研究近几年来的高考，对化学实验方案设计方面的要求不外乎下面几个方面：实验常用仪器的主要用途和使用方法；设计物质制备实验；设计物质性质实验；探究性实验，这也是命题的重点。
考查的重点在于对化学实验中一般事故的预防和处理、实验原理的掌握、过程与设计能力。实验细节和中间环节，命题的趋势由设计实验向评价实验优化实验方向转变，而一个完美的实验必须保证实验原理、操作程序和方法正确，也就是实验方案的科学性。用药及操作要注意安全，注意环境保护等问题，也就是实验方案的安全性，更要满足中学现有的实验条件，也就是实验方案的可行性，还要使装置简单、步骤少、药品用量少、时间短，即实验方案的简约性。
高考中运用已有的化学实验基础知识和基本操作技能去设计实验方案，是对知识的综合运用能力和对知识迁移能力的很好的考查，并能实现对实验题多方位多层面多角度的考核。结合多年教学经验，化学实验设计题的解答应从以下几个方面入手：
一、明确目的
也就是审题要细，这是一切学习解题的关键步骤，明确命题的实验目的要求，新命题中往往是没有直接系统实践过的，必须弄清题目有哪些新信息，从信息加工角度分析解答时，还要能够敏捷地从题目中获取信息，分析评价信息选择调用已储存的相关知识，通过类比，迁移分析从而明确实验目的。
二、设计原理
通过对新信息的加工及知识的迁移明确指定的设计要求，从设计的要求选定实验方法，这是从宏观上对实验的要求，因为实验方法主要受制于实验原理，并受实验条件的制约，再就是实验装置和实验操作设计，装置和操作属于实验方案细节的设计，其重点在考查实验技能。这就要求学生在日常学习过程中积累扎实的实验知识、经验。
三、仪器、药品的选择
了解以上实验要求后，根据实验目的中设计的装置和操作选择合适的仪器和药品，注意反应物和生成物状态以及能否腐蚀仪器，反应是否需要加热及温度是否可控制等。
四、实验步骤
实验步骤的设计，力求合理、最简，但细节不能忽略，通常要考虑以下细节：（1）气体参与反应的装置气密性的检验；（2）加热操作先后顺序的选择；（3）有没有必要设计冷凝回流装置；（4）冷却装置的选择；（5）实验中有加热操作的要防止倒吸，如气体易溶于水的要防倒吸；（6）还有一些改进装置作用的分析；（7）拆卸装置时的顺序要注意科学性和安全性。
五、现象及结论
近几年高考化学实验命题中有关实验现象的考查，有的是直接考实验现象，也有的由现象得出正确的结论，还可以将有关实验现象与实验方法及正确的结论等联系起来，实验结果的分析，通常是分析实验关键、细节和误差等等，而实验结果的处理可以直接报告数据，也可以是找出相关关系得出公式或者绘制一定的曲线等等。
关键词：云计算;大数据;遥感;GIS;集群
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）44-0227-02
一、前言
社交网络、视频监控、智慧地球等应用的逐步普及，预示着真正进入一个大数据的时代，而云计算无疑是解决大数据的好方式。云计算提供可用、便捷、按需的网络访问，是传统分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化等计算机和网络技术发展融合的产物。
为了适应发展各大高校计算机专业也逐步开设了云计算的课程，但其教学的方式大多还处于基础的理论探讨和现有国外成熟系统的比较分析，使学生很难对云计算有一个直观、透彻的认识。急需要一个云计算的实验教学平台，从理论教学向实践教学转变，才能使学生拨开云计算的“神秘面纱”，走进内部剖析的关键技术。
二、选用遥感云GIS平台作为云计算的实验教学平台的优势
1.遥感云GIS是利用计算机技术对地球表面空间相关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示的技术。其天然的海量数据的管理、计算，是云计算的良好的应用背景。
2.经过几十年的发展，已经有较为成功的遥感云计算平台，如google earth为代表的平台，将全球海量的遥感影像数据放在一个平台上，通过一个轻量级的客户端访问所有数据，能让学生更容易理解。
针对以上情况，本文设计一种开放性的云计算实验教学方案，采用以学生开发为主、教师启发指导为辅的实验教学模式，拓展学生的理论和实践能力。
三、遥感云计算平台系统架构
遥感云计算平台为了应对遥感海量数据存储和高吞吐量的计算的需求，采用“存储―计算”一体化的集群架构，整个集群采用星形拓扑结构，主服务器连接多个节点服务器。主服务器响应外部请求，管理元信息;节点服务器，存储数据和计算工具，避免计算过程中的大量数据迁移、方便性能和存储的扩展。
