设计性化学实验的特点和作用
在我国，中学生所做过的绝大多数化学实验都是教材中预先设计好的实验。学生只是通过实际操作，观察一下实验现象，得出事先已确定的结论。这种实验，我们称之为传统实验。它束缚了学生的创造思维，不利于能力的培养。
与传统实验相对应的是自己设计实验，这种实验只给出实验目的要求，由学生自己设计实验方案，选择实验器材、药品、确定实验步骤、分析实验结果。设计性实验是传统实验的延续和发展，是克服学生普遍存在的理论高分，实验低能的有效手段，江苏省连云港市新海中学袁君强、邵世环老师认为与传统实验相比，设计实验至少有以下特点和作用。
多样性和最佳性
由于设计性实验要求学生自己选择实验器材，设计实验方法，不同的实验人员，不同的思维方式，可能设计出不同的实验方案，这就是多样性。这些实验方案，通过比较，有的可行，有的将被淘汰，有的可能是最佳的。学生见到实验题目后，要求他们从不同的角度去思考，运用联想、比较、等效、直觉、逆向等思维方法，建立正确的解决问题的思路，然后在不同的方案中加以比较筛选，确定最优的一种，并在实践中加以验证。
例1以明矾为原料制取氢氨化铝。
这是一个具有设计性思想的实验，制取的方法也很多。学生在做这个实验时，设计思路不同，采用的药品也各异，有使用NaOH溶液，氨水的，甚至使用Ba(OH)2溶液作为沉淀剂的。
通过比较，用NaOH溶液作为沉淀剂不易控制用量。用Ba(OH)2溶液作沉淀剂，即使得到Al(OH)3，也会使本来很简单的过程变得复杂化，而使用氨水作沉淀剂最佳，不但用量易于控制，生成物也易于分离。
客观性与科学性
许多设计性实验，在完成实验之前并不知道实验结果，因此更应重视它的客观性和科学性。
例2观察在AlCl3溶液中投入金属钠的实验现象。
在未做该实验时，有的学生根据金属活动顺序表，主观地认为金属钠比铝活泼，应该有金属铝被置换出来，并写出了化学方程式。这就缺乏实验的客观性和严肃的科学态度。
实验结果显示，生成物除H2以外，还有白色絮状物沉淀，而且白色絮状物的量的多少还与AlCl3的浓度和加入的金属钠的量有密切关系。过滤、洗净白色沉淀，加盐酸，无气体生成，说明絮状沉淀物不是金属铝。
由此可见，能与水发生反应的金属不能将较不活泼的金属从其盐中置换出来，较活泼金属置换较不活泼金属是有条件的。
主动性和独创性
设计性实验要求学生有独立的设计能力，应具有主动性和独创性。
例3如何区别pH值分别等于2的弱酸和强酸溶液。
按照一般思路，可先取等体积的这两种酸，再用NaOH溶液滴定，消耗NaOH溶液体积较多的是弱酸，反之则为强酸。
如果对弱电解质性质进行分析，不难发现更简单的方法，即把上述两种酸分别稀释相同倍数，再用pH试纸测试，pH值变化较小的为弱酸，pH值变化较大的为强酸。
例4用甲酸作还原剂做银镜反应。
这是一个难度较大的实验。从理论上分析，甲酸中含有醛基，应该发生银镜反应，但若仿照课本上用乙醛做银镜反应的方法去做该实验，则难以获得成果。经分析，甲酸是较强的酸，若直接与银氨溶液反应，银氨配离子将被破坏，使实验无法成功，控制溶液的pH值成为本实验的关键。经过不断摸索和改进，得到较为成功的方法：①取2毫升甲酸(85%)溶液，逐滴加入浓NaOH溶液，使溶液的pH值为11～12。②取一支洁净的试管，用01mol/l的AgNO3溶液与稀氨水制取银氨溶液约2毫升。逐滴加入①中的溶液约1毫升，稍振荡(此时应不见胶态银出现，否则实验难以成功)。③将此试管置于沸水中加热15～20分钟，就可见到光亮的银镜。
课本上没有现成的方案可寻，只有充分发挥创造性，主动想办法去解决。
设计性实验需要自己探索实验方法，选择实验器材和药品，作出实验成败评估，这对提高学生的实验技能和素质，培养独立的探索精神和分析问题、解决问题的能力无疑是有益的。由于设计实验难度较大，往往要经历多次失败，所用时间长，所以必须采用灵活多变的实验方式，充分利用第二课堂，变封闭型实验室为开放型实验室，供学生多次实验，同时教师在适当的时机给予一定的提示和启发，使学生有更多的机会和条件发挥自己的创造力。
化学实验设计
化学实验设计的意义
化学实验设计是指实验者在实施化学实验之前，根据一定的化学实验目的和要求，运用有关的化学知识和技能，对实验的仪器、装置、步骤和方法在头脑中所进行的一种规划和设想。
