就感，從而樂于思考問題，提出新的想法，非常利于學生創造性思維及團結合作精神的培養。
2藥學本科小學期制藥理學實驗設計實施環節
小學期制的實驗設計不同于其他學科實驗教學中的設計性實驗，它屬于探索性實驗。在藥學本科生學完重要的主干課程和一些方法學課程后，已經初步具備了進行實驗設計的基本知識和技能，這為開展小學期制藥理學實驗設計提供了有利條件。筆者承擔了小學期制藥理學實驗設計帶教任務，在實際工作中，將小學期制實驗設計分為基本知識介紹、實驗設計、實驗實施和實驗考核4個環節進行，具體步驟如下。
2.1基本知識介紹
在正式實驗前5天，筆者召集實驗班級學生，對其講解實驗設計基本內容，詳細介紹藥理學實驗設計的目的和基本原則，包括科學研究中實驗設計的三要素（即研究因素、研究對象、研究效應）以及應遵循的統計學的三大原則（即重復、隨機、對照原則）。根據藥理學學科特點，具體講解實驗動物的特性、藥理學實驗動物的選擇、動物模型的復制、給藥劑量、給藥途徑和觀察藥效學指標的確定方法以及在實驗分組中如何體現隨機性和對照性原則。此外，還講解了如何利用教材和網上資源查閱文獻資料以及數據統計方法的選擇及應用等。
2.2實驗設計
在介紹完實驗設計基本知識后，緊接著將本實驗室所有的儀器、設備、動物情況告訴學生，讓學生自由組合，每5～6人一組，并讓其圍繞要求根據自己的興趣選題。為避免個別學生存在依賴心理，要求每一位學生獨立完成實驗設計。給學生5天時間查閱文獻資料，制訂實驗設計方案。為使學生對實驗設計的基本步驟和內容有較完整的認識，給出實驗設計報告內容，包括研究題目、理論依據及研究現狀、研究內容、儀器與藥品、研究方法、實驗對象、性別、規格、數量、實驗組與對照組的處理、觀察指標、實驗步驟、統計方法選擇、預期實驗結果、設計人、設計日期等。開始實驗的前一天收集實驗報告，教師仔細閱讀批改，做到心中有數。實驗第一天，首先讓每一位學生上臺講解實驗設計的目的和思路，匯報設計方案，預期實驗結果，提出存在的問題及解決措施，并回答其他學生提出的問題，然后由教師就實驗設計中方法的科學性、合理性和可行性及思維的創新性及步驟的嚴謹性等做出評價。討論實驗設計并進一步修改完善后，由小組成員共同選擇一個可行性較好的實驗設計并實施。共同討論形式有助于拓寬學生的知識面，有助于學生由一種實驗方法認識到一類實驗方法，從單個藥物的研究方法引申出一類藥物的研究方法。在實驗設計中，鍛煉了學生分析問題的能力和語言表達能力，并對文獻檢索和統計方法的運用也有了進一步的認識和體會。
2.3實驗實施
通過設計實驗和討論實驗，學生基本掌握了實驗目的、方法、步驟。為了培養學生嚴謹的科學態度和實事求是的實驗記錄習慣，在實驗進行前，首先要求學生嚴格按照實驗記錄報告的內容格式記錄結果，包括實驗組、實驗日期、室溫、實驗題目、實驗材料、藥品和試劑的配置、實驗步驟、實驗結果（觀察指標、動物號、時間）、初步結論、實驗失敗或出現意外結果的原因、實驗改進的建議、實驗人、記錄人、日期。然后安排學生以小組為單位，獨立完成藥物配制、動物分組、編號、動物給藥、實驗操作、觀察藥效指標及記錄結果的全過程。教師從旁指導實施，及時提醒學生注意事項，以免出現誤差或實驗失敗，要求學生認真科學地記錄和分析實驗結果，使學生對實驗設計的可行性有進一步的認識。
2.4實驗考核