从逻辑结构上，采用自底向上、层层虚拟化的方式，分别构架资源引擎、数据引擎、计算引擎，最上层采用服务总线统一协调引擎工作并对外提供集群服务。
资源引擎：负责底层所有硬件资源的管理和通讯技术，提供集群文件并行读写的技术支持，使得硬件环境向上透明，上层引擎模块只需要关心逻辑节点，而不再关心硬件服务器。
数据引擎：管理集群内部的所有的遥感、GIS数据的元数据信息，并提供集群数据存储、读取、查询的各种接口，负责数据的迁移、备份、导入、导出等功能。
计算引擎：管理所有的计算工具，进行分布式计算任务的分配、管理等功能。
服务总线：响应来自外部的服务请求，将请求分解到资源、数据和计算，并协调运算，最后响应请求。
在这样的服务体系结构下提供多种遥感云GIS数据服务接口，同时提供二维、三维客户端、智能终端等多种类型的基础功能的客户端。行业应用的开发，只需要根据实际的业务需求在基本客户端的基础上调用数据服务接口进行二次开发，从而大大降低了实验过程中用于基础平台和客户端开发所用的时间。
四、遥感云GIS实验教学方案设计
遥感云GIS实验教学内容主要突出对云计算知识的综合运用能力的培养，通过基于该模拟的云计算平台的实验了解云计算的应用模式，并逐步掌握云计算的内部技术架构。实验包括自主服务搭建、平台服务接口二次开发、计算工具研发等三个方面的内容，从难度上具有一定的层次性，适合不同程度的学生实验。
（一）自主搭建服务
可在虚拟机环境下安装服务器程序，如图2从下到上逐层实现虚拟化，底层服务器节点是单个服务器主要用于存储数据及计算工具之上运行节点守护进程;往上通过四大引擎（资源、数据、计算、可视化）对底层节点实现虚拟化;最上层由主服务和可视化服务对四大引擎实现二次虚拟化，实现对外服务的统一接口;各种客户端通过主服务提供的http接口实现和服务端程序的交互。
学生通过自己动手安装全套遥感服务程序，了解轻量级遥感云服务工作模式，对云计算入门非常有帮助。
（二）平台服务二次开发
该平台的主要功能在于通过网络服务的方式提供基于遥感GIS的二次开发接口，在具体的应用中利用这些接口快速实现遥感服务应用，同时平台提供多种类型的客户端基础模型。
为学生设计多种遥感应用的案例，通过该云服务平台快速完成行业应用的解决方案。
1.林业应用。要求实现对林地区域的管理，以遥感影像作为底图，用矢量数据绘制出林木种类、林区所属等信息，并且在这个基础上实现林区属性数据的查询等功能。利用平台的开放遥感GIS服务接口能够较快速的实现遥感影像及矢量数据的叠加显示，并进行简单的矢量交互查询操作。
2.土地执法应用。通过对某一个区域的不同时间的影像对比，系统自动对变化区域进行提醒报警，方便执法人员主动到现场进行执法调查。该应用利用了调用平台的影像对比工具对指定的影像进行匹配比较，这就是应用了平台的计算服务接口。
3.数字校园应用。主要功能是展示校园的三维场景，在实验中学生自行用3dmax等工具设计学校的建筑物，并导入平台，设定模型的具置。利用平台提供的三维客户端展现在影像地图上的三维场景。该部分的实验主要通过云平台的应用，进一步了解云服务的应用模式，并且在实验开展过程中设计出更多的应用案例，此实验适合具有一定开发能力的学生。
（三）计算工具研发
平台本身除了提供丰富的遥感GIS计算工具之外，也对外开放工具开发接口。设计实验让学生在符合平台工具开发标准的基础上开发自己的处理工具，设计个性化、专业化的数据处理工具，这要求学生具有一定的专业知识，并具有较高的开发能力，对研究生的科研具有帮助。
五、结语
本文提出一种开放性的基于GIS的云计算实验教学方案，涵盖了集群硬件、网络分布计算、遥感GIS大数据存储等关键技术，是对云计算实验教学的一种探索与尝试。通过该实验方案能让学生直接感受到云计算的实际应用，同时激发学生对云计算的学习兴趣。
在近两年的教学过程中，学生基于该实验方案进行设计开发，师生普遍反映对学生云计算的入门和提高有很大的帮助。
参考文献：
[1]任伏虎，王晋年.遥感云服务平台技术研究与实验[J].遥感学报，2012，16（6）.
[2]刘展鑫.基于云计算的GIS架构模式研究[J].黑龙江科技信息，2012，（11）.
[3]范协裕，任应超，杨崇俊，等.基于集群技术的可伸缩云GIS服务平台研究[J].计算机应用研究，2012，29（10）.
[4]丁浩格.云计算环境下虚拟现实实验教学网站的设计与实现[D].漳州：闽南师范大学，2014.