化学实验设计在教学中具有重要意义。它可以激发学生的化学学习兴趣。学生根据自己所学的化学知识，独立地或在教师启发下设计出各种实验方案，成功地解决化学实验问题，从而产生成功后的喜悦，激发起更大的学习热情，成为进一步学习的强劲动力。其次，设计化学实验方案需要学生灵活地和创造性地运用所学的化学基础知识和基本技能，因而可以培养他们解决化学实验问题的能力和创造能力。同时，进行化学实验设计还需要学生掌握各种科学方法，具有严肃认真、一丝不苟和敢于创新的精神，因而有利于学生科学方法的训练和科学态度的培养。
化学实验设计的类型和内容
(1)化学实验设计的类型。
吉林东北师范大学郑长龙老师根据实验在化学教学认识过程中的作用来划分，化学实验设计主要有以下三种类型：
①启发性(或探索性)实验设计。
由于这类实验是在课堂教学中配合其他化学知识的教授来进行的，采取的又多是边讲边实验或演示实验的形式，因此，在设计这类实验时，要注意效果明显、易操作、时间短、安全可靠。
②验证性实验设计。
由于这类实验的目的主要是验证化学假说和理论，又多是采取学生实验课或边讲边实验的形式，因此，在设计这类实验时，除了上述要求外，还要注意说服力要强。
③运用性实验设计。
这类实验的目的是综合运用所学的化学知识和技能，解决一些化学实验习题或实验问题，因此，在引导学生进行实验设计时，要注意灵活性和综合性，尽可能设计多种方案，并加以比较，进而进行优选。从课内、课外的角度来分，运用性实验设计又包括课内的实验习题设计和课外的生产、生活小实验设计。
(2)化学实验设计的内容。
一个相对完整的化学实验设计方案，一般包括以下内容：
①实验目的；②实验原理；③实验用品(药品、仪器、装置、设备)及规格；④实验装置图、实验步骤和操作方法；⑤注意事项；⑥实验现象及结论记录表。
化学实验设计应遵循的基本原则(1)科学性原则科学性是化学实验设计的首要原则。所谓科学性是指实验原理、实验操作程序和方法，必须与化学理论知识和化学实验方法论相一致。例如Na2S和Na2SO4的鉴别，在试剂的选择上就不宜选用硝酸等具有氧化性的酸；在操作程序的设计上，应先溶解、取少量，然后加试剂，而不能溶解后就加入试剂。
(2)可行性原则可行性是指设计化学实验时所运用的实验原理在实施时切实可行，所选用的化学实验药品、仪器、设备和方法在中学的条件下能够得到满足。例如NaCl、Na2SO4的鉴别。有的学生常选用AgNO3作试剂，认为AgCl难溶、Ag2SO4微溶，从而把二者加以区分，事实上，这种方法所依据的原理在实施时是不可行的。因为硫酸银不稳定，很易分解成难溶的氧化银。再如，用化学方法鉴别N2和Cl2就不能用它们跟氢气的反应来进行区别。因为N2和H2的反应条件在中学很难得到满足，Cl2跟H2的反应如控制不好有一定的危险性。
(3)安全性原则
安全性是指实验设计时应尽量避免使用有毒药品和具有一定危险性的实验操作，如必须使用，应在所设计的化学实验方案中详细写明注意事项，以防造成环境污染和人身伤害。
(4)简约性原则
简约性是指要尽可能采用简单的实验装置、用较少的实验步骤和实验药品，在较短的时间内来完成实验。例如，AgNO3、NaBr、HCl和Na2CO3四种溶液的鉴别。有的学生采用常规的组合实验方案，列出四种平行实验，共计12个操作步骤；有的学生运用分析推理，只用6个操作步骤就完成了鉴别。相比之下，后一种设计缩短了实验程序，减少了药品用量和工作量，在较短的时间内完成了鉴别，符合简约性原则。
化学实验方案的优选标准
同一个化学实验问题，可以设计出多种实验方案，这就需要对它们进行选择。根据化学实验设计的原则和中学化学教学的实际，可确定如下优选标准。
①效果明显，这是选择化学实验方案的首要标准，如果其他方面都很好，而实验效果不理想、现象不明显，也不能被认为是最佳化学实验方案；②操作安全；③装置简单；④易操作、用药少；⑤步骤少、时间短。
上述关于化学实验设计的类型、应遵循的原则和优选标准，并不是绝对的，相互间都有着密切的联系，应根据具体的化学实验教学目的、实验内容、实验条件和学生的实际来加以运用。
设计实验方案的一般规律和方法
设计实验要运用所学的化学知识和实验技能。独立设计实验方案，不仅可巩固和提高化学知识与实验技能，还可以培养分析问题解决问题的能力。然而，近两年学生反映出来的问题却比较多，突出表现在设计实验和仪器、试剂的选择上无从着手；对于明显的错误看不出，似乎无规可循。为此，湖南省沅江县第二中学石振远老师分析归纳了设计实验的一般规律和具体方法。
设计实验方案的一般规律