小學期制實驗設計考核既不同于理論教學考核，也不同于專業實驗教學考核，它是對學生實驗基本技能、學習主動性、思考分析問題能力、創新能力、表達能力、團隊合作精神、知識整合能力、寫作能力的全面評價，是開展實驗設計中不容忽視的環節。教師不能只看實驗的成功與否，而應從實驗的全過程全面評價學生的能力，依據學生的實驗設計、實際動手能力和對實驗結果的客觀分析能力、論文撰寫水平進行綜合評定。
3藥學本科小學期制藥理學實驗設計的效果與不足
小學期制藥理學實驗設計的效果有以下幾點：（1）通過引導學生參與實驗設計，使學生對科學研究有了進一步的了解，并極大地激發了學生對科學研究的興趣。（2）培養和鍛煉了學生的能力，使學生的綜合能力有了很大提高，并為本科實習和研究生課題研究奠定了基礎。藥理學設計性實驗是學生自己進行實驗設計并實施的，是學生知識和信息的處理能力、創新能力、觀察能力、動手能力、協調能力、分析問題和解決問題能力得以全面展現的舞臺。（3）培養和鍛煉了學生相互協作的團隊精神。
“感應電流的方向”這節課重點就是讓學生對楞次定律進行探究、理解和應用。一般情況下，對“楞次定律探究”的教學是這樣設計的：
1.創設情境，復習引入
問題一：電流計指針偏轉方向與通入電流的關系？【實驗一】探索電流計指針偏轉方向與通入電流的關系。師：如何才能知道指針偏轉方向與電流進入方向之間的關系？是否可以通過實驗來確定呢？【學生實驗1】學生按圖接好電路，探究指針偏轉方向與電流進入方向之間的關系，并完成下表。結論：電流從何方流入指針就向何方偏轉。問題二：感應電流產生的條件？【實驗二】感應電流產生的條件：師：在上述實驗中，我們已經得出感應電流產生的條件是什么？生：只要穿過閉合電路的磁通量發生變化，閉合電路中就有感應電流產生。師：磁鐵插入與抽出時，指針偏轉的方向相同嗎？指針左偏與右偏意味著什么呢？生：不同。指針偏轉不同，表明電路中的電流方向不同。問題三：怎樣判斷通電螺線管中的電流方向？師：怎樣判斷通電螺線管中的電流方向呢？生：根據電流計指針的偏轉方向和螺線管上的導線繞向來判斷。問題四：怎樣判斷通電螺線管中的磁場方向？師：怎樣判斷通電螺線管中的磁場方向呢？生：根據通電螺線管中的電流方向用安培定則判斷。師：那么感應電流的方向是否遵循什么規律呢？本節課讓我們通過實驗來進一步探究。
2.確定課題，分組探究
【學生實驗2】學生按圖接好電路，做實驗并填附表。
3.分組總結，難點依舊
描述實驗現象，填表。討論回答：師：穿過閉合回路的磁通量的增減會導致什么結果？生：有感應電流產生。師：感應電流又會產生什么？生：會產生感應磁場。師：那么這兩個磁場的方向之間有什么關系呢？請大家分成兩組來回答。【小組一】條形磁鐵插入螺線管的過程。（1）N級向下插入原磁場方向向下磁通量增加產生的感應電流的磁場方向向上二者方向相反感應磁場的作用：阻礙原磁場增加。（2）S級向下插入原磁場方向向上磁通量增加產生的感應電流的磁場方向向下二者方向相反感應磁場的作用：阻礙原磁場增加。【小組二】條形磁鐵拔出螺線管的過程。（1）N級向下拔出原磁場方向向下磁通量減小產生的感應電流的磁場方向向下二者方向相同感應磁場的作用：阻礙原磁場減小。（2）S級向下拔出原磁場方向向上磁通量減小產生的感應電流的磁場方向向上二者方向相同感應磁場的作用：阻礙原磁場減小。結論“：增反減同”，即：判定感應電流方向的方法，其內容為“感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化”，由此得出了楞次定律。