一、结合课本实验，理解实验相关知识，形成实验方案设计的思维导向
化学实验方案设计能力的培养，不可能一蹴而就，所谓“冰冻三尺，非一日之寒”，必须潜移默化，由量变促成质变，应根据学生的认知规律，由浅入深，由简到繁，循序渐进。在教学实践中，笔者结合教材中的典型实验，引导学生理解实验目的、原理，掌握实验设计的基本原则和方法，加强实验设计思维的培养。
【案例1】离子检验或物质检验型实验方案的设计
《化学必修1》第21页“活动与探究”栏目：氯化铵、硫酸铵、氯化钾、硫酸钾均可用作化肥，它们都是白色可溶于水的固体，探究这几种盐中所含离子的检验方法。
教学过程：
问题1：这些物质中有哪几种离子？
问题2：■、Cl- 、■选用什么试剂检验？有什么现象？如何把实验过程用文字描述出来？
问题3：K+用什么方法检验？具体操作如何？
问题4：检验离子应从哪几个方面分析？
拓展：四种盐如何区分？请画出流程图。
[方案]
延伸：如何验证白色固体是NH4Cl？请写出实验方案。
离子检验或物质检验实验方案的设计，要根据各种离子或物质的某些特性对离子或物质进行检验，熟练把握各种离子或物质的性质，并把握实验方案设计的技巧，进而设计合理的方案。
【案例2】物质制备型实验方案的设计
《化学选修6：实验化学》硫酸亚铁铵的制备
实验方案设计流程如下：铁屑的净化制取硫酸亚铁溶液制备硫酸亚铁铵晶体计算产率。
设计这类实验的整体思路：从原料出发，通过控制反应条件，如对温度的控制，先得到目标产物，即粗产品，接着对粗产品进行分离提纯，是这类实验的重点所在。寻找分离提纯的最佳方案，使所得产品纯度高，产率大。
【案例3】原理验证型实验方案的设计
《化学选修6：实验化学》硫代硫酸钠与酸反应速率的影响因素
设计方案见表1。
这类原理验证型实验方案的设计，是在明确反应原理的基础上，通过控制一定的实验条件，控制单因子变量，最终设计可行的实验方案。
从以上这些典例中，我们不难发现，化学教材中蕴含着丰富的实验设计思想方面的素材，教师应深入挖掘，在日常教学中不断渗透实验方案设计思想。每一个成功的实验其设计思想总是包含着对已有知识的灵活应用与创造性的科学构想。
二、结合课本实验，了解化学实验方案设计的一般流程和基本原则
化学实验方案设计的流程包括：知识铺垫提出问题小组讨论形成方案方案优化规范表达。“以铝为原料制备氢氧化铝实验方案的设计”，通过小组讨论，各小组形成的方案大致可以分为以下两种类型。
第一类制备方法：酸碱法
第二类制备方案：电化学法
方案8：电解法――Al为阳极，Cu为阴极，电解氯化钠溶液。
方案9：原电池法――Al、Cu为电极，浸没在通入空气的NaCl溶液中。
各小组在个人意见的基础上，对各自的实验方案进行评价，对比方案1～7，从制备1mol氢氧化铝消耗酸碱量来看，方案7消耗酸碱量最少，从实验室操作的便利性看，通入气体的操作较为烦琐。对比方案8、方案9，从反应速率来看：方案8>方案9，从能源消耗来看，方案8>方案9。综合以上这些因素，方案7为最佳方案。
由此看出实验方案设计应该遵循以下基本原则：
三、充分挖掘课本中的实验素材，加以适当的指导和训练，提高实验设计能力
1.变验证性实验为探究性实验，提高实验设计能力
验证性实验是用以验证已学过知识的正确性，学生处于被动接受知识的状态，而探究性实验是指在实验的基础上，通过科学的分析、综合等思维来获取知识，学生处于一种主动探索知识的状态，对培养学生的创新能力十分有利。因此，教师应精心安排，积极钻研，变验证性实验为探究性实验，通过探究实验来获取新知识。
在一次优质课评比中，有位教师很巧妙地将课本中的验证性实验转变为探究性实验，收到了很好的课堂效果。当时的课题是“影响盐类水解的因素”，给我印象深刻的是这位教师在处理书本中“活动与探究”这个栏目时设计了这样一张实验报告单：
实验目的：探究影响盐类水解的因素
实验方案的设计
这位教师充分利用课本资源，很巧妙地处理了“活动与探究”这个栏目的教学。既可以有效地改变学生的学习方式，调动学生学习的积极性，又能起到提高学生科学素养，培养学生科学探究能力的作用，对学生适应新课程教学活动起到很好的引领作用，达到最佳的教学效果。
2.将课本中相关结论转化为实验，提高实验设计能力
实验是人们认识和研究物质变化规律或验证某一结论的常用科学方法。书本上的知识凡是能够通过实验来验证或探究的，都应启发学生思维，认真引导学生进行实验设计，甚至还可尝试让学生亲自动手做实验，从而提高学生的探究和设计能力。
【案例】第三周期元素性质变化规律
【实验一】Na、Mg、Al和水的反应：分别取一小段钠、镁、铝，用砂纸磨掉表面的氧化膜，放入三支小试管中，加入2～3 mL水，并滴入两滴酚酞溶液。观察现象。
过一会儿，分别用酒精灯给三支试管加热至沸腾，并移开酒精灯，再观察现象。
【实验二】 Mg、Al与稀盐酸反应比较