(1)从物质的反应原理去考察设计实验的方案，仪器、试剂的选择。
例如，实验室制取氯气，其反应原理是：
①MnO2+4HCl(浓)△MnCl2+Cl2↑+2H2O②2KMnO4+16HCl(浓)=２ＭnCl2+2KCL+5Cl2↑+8H2O从反应式①来看需选用的药品是MnO2与HCl(浓)；仪器是：铁架台(附铁圈)、酒精灯、石棉网、烧瓶、分液漏斗、双孔橡皮塞、导气管等。从反应式②来看需选用的药品是：KMnO4(固)与HCl(浓)；仪器：因本反应不需加热，故不需要石棉网、铁圈、酒精灯，其他仪器与①相同。
(2)根据反应物的状态去考虑。
例如，实验室制O2、Cl2、C2H4等，由于制O2是采用KClO3加MnO２催化的分解反应；制Cl2是采用MnO2(固)与HCl(浓，液)的反应；制C2H4是用C2H5OH(液)与H2SO4(浓，液)的反应，因此，在考虑设计方案时，仪器、试剂的选择就各有不同。
(3)考虑物质反应的条件及生成物的纯度。
例如：实验室制C2H2与C2H4，因反应条件不同，前者不需要加热，后者需要加热，且需要控制温度在170℃左右，因此，前者不需要酒精灯、石棉网、温度计，而后者需要。
其次C2H2中常混有H2S、PH3、AsH3、H2O，而C2H4中常混有乙醚、SO2、H2O等，故洗气的试剂选择是设计者必须考虑的问题。
(4)根据生成物的状态、性质不同去考虑。例如实验室制取氨气，由于生成的氨气极易溶于水，又不与空气反应(常温)，且密度比空气小，因此，收集氨气宜采用向下排空气集气法，不能用排水法。所以，选择仪器时不需要水槽而需要集气瓶或试管。
(5)根据所制取物质需要量的多少，及需不需要控制反应的速度等因素来考虑设计实验方案的仪器、试剂的选择。
例如，实验室用H2来还原氧化铜的实验过程中，需用较多的H2，则宜选用较大的储气瓶或用启普发生器现用现制备。其次锌与稀硫酸的用量要多一点。制氯气时，需要控制Cl2产生的量，常宜采用分液漏斗控制加酸量来控制Cl2产生的多少和反应的速度。
(6)根据实验操作的顺序来考虑实验设计方案及仪器、试剂的选择。
例如粗盐的提纯可以从操作的顺序去考虑仪器的选择比较妥当。
实验顺序：取粗盐称量粗盐溶解↓↓↓选用仪器：角匙天平、砝码烧杯、量筒、玻棒-过滤-蒸发↓↓漏斗、滤纸、剪刀、玻棒、烧杯酒精灯、精盐存放蒸发皿、铁架台(附铁圈)、玻棒试剂瓶又如实验室制纯净干燥的Cl2中，常含有HCl(气)和H2O(气)要除掉，不仅要考虑采用什么试剂除HCl(气)和H2O(气)，而且要考虑洗气的先后次序。
(7)从生成物对空气是否有污染去考虑整套设计方案。
例如实验室制氯气或用CO还原Fe2O3的实验中，均要考虑多余Cl2与CO的污染问题。
(8)要根据试题的要求全面考虑实验的设计方案。
如设计一套实验室取干燥、纯净的氯气的装置图。从试题分析可看出，既要考虑制取，又要考虑收集，而且所得Cl2既要纯净又要干燥，同时还得考虑Cl2有毒对空气的污染等多方面的问题。因此，一般可从下面几部分去考虑设计实验方案、试剂和仪器的选择。
(1)(2)(3)(4)氨气的组取→洗气提纯→干燥Cl2的收集→多余Cl2处理设计实施方案的一般方法掌握设计实验的一般规律，这仅仅是解决问题的一半，具体怎么设计，这还有一个方法问题。下面以具体例子加以说明。
试设计一套用氢气还原氧化铜的实验装置图。在装置上标明仪器的名称，写出有关的化学反应方程式。设计步骤为：
(1)审查题目要求，构思设计方案(略)。
(2)写出实验程序。该实验共分三大部分：
①氢气的制取；②净化和干燥氢气；③用H2还原氧化铜。
(3)根据设计实验方案的一般规律考虑仪器、试剂、药品的选择。
(4)作图。
(5)标出仪器、药品、试剂代号、名称。
①大试管、锌、稀H2SO4②长颈漏斗③铁架台并带铁夹④导气管⑤洗气瓶：CuSO4溶液(除H2S)⑥洗气瓶：H2SO4(浓)(除水)⑦酒精灯⑧木垫(6)写出有关反应方程式Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4CuO+H2△Cu+H2O中学化学实验设计的步骤
除了提高演示实验和分组实验的效果外，教师还应该积极主动地去组织学生结合教材内容自己设计实验。实践证明在教师支持和指导下，学生自己设计实验的探索是可行的。四川温江中学肖崇正老师分析总结了怎样指导学生设计实验及应注意的问题。
设计实验应遵循一定步骤：