在這個教學過程中，學生的學習效果如何呢？實際教學中，學生共分成八個小組，其中有三個小組的實驗表格不清楚怎么填而求助于教師，三個小組的表格填了一部分，而只有兩個小組在參照課本的情況下填得比較好。這說明，雖然在教學中運用了各種物理學方法，但并沒有有效地幫助學生理解物理學知識。可想而知，之后楞次定律的得出也就比較困難，對定律理解也就不夠透徹。如何“有效”運用這些物理學的方法呢？關鍵還是要結合學生學習的實際情況，合理地運用物理學方法。于是，教師帶領學生對這一實驗設計進行了如下的改革，取得了很好的學習成效。
二、改革后的實驗設計方案
1.實驗法
所謂實驗教學法，是指學生在教師的指導下，使用一定的設備和材料，通過控制條件的操作過程，引起實驗對象的某些變化，從觀察這些現象的變化中獲取新知識或驗證知識的教學方法。實驗法是學生做好實驗的前提和基礎，教師耐心細致地做好這一步，才能幫助學生順利進行后面的分組實驗。于是，教師帶領學生對實驗教學過程做了如下改進：（1）創設情境，復習引入【實驗一】產生感應電流的演示實驗。教師演示分步連好電路，由學生上講臺操作，全體學生觀察。問題一：怎樣做能夠產生感應電流？生：將條形磁鐵不斷插入或拔出螺線管。問題二：為什么產生了感應電流？（感應電流產生的條件）生：閉合回路中磁通量發生了變化。問題三：靈敏電流計的指針偏轉與螺線管中的電流方向有什么關系？生：電流從哪邊流入靈敏電流計，指針就向哪邊偏。根據指針的偏轉情況就能判斷出螺線管中的電流方向。問題四：怎樣判斷通電螺線管中的磁場方向？師：怎樣判斷通電螺線管中的磁場方向呢？生：根據通電螺線管中的電流方向用安培定則判斷。師：那么感應電流的方向是遵循什么規律呢？本節課讓我們通過實驗來進一步探究。（2）確定課題，互動探究【實驗二】探究感應電流的方向。教師實驗：N極向下插入螺線管中，請學生記錄實驗現象，把電流方向標在下圖中。學生分組：N極向下從螺線管中拔出，S極向下插入螺線管中，S極向下從螺線管中拔出，分別記錄實驗現象，并把電流方向標在下圖中：由于有教師在【實驗一】中的電路連接演示及在【實驗二】中的實驗操作演示，學生的實驗做得很順利，實驗現象的記錄也很準確，可以說又快又好，有效地完成了這一教學環節。那么接下來，如何由實驗現象整理和歸納出所要得出的結論，這就要看歸納法運用得是否有效了。
2.歸納法
所謂歸納法是指從個別元素中概括出一般結論的思維方法，也可以指學科學習中具體的一種科學方法。由實驗現象歸納得出物理規律，在學生的學習過程中具有重要作用。于是，教師進一步對教學中的歸納過程做了如下改進：首先，降低填表難度。整個表中對每一個實驗現象分析所需要填寫的空格被縮減為兩個，如下所示：其次，設置問題，引發學生的思考。師：通過實驗，我們知道了在不同情況下感應電流的方向（已畫在圖上），那么請大家分析一下，感應電流的方向與什么因素有關呢?生甲：可能與磁感應強度B的方向有關。生乙：可能與條形磁鐵的運動方向有關。生丙：可能與磁通量的變化有關。分析：由過程一、二判斷感應電流的方向與磁感應強度B的方向無關。由過程一、三判斷感應電流的方向與與條形磁鐵的運動方向無關。同樣，由過程一、三判斷感應電流的方向與磁通量的變化無關。那么，到底與什么因素有關呢？最后，難點由教師引導學生突破。師：感應電流會產生磁場嗎？生：會。