总结：Na、Mg、Al与水反应越来越 ，对应氧化物水化物的碱性越来越 ，金属性逐渐 。
一、基础知识大扫描
1.化学实验方案设计的思路
2.化学实验方案的设计应遵循的原则
（1）科学性：实验原理、实验操作程序和方法必须正确。例如，鉴别Na2SO3和NaI，在试剂的选择上就不宜选用硝酸等具有强氧化性的酸；在操作程序的设计上，应取少量固体先溶解，然后再取少量配成的溶液并加入试剂，而不能将样品全部溶解或在溶解后的全部溶液中加入试剂。
（2）安全性：设计实验时应尽量避免使用有毒的药品和进行具有一定危险性的实验操作。如果必须使用，应在所设计的化学实验方案中详细写明注意事项，以防造成人身伤害和环境污染。
（3）可行性：实验设计应切实可行，所选用的化学药品、仪器、设备和方法等在现有的实验条件下能够得到满足。
（4）简约性：实验设计应尽可能简单易行，应采用简单的实验装置、用较少的实验步骤和实验药品，并能在较短的时间内完成实验。
对同一个化学实验，可以设计出多种实验方案，并对它们进行选择。采用的实验方案，应具有效果明显、操作安全、装置简单、药品用量少、步骤少、时间短等优点。
3.设计化学实验方案时仪器选用及连接的顺序
4.设计化学实验方案的注意事项
（1）药品和仪器是部分或刚好给出还是有剩余。若药品和仪器只部分给出，则应作必要的补充；若有剩余，则应进行筛选和淘汰。
（2）题目条件有无特殊要求，如采用最简单或最合理的实验步骤，这些要求对我们考虑反应原理，选择药品和装置，确定操作步骤都作了限定，必须高度重视。
（3）实验过程中的隐蔽性操作，如某些必要的干燥、除杂、冷凝等，这些都是实验中必不可少的，但容易被忽略。
【关键词】科学性 安全性 环保性 简单性 经济性
【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）31-0178-01
化学是初三新开设的一门学科，书本中有许多实验，学生都比较感兴趣，在人教版的初中化学书上，实验贯穿了整个知识体系，化学实验题是组成中考化学试卷必不可少的重要一部分，2016年南通市中考化学试卷中探究实验题占了26.7%，可见其地位的重要性。探究实验题有如下特点：素材比较丰富，不局限书本知识，涉及面广；试题具有开放性，标准不同，答案不同，合理即可；思维具有发散性，根据材料，拓展迁移，发散思维。所以，我们好多学生最怕解答实验探究题，感觉题目文字多，内容难，参不透题意，往往一知半解，然后匆匆下笔，结果失分多多。实际上，该类题型一般来说是在学生已有知识和经验的基础上设计的，只要我们有扎实的基础知识，能对书本知识作一个拓展延伸，掌握科学探究的一般思路，这类题型就会迎刃而解。
一、实验方案设计的一般思路
明确实验目的――根据反应原理选择药品、仪器――设计实验操作步骤――观察、记录、分析实验现象与数据――实验结论――反思评价改进。
二、实验方案评价的主要原则
1.科学性：实验的探究方法及原理一定是合理的、科学的。
2.安全性：实验过程中一定要保证安全，避免接触有毒、有害物质。
3.环保性：必须经过处理，有毒的物质变成无害物质才排放。
4.简单性：实验过程一定要简单、好操作，而且实验的效果要明显，一目了然。
5.经济性：原料用料少，而且要廉价经济上合理。
三、实验探究题的主要题型
1.制备型实验方案的设计与评价
例1.随着科技的发展，潜水艇的作用越来越重要，为了保证能够长时间的潜航，在潜水艇里需要有供给人们呼吸的氧气的装置，下面有以下几种制取氧气的方法：①用高锰酸钾分解产生氧气；②分离液态空气；③用双氧水常温分解制氧气；④在常温下用过氧化钠固体与二氧化碳反应生成氧气和碳酸钠。（1）写出涉及到的所有反应的化学方程式：_______（2）你认为在四个方法中哪个最合适（填序号）_______；与其它三种方法比较，这种方法的两条优点是_______。
分析第四个发现，用过氧化钠制氧气反应也不需加热，也安全，特别是反应物中有二氧化碳，而潜水艇是一个密闭的空间，此方法的妙处在于还能实现在这样一个密闭空间内的二氧化碳与氧气的循环，综上所述，最恰当的方法是第四种。
总结：解答制备型实验探究题时，首先应明确实验的目的――知道实验原理（会写化学反应的方程式）――选择最佳实验的方法（从探究实验的原则入手）――准备实验原料――设计实验步骤――确定实验方案――制得所需的物质。
2.性质型实验方案的设计与评价
例1.现有A、B、C、D、E五种物质，A是人类在生活年产量最高的一种金属单质，A是一种银白色的金属；B是气体，能帮助可燃物燃烧，A在B中剧烈燃烧，火星四射，生成一种黑色固体C；D的浓溶液有强烈的腐蚀性，A与D的稀溶液反应得到的产物中有氢气，D与E能发生酸碱中和反应，反应后溶液中含钾离子和硫酸根离子两种离子。