師：請大家畫出感應電流的磁場方向，并分析原磁場方向與感應電流的磁場方向有什么關系？分成兩組來回答。【小組一】條形磁鐵插入螺線管的過程（1）N級向下插入原磁場方向向下磁通量增加產生的感應電流的磁場方向向上二者方向相反感應磁場的作用：阻礙原磁場增加。（2）S級向下插入原磁場方向向上磁通量增加產生的感應電流的磁場方向向下二者方向相反感應磁場的作用：阻礙原磁場增加。【小組二】條形磁鐵拔出螺線管的過程。（1）N級向下拔出原磁場方向向下磁通量減小產生的感應電流的磁場方向向下二者方向相同感應磁場的作用：阻礙原磁場減小。（2）S級向下拔出原磁場方向向上磁通量減小產生的感應電流的磁場方向向上二者方向相同感應磁場的作用：阻礙原磁場減小。得出結論“：增反減同”即這樣設計的實驗和學習課程，實際的實驗過程順暢了，學生幾乎都能認真完成實驗，記錄下觀察到的現象，并經過分析討論得出了自己的結論，為楞次定律的進一步理解和應用打好了基礎。由此可見，在教學過程中，關鍵是要保證讓學生理解相應的知識。所以，任何教學過程都應當按理解的要求進行整體設計；任何教學方法的應用，都是為實現這一目的而服務的。因此，教學實驗設計必須考慮讓學生透徹理解的有哪些內容，怎樣才能有效地幫助或引導學生理解這些內容，這些內容的理解過程應當運用哪些物理學方法最適合，在理解這些內容的各個階段應分別達到什么要求，等等。假如我們對這些問題搞得比較清楚，在教學過程中恰當而有效地運用好物理學的方法，教學質量就會有大幅度提高，學生的學習也會有較大突破。
三、結論
1.初中化學實驗設計類型依據不同的標準，可以對實驗設計進行不同的劃分。根據初中化學實驗內容的不同，可以將初中化學實驗設計分成以下類型：制備實驗、性質實驗、化學原理的驗證、混合物成分的分析、濃度測定、定性與定量結合的實驗等。
2.化學實驗方案的內容實驗設計的成果就是實驗方案。雖然具體的實驗設計的目的、內容和形式不盡相同，但就一個相對完整的實驗方案來說，一般包括：實驗名稱（課題）；實驗目的；實驗原理；實驗用品（試劑、儀器、裝置設備）及規格；實驗裝置圖、實驗步驟和操作方法；注意事項；實驗現象及結果處理；問題和討論等。
3.實驗方案選擇的基本標準同一個實驗課題，每個人的設計和操作過程可能不一樣，結果自然也不會完全相同。根據初中化學實驗設計原則和教學實際，實驗方案選擇的基本標準是：原理正確有科學依據；裝置簡單，在實際中具有可操作性且操作方便；實驗步驟少，需要時間短；藥品用量少、無毒且廉價易得；實驗現象要明顯；反應條件要簡單（最好在常溫下進行）；盡量不用也不產生污染環境的物質，即符合“綠色化學”的要求；制備實驗產率高；性質實驗誤差小；實驗安全無危險；設計要嚴謹等。
二、中學化學實驗設計與創新的一般原則
無論哪一類中學化學實驗設計與創新，一般都應遵循以下原則：
1.科學性原則科學性是指實驗原理、實驗程序和操作方法必須與科學理論和實驗方法論相一致。科學性是化學實驗設計與創新的首要原則。例如：實驗室制取氫氣，就不能選用硝酸與金屬鋅反應，因為這個反應很難制得純凈的氫氣。
2.目標性原則目標性是指實驗設計或創新要根據一定的教學目標有所側重與突破。同一個實驗，教學目標（如教師演示與學生操作，為了突出環保或趣味性）不同，設計所用的原理、用品、方法、裝置、步驟等是有一定區別的。