请你从所给的信息中可作出的猜想或结论是_______。 先找关键词，结合我们已有的知识和经验。题眼就是问题的解决的入手处，但找到题眼，并不等于问题已全部解决，它仅仅给问题的解决提供了方向，要解决全部的问题，还必须根据题眼所提供的方向，结合题意和一些化学原理，进行推理、联想或假设，从而实现各个击破，顺利解题。所以我们还必须进行信息的筛选。
总结：对于性质型的探究实验，结合已有的知识和实践经验――挖掘出题目信息――猜测该物质可能的性质――设计具体的实验来探究验证――选择合适的试剂――选择恰当的实验仪器、连成装置――通过实验得出结论。
3.综合型实验方案的设计与评价
综合型实验探究对学生的要求最高，学生要熟悉所有的知识点，能将所学的知识贯穿起来，灵活运用。同时还要求学生有拓展性的思维，分散性的思维，能根据题目提供的未学过的知识，解答一些题目。
例1.下列有关化学实验的“目的操作现象结论”的描述都正确的是（ ）
辅导资料中答案为如下：将电压表与滑动变阻器并联，闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表读数为2.2V时，小灯泡正常发光。由于电源电压是6V，当电压表示数为2.2V时，根据串联电路电压的关系，小灯泡两端电压为UL=6V-2.2V=3.8V，正好等于额定电压。测出此时电路中的电流I，即可求出小灯泡的额定功率P=3.8V×I，电路图如图1所示。
笔者认为，本题提供的参考答案存在不足之处。在测电功率的电路中，滑动变阻器的首要作用是保护整个电路，避免电流表、小灯泡、电压表等器件的损坏。所以，在开关闭合前，滑动变阻器连入的阻值都要最大，这已成了初中电学实验设计很重要的一步；第二作用是滑动变阻器移动滑片，调节电流或电压，直至灯泡正常发光。由于题目中没有告诉灯泡电阻RL和滑动变阻器最大阻值R的大小和关系，开关闭合前滑动变阻器又处于最大阻值，如果RL小于R，根据串联电路中电压的分配跟电阻成正比，则滑动变阻器两端电压在开关刚闭合时会超过3V，就将会使并联在滑动变阻器两端的电压表再次损坏。可见，上面的实验方案是不完善的。因为它没有考虑到电压表再次损坏的可能性。
在此，作如下讨论，并给出正确解决方案：（设灯泡电阻为RL，滑动变阻器最大阻值为R）
1．当R≤RL时，由串联电路中电压的分配跟电阻成正比可知，滑动变阻器两端的电压不会超过3V，在电压表0~3V挡范围内，则不会损坏电压表。在设计实验方案时电压表直接与滑动变阻器并联即可。本题一些辅导资料提供的参考答案正是适合这一种情况。
2．当R＞RL时，由串联电路中电压的分配跟电阻成正比可知，在开关闭合时滑动变阻器两端的电压超过3V，为了避免电压表0~3V挡烧坏，可设计如下实验步骤：（a）按如图2连接电路，开关闭合前，滑动变阻器滑片P放在最右端。闭合开关，调节滑动变阻器滑片P，使灯泡逐渐变亮，直至电压表读数刚好为3V；（b）此时断开开关，将电压表改接到滑动变阻器两端，如图3所示，再继续向左调节滑片P，直到电压表示数为2.2V为止，记录此时电流表的示数I，此时小灯泡正常发光，额定功率P=3.8V×I。
本题由于没有告诉灯泡电阻RL和滑动变阻器最大阻值R的大小，正确的设计方案应以上面讨论2的叙述为准。可以说，本题是一道很好的实验设计题，它能锻炼学生的发散性思维和创造性思维，培养学生探究能力和学习兴趣。在讨论了此题的实验方案后，针对本题中的滑动变阻器，我又设计了这样一个问题给学生思考：若题目中RL=18Ω，有四个最大阻值分别为10Ω，15Ω，20Ω，40Ω的滑动变阻器，选哪一个最适宜呢？学生经过讨论发现，若选10Ω的滑动变阻器，即使在最大阻值，也不能保护整个电路。若选20Ω或40Ω的滑动变阻器，方案可行，但如讨论2所说，步骤复杂，稍有疏忽，就会损坏电压表。而选15Ω的滑动变阻器，正如讨论1所说，方案最简单。所以，选15Ω的滑动变阻器则最适宜。
1基础知识和实验技能是化学实验设计的基本要求
1.1在化学教学中要让学生深刻理解化学基本理论是实验设计的基础。任何理论（或假设）的提出、发展和完善，都有一定的实验事实作根据，如原电池原理的实验根据是铜—锌原电池实验；某些有机物之间反应机理的确定是在实验中利用了示踪原子等。类似的实例道出了以下规律：实验事实理论的建立（或假设的提出）再实验理论的发展和完善。
1.2要让学生熟练掌握常见元素及其化合物的物理性质、化学性质的实验事实以及中学阶段典型单质、化合物的制备原理和方法。化学实验是证实某物质是否具有某种性质的唯一手段。中学阶段的大部分化学实验都是定性实验，这些实验虽然简单，但确实可以培养学生透过实验现象看清反应实质，进而推断物质的微观组成、结构与实验结果的相互关系。物质的制备原理是以物质的性质为基础的，某一物质的制备方法不止一种，但教材上采用的方法则是实验室中最常见的最好方法，熟悉了这些实验，在设计实验时就能够灵活选择实验原理。
1.3要让学生掌握中学化学常规实验手段，熟悉常见仪器的规格、用途及使用注意事项。常规实验手段是化学实验的基础，综合实验是常规实验的综合运用，即使那些高、精、尖的实验也离不开常规实验，因而教材中所有实验都要尽可能地让学生在课内或课外一丝不苟地完成。通过动手，一方面达到对常规实验操作的熟练掌握，同时熟悉常见仪器的应用范围和使用注意事项。
2设计实验必须有化学实验总体观
任何一个化学实验都包含以下内容：实验目的、实验原理、实验设计、实验药品、仪器、装置、实验操作及操作规程和实验结果的处理。这就是化学实验的六要素。中学阶段一般一个实验的整套装置应该包括以下几个方面：发生装置，根据物质本身的性质来决定；净化装置，根据实验中可能出现的杂质进行分析，选择合适的除杂试剂；干燥装置，根据制备气体本身的性质选择合适的干燥剂；收集装置，根据气体的密度和溶解性来判断采用什么收集方法；尾气处理装置，
如果制备气体是有毒气体，必须进行尾气处理，一般采取洗气法或者点燃的方法。实验目的是核心，实验原理是达到实验目的的理论根据。实验程序是能否完成实验的关键，它的设计以实验原理为基础。药品、仪器、装置是物质保证，这些物质条件的选择是由实验原理和实验程序决定的，同时对实验程序也起着制约作用。实验操作及注意事项是实验得以顺利、安全进行的保证，它的制定要由实验程序和实验用品来决定。实验结果的处理是对实验是否达到预期目的所进行的检验，在解释实验现象、处理所测得的数据、分析实验误差等项工作中必须对各要素进行综合分析。
3创造性是实验设计的灵魂
学生在设计时，首先要学会通过模仿、移植现有的实验方案，然后通过独立思考、探索逐渐在设计中体现自己的个性，具有一定的创造性。教师在组织学生开展课外活动时，可引导学生阅读、查找一些实验小窍门、实验药品及仪器的代用品、实验装置的改进等有关资料，以开阔学生的视野，启迪学生进行创造性思维。同时也应经常提出一些能激发学生创造欲望和创造兴趣的问题，尽量给学生一些动手的机会，让学生在手脑并用的活动中迸发出创造的火花。
4培养学生设计实验能力教师起主导作用
化学实验教学中的实验设计练习更加突出学生的主体地位，强调学生的积极参与，但如果缺乏教师的主导作用，仍不会有好的教学效果。在以“教师主导，学生主体”的教学思想指导下，要充分发挥
教师的能动性和创造性。具体来说，教师的主导作用主要表现在以下几个方面：
4.1精心设计实验计划
要使实验教学中获得较好的效果就必须在事前进行精心计划。教师应制定明确的探究目标，使学生既能掌握教学大纲所规定的教学内容，又能发展各种探究能力，形成探究精神和态度。教师要选择或补充恰当的教学内容，使它们适应学生的兴趣、知识水平、理解力等。对于哪些内容让学生探究，开展哪些探究活动，教师要心中有数，而不能盲目或随意而为。
4.2做好教学组织安排
教学组织的成功与否决定着教学所取得效果的好坏。教师必须学会确定在什么时候进行演示实验，什么时候进行学生实验，什么时候进行讨论，什么时候让学生个人发表意见，什么时候进行结论总结等等。并且教师要根据教学进程及时调整教学组织形式。
4.3指导教学过程
关键词：视频公开课；录播系统；技术标准
中图分类号：G434 文献标识码：B 文章编号：1673—8454（2012）17—0020—03
《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010—2020年）》提出“加快教育信息化进程”的要求，并制定了“到2020年基本实现教育现代化，基本形成学习型社会，进入人力资源强国行列”的战略目标。[1]为了更好地利用现代信息技术手段，加强优质教育资源开发和普及共享，进一步提高高等教育质量，服务学习型社会建设，教育部启动了国家精品开放课程建设工作（教高[2011]8号），并纳入“十二五”期间实施的“高等学校本科教学质量与教学改革工程”。国家精品开放课程包括精品视频公开课与精品资源共享课，是以普及共享优质课程资源为目的、体现现代教育思想和教育教学规律、展示教师先进教学理念和方法、服务学习者自主学习、通过网络传播的开放课程。[2]
针对视频公开课建设项目，教育部还特别制定了视频公开课拍摄制作技术标准（教高司函[2011]105号文件），包括录制场地、录制方式及设备等前期录制要求，视频信号源、音频信号源的数据采集技术指标，后期制作、网络传输基本技术规范等。[3]根据要求，在视频制作过程中，要求视频制作者应根据课程内容，尽量采用多机位拍摄，机位设置应满足完整记录课堂全部教学活动的要求。摄像机要求不低于专业级数字设备，推荐使用高清数字设备，录音设备采用若干个专业级话筒，以保证教师和学生发言的录音质量。
一、现有录播手段存在的问题