3.安全性原則安全性是指化學實驗設計時盡量避免使用有毒、有害的化學試劑，以及反應產生有毒害的物質，或者具有一定危險性的實驗裝置與操作。“如果必須使用的，應該在所設計的實驗方案中詳細寫明注意事項，以防止造成環境污染和人身傷害。”［4］安全是中學化學實驗教學的第一要務，設計時必須要特別引起重視！
4.新穎性原則新穎性是指實驗設計時在思路、操作方法、器材用品、裝置等方面要有新的突破，使新設計的實驗對教學與研究更加適用或具有指導的意義。
5.可行性原則可行性是指設計實驗時所運用的實驗原理在實施時切實可行，所選用的化學試劑、實驗儀器、設備和方法在現有的條件下能夠得到滿足。例如：實驗室大量制取二氧化碳，不能為了創新而選用碳酸鈉代替碳酸鈣（或石灰石）與鹽酸反應，或者用硫酸替代鹽酸與碳酸鈣（或石灰石）反應。因為前者反應太劇烈，后者反應不完全，很快就停止了。
6.簡約性原則簡約性是指盡量采用簡單的實驗裝置、較少的實驗步驟和試劑，在較短的時間內完成實驗。復雜的裝置與步驟以及時間太長的實驗都會轉移中學生的注意力，容易導致他們產生畏難情緒和疲勞感，影響對實驗過程的觀察、分析與思考。
7.綠色化原則綠色化是指從化學反應的原料、反應的條件、反應的產物和實驗的操作等化學實驗的全過程上進行控制，盡可能地減少甚至消除有毒、有害的化學物質對環境的影響。綠色化學是21世紀化學科學的一個重要發展方向。
8.啟迪性原則啟迪性是指實驗設計與創新對學生的學習起開導作用，能夠啟發學生的思維，促進學生對化學原理及知識的探討和認識，優化學習過程，從而提高教學效益。這是中學化學實驗設計與創新的出發點和歸宿。
三、實驗創新設計的視角
初中化學實驗創新設計是在義務教育化學課程標準的指導下，對現行教材中所涉及的實驗進行改進、優化、增設或創新等，以提高化學實驗在初中化學教學中的效益。在初中化學教學中進行實驗創新設計是提高化學教學有效性的需要，也是義務教育化學課程標準的要求。化學實驗創新設計要與時俱進，必須符合現代化學教育發展的理念，在滿足探究性的條件下，可以從以下視角進行：
1.實驗過程綠色化“綠色化學的理念是在化學反應過程以及化工生產中，不再使用有毒有害物質，不再產生廢物，不再處理廢物，它是一門從源頭上阻止污染的化學。”［5］化學實驗在設計上要體現綠色化，盡可能做到原料（反應物）的綠色化，化學反應的綠色化（采用原子經濟性反應），生成物的綠色化以及催化劑、溶劑的綠色化。例如：在涉及氧氣的制取實驗時采用雙氧水分解來制取，二氧化錳要回收等。
2.實驗裝置微型化“所謂微型化學實驗，就是以盡可能少的化學試劑來獲取所需化學信息的實驗方法與技術。”［6］雖然它的化學試劑用量一般只為常規實驗用量的幾十分之一乃至幾千分之一，卻可以達到準確、明顯、安全、方便和防止環境污染等目的。例如：在“探究微粒的運動實驗”中，可以用試管代替燒杯進行微型化實驗。在一個單孔橡皮塞上插入一根玻璃導管接近試管底，試管內壁貼一張滴加無色酚酞試液的濾紙，從導管口滴上兩滴濃氨水到試管底部，用透明膠封導管口，可以看到，試管里滴有無色酚酞試液的濾紙由下往上慢慢變紅了。
3.實驗設計環保化“最佳的環境保護方法是在源頭上防止污染的產生，而不是污染產生后再去處理。”［7］實驗設計中我們應該采取一些有效措施使化學實驗對實驗場所和環境的污染降低到最低限度。這些措施主要是：實驗裝置密閉化，避免敞口操作，防止有關物質散佚到周圍環境中；采取收集辦法，回收有關物質；對有毒物質進行無毒害處理；加強實驗場所的通風或采取其他的防護措施等。例如：一氧化碳還原性實驗，對多余的一氧化碳可以回收，也可以燃燒進行無毒害處理等。
4.實驗操作安全化保證實驗安全，是化學實驗教學的原則要求。有一些實驗，由于物質化學性質的特殊性，給實驗增加了難度甚至危險性。在點燃氫氣的導管和氫氣發生器之間，用一個小塑料瓶裝上大約四分之三的水制成一個“安全裝置”連接起來，這樣，即使點燃不純凈的氫氣，爆炸也只是在“安全裝置”中發生，氫氣很少威力小，氫氣發生裝置不會發生爆炸，因此不會發生安全事故。
5.實驗趣味化化學實驗具有動機功能，增加化學實驗的趣味性，可以激發學生的化學學習興趣。例如：在研究燃燒與滅火的條件時，增加演示“燒不壞的手帕”［8］實驗，可以激發學生的興趣。在此基礎上讓學生繼續進行實驗，探討手帕燒壞的條件，則能夠使學生深化對有關知識的認識。
6.利用儀器功能轉化儀器本身沒有限定它只能用于什么而不能用于什么，只是主要適用于什么。“反思儀器的別樣用途，可以幫助我們加深對實驗儀器和實驗原理的認識，進行化學實驗的創新。”［9］例如：漏斗可以充當集氣與尾氣吸收裝置，在鈉與水反應氣體產物的驗證實驗中，將漏斗置于水中，倒扣在鈉塊上，產生的少量氣體可順利地富集到試管中。
7.利用學科知識遷移我們往往習慣于使用教材的實驗儀器和裝置，很少重視儀器的笨拙和實驗時的效率，這種視經典為權威的思想往往就是教師缺乏創新的癥結所在。實際上，科學的實驗方法就是應該不斷地發現問題，傳統裝置的不當之處無疑給我們提供了實驗創新的課題。例如：學習“質量守恒定律”內容時，在使用托盤天平稱量氫氧化鈉與硫酸銅溶液反應前后的質量時，在18×200的中型試管里裝入大約1mL稀鹽酸與酚酞的混合溶液，球形滴管吸入NaOH溶液后，將球形滴管放在試管口，把上述帶有球形滴管的試管放入盛水的100mL量筒中，讓學生通過觀察比較反應前后試管浸在液面中的高度即可（試管作上標記）。改進后的實驗操作起來方便有趣，不用天平而是利用物理上的浮力知識，體現了學科之間的聯系，有利于學生知識的遷移。
8.實驗裝置簡單化教材所選用的實驗方案未必都是最好的，有時候會產生現象不明顯、實驗不容易成功、結果不準確等問題，影響了實驗教學的效果。例如：測定“空氣中氧氣的體積分數”實驗，由于教材提供的實驗裝置密封性和燃燒匙放入不易控制，加上導氣管內尚留有空氣導致誤差因素較多，有時氧氣顯示超過五分之一，讓教師無法自圓其說。可做如下改進：將小顆白磷放在1.5cm×2.5cm的薄銅片上，置于硬質大試管中部，塞緊橡皮塞，用酒精燈對準銅片加熱使白磷充分燃燒，待試管冷卻后浸入水中，在水面下拿掉橡皮塞，待液面上升穩定后再塞上橡皮塞，拿出水面觀察。改進后的實驗所用儀器少，誤差因素少，結果比較準確。
9.儀器、藥品生活化采用學生熟悉的身邊物品或一些廢品作為化學實驗的藥品，就會使學生產生一種親切感，覺得化學并不神秘，就在自己身邊，有利于調動學生的學習積極性，激發他們進行實驗探究的興趣。例如：用蛋殼代替碳酸鈣制取二氧化碳；測試肥皂水、食鹽水、泥水、蔗糖水、洗發水、食醋、蘇打水的pH值等。許多生活用品甚至廢棄物品也可以用做化學實驗的儀器，這種“物盡其用”的實驗活動能夠充分拓展學生的思維空間，使他們更加關注身邊的化學現象，增強愛護環境、節約資源的意識，更好地學以致用。例如：用小氣球收集氣體，礦泉水瓶做容器，廢棄的醫用注射器做量筒、集氣瓶等。