目前，我校采用奥维亚（AVA）科技公司开发的PROPRE 9移动式录播系统进行视频课程的录制与网络直播，其结构如图1所示，包括系统前端、管理端和播放端，主要由录播主机、音视频信号采集系统（包括教师摄像机、学生摄像机、VGA信号采集）、管理电脑、远程客户端（视频直播/点播）等几部分组成，具有同步录制、实时直播、在线点播、远程导播和后期编辑等功能。
学校现有的录播系统主要用于精品课程录像、视频会议、网络培训、专家讲座等视频的录制与网络直播，并在全校范围内推广应用，拍摄的视频资源经后期处理后上传至学校专用的资源服务器，并提供师生在线点播观看。现有录播系统基本能够满足教学需要，但与精品视频公开课技术标准尚有一定差距，无法满足视频上网的更高层次要求。
与教育部视频公开课所要求的技术标准相比较，如表1所示，现有录播系统在录制场地、视频录制模式、音视频采集方式等方面存在以下不足：
1.录制场地不固定，难以保证设备安装的安全和信号的稳定
拍摄场地不固定，容易造成设备不必要的意外损伤，不能很好地保护录播主机。如地面视频线、音频线、网线布局错综复杂，容易造成线缆移动接触不良；接口频繁拆装造成接触不良，频繁地移动容易降低设备的使用寿命。
2.现有的拍摄场地不能充分保证视频的质量
普通的教室采光和隔音效果较差，录制的视频画面质量不高。
3.现有的单机位—手动导播模式无法满足现场的交流和互动
在教学过程中，教师需要写板书、操作电脑、与学生交流等，视频拍摄时则通过控制摄像头的移动控制画面，但是频繁地移动画面，容易使观看者产生视觉疲劳，影响视频美观。此外，操作人员在进行手动导播时，由于单机位操作，使得工作强度加大，容易手忙脚乱，出现切换不及时、视频定位不准确、教师走出摄像范围等情况。
4.现有的设备不能满足高质量的视频录制需求
视频拍摄的质量不单单取决于操作人员水平的高低，更受到硬件设备的影响，高质量的拍摄设备在画面清晰度、移动定位的平顺性、光线变化反应速度、对焦速度等方面都有很大的优势，这些正是我校现有设备所不足的。
5.现有的设备难以满足高质量的音频录制需求
优质的录音对于视频来说是不可缺少的，我校现有的录音设备只能满足普通音频录制需求，存在音域不广、降噪不强、音质还原不够等问题。
6.现有设备无法满足未来的视频文件存储需求
根据我校网络课程建设目标规定，通过5年左右时间的建设，使大部分本科主干课程建有网络课程。我校现有网络课程200余门，按现有网络课程视频录制安排和现有设备拍摄的画面质量来计算，共需要约1500G的磁盘空间。随着网络课程数量的增加，按照教育部要求采用高清技术标准拍摄，磁盘空间需求必定翻倍甚至更多，将使得原本紧张的服务器资源更加匮乏。
随着学校教育信息化的不断推进，优秀的教学视频上网已提到议事日程，参照教育部视频公开课技术标准建设专用录播实验室已迫在眉睫。
二、智能型录播实验室建设方案设计
1.录播实验室的场地与环境要求
依据教育部精品视频公开课拍摄技术标准，录播实验室场地、环境参数按照以下标准设计：
（1）面积约为50平方米的专用录播教室，6平米左右导播室，预留双层玻璃视察窗。
（2）房间内装饰尽量简朴，墙壁颜色应尽量选用中性、非白色的色调，如浅灰、浅蓝等。避免在室内陈设镜子、悬挂艺术品、放置植物花卉等。否则这些与教学内容无关的背景信息会在摄像头转动或变焦时产生干扰，造成图像编码质量的下降。
关键词：实验教学 优化设计 习惯 操作 开放
化学是一门以实验为基础的自然科学，实验是化学的重要组成部分和教学实现途径，化学实验中蕴含着化学原理、化学反应现象和化学探索思考基本点。高中化学新课程标准要求教师优化实验教学方式，使学生在实验的基础上主动完成化学知识体系建构。在当前的教学实践中，化学教学多注重教师讲授，实验仅作为教师讲授的辅助活动，而非学生化学学习的主要途径。高中化学实验教学要进行不断的优化设计，努力打造高效率、高收获的化学课堂。本文将针对高中化学学习的初步、中级、高等及提升整合阶段的不同特征，探索高中化学实验教学的优化设计方案。
一、培养良好习惯，巩固实验基础
化学实验是激发学生学习兴趣的源泉，具有培养学生观察能力、创新能力和实践动手能力的重要作用。在高中化学学习的初步阶段，学生刚进入高中化学的情境，对于高中化学深奥知识感觉陌生，高中化学实验更是云里雾里。而高中化学实验只有在严密的实验过程和明确的实验目标指导下才能发挥出其对于化学知识学习的重要意义。在初步阶段，教师必须重视培养学生的良好实验习惯、严谨的科学态度和实事求是的精神，促使学生养成爱护实验器材、整洁有序的实验美德，为实验的顺利开展打下坚实基础。
例如化学必修一第一章“从实验中学化学”就特别注重培养学生掌握化学实验的基本方法，使学生对实验流程有清晰明确的理解。教师在此章的教学过程中，带领学生走进实验室，使学生认知试管、烧杯、烧瓶、各种试剂瓶、量筒、酒精灯等基本常用实验器材的使用方法和注意事项。而后教师组织学生进行简单的制取蒸馏水实验。在实验过程中，教师要注重培养学生有条理地进行，实验的先后顺序要清晰、步骤不能缺失，实验后要整理好实验器材和实验平台。只有实验的步骤正确、条理清晰，才能为更深入的观察实验、探究实验准备条件。
二、注重动手操作，提升实验能力
经过初步阶段的培养训练，学生已经具备了良好的实验素质和基础实验知识，观察能力、创新能力和实践动手能力都有一定的发展。在随后的中级阶段，教师首先要清楚认识学生的化学实验能力状态后进行实验教学优化设计。从以前的演示实验为主，转变为学生亲自动手实验为主。在此过程中，教师要成为学生实验的引导者和指点者，将化学实验的主动权交还给学生，使学生在实践中提升实验能力。
例如在“铁离子、亚铁离子氢氧化物的制取”实验中，教师将Fe（OH）2的制备实验设计为小组实验，合理安排实验小组成员和分工，每组配备好实验用品。实验中，学生清楚地观察到最初生成的白色絮状沉淀，但白色絮状物氧化太快，没有观察到其变为灰绿色、最终变成红褐色的过程。于是学生们动手进行实验改进，经过大量的实验后，将实验过程改进如下：首先把氢氧化钠溶液和硫酸溶液进行加热煮沸后分别装在两只试管中进行保存，用一较长的胶头滴管吸满一滴管的煮沸过的NaOH溶液；完成后把还原铁粉加入到另一只试管之中，再迅速加入稀H2SO4，同时在溶液中滴入部分植物油将其封存好，然后把准备好的胶头滴管伸入试管底部，再挤出氢氧化钠溶液。在这种情况下，进行油封能使反应在相对密闭的体系中进行，白色沉淀现象比较难以消失。学生在实际动手实验中不仅彰显了细微的现象使得学生印象深刻，而且培养了学生创新能力和实验技能，真正实现了实验能力的提升。
三、增加设计实验，实现能力飞跃
教师在优化设计高中化学实验教学的过程中，学生经过初步和中级阶段的严格训练，实验能力得到了切实提升。基于学生的能力发展阶段，进入高等阶段后教师要不断改善化学实验，促进学生的创新精神的提升和创新能力的提高，并且通过实验教学，巩固深化基础理论知识。高中学生在具备了一定的化学素养之后，已经有了一定的创新能力，通过高中化学实验培养学生的创新能力，可以说是一种捷径。例如“铜与浓稀硝酸”的实验，铜与浓硝酸的反应产物NO2可直接被NaOH溶液吸收，即2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O，从而避免了室内空气的污染，而铜与稀硝酸反应所产生的NO，不是成盐氧化物，是不可以直接被NaOH溶液吸收，必将逸出造成室内环境污染，且无法避免装置中的残留空气对反应生成NO的干扰，于是教师要求学生自主设计改进实验。学生们通过激烈的讨论，提出了许多设计方案，大部分学生从生成物的性质入手：既然NO为非成盐氧化物，NaOH溶液不能直接吸收，不过可以按照NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O和2NO2+2NaOHNaNO2+NaNO3+H2O实现绿色化设计。学生通过提出假设、设计实验、检验假设的过程真正实现了知识的活学活用，实现了能力的飞跃式发展。
四、全开放实验室，助力主动学习
经过初步、中等、高级三个阶段的化学实验教学优化后，学生的化学实验能力已经进入质的飞跃阶段。但在传统的高中化学实验教学中，学生只能在课堂上进行实验，课下实验室的封闭性使得学生无法在课下进行自主学习。为了贯彻因材施教和循序渐进的教学原则，教师可以全面开放学生实验室，为学生创造良好的课余实验条件，增加学生动手、动脑，独立完成实验的机会。开放实验室，让实验室成为一个学生验证问题的场所，学生对于课堂上的困惑，可以在实验室里得到验证，并且学生自己去探寻答案要比在教师的引导下亦步亦趋的学习效果还要好。
例如在学习盐类水解时，很多学生误以为像Na2CO3溶液中的CO2-3都发生水解。部分学生在课下进入实验室进行自主实验学习时，自主探究增加了以下实验：用试管盛取2到3毫升的 Na2CO3溶液，滴入1、2滴酚酞试液，观察记录现象并进行解释；然后再往试管中滴入1、2滴BaCl2溶液，观察记录现象并进行解释。学生在随后的课堂上提出了自己的想法，Na2CO3溶于水只有少量的CO2-3发生水解，大多数CO2-3仍存在于溶液中，该想法获得了其他学生的高度认同。
参考文献：
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[2]王延芳、石辉.浅谈新课程理念下的高中化学实验教学[J].第20卷第二期，2006.4
[3]施广琰.合作学习在化学实验教学中的尝试[J].新课程（教师版），2007. 5
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