探究微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

楊志華

（姜堰市勵(lì)才實(shí)驗(yàn)學(xué)校江蘇姜堰225500）

探究微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

楊志華

（姜堰市勵(lì)才實(shí)驗(yàn)學(xué)校江蘇姜堰225500）

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)較常規(guī)實(shí)驗(yàn)具有較大的優(yōu)越性。筆者結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)選用一些廢棄物品和儀器，制作多種微型實(shí)驗(yàn)器材。用微型實(shí)驗(yàn)探究調(diào)動學(xué)習(xí)興趣，積極參與，發(fā)展創(chuàng)新思維，提高嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)勤儉節(jié)約的良好習(xí)慣和環(huán)保意識，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

微型實(shí)驗(yàn)；探究實(shí)驗(yàn)；綠色化學(xué)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；科學(xué)素養(yǎng)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。1998年諾貝爾獎授予科恩（美)和波普爾（英),以表彰他們在理論化學(xué)領(lǐng)域作出了重大貢獻(xiàn)。他們的工作使實(shí)驗(yàn)和理論能夠共同協(xié)力探討分子體系的性質(zhì),引起整個(gè)化學(xué)領(lǐng)域正在經(jīng)歷一場革命性的變化。未來化學(xué)的發(fā)展方向不再是經(jīng)驗(yàn)化,也不再是純實(shí)驗(yàn)科學(xué),而是兩者的有機(jī)結(jié)合,在理論的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)中不斷地完善理論。

微型實(shí)驗(yàn)是近20年發(fā)展較快的新的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?就是以盡可能少的化學(xué)試劑在微型化學(xué)儀器裝置中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來獲取所需化學(xué)信息的實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)。其試劑用量是常規(guī)實(shí)驗(yàn)用量的十分之一至千分之一。在初中化學(xué)教學(xué)中,采用微型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究,既能發(fā)展學(xué)生的思維,培養(yǎng)學(xué)生動手操作和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力,也能全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。筆者就這一方面,結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)和做法略談一二。

一、利用微型實(shí)驗(yàn)調(diào)動學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲

興趣是最好的教師,化學(xué)實(shí)驗(yàn)是激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的最佳途徑。每學(xué)年開始,第一堂課可以是生動活潑、妙趣橫生的“化學(xué)游戲”課。本人首先向同學(xué)們展示各屆同學(xué)制作的小巧玲瓏、精美可愛的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器“珍品”；再利用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器和常規(guī)儀器,師生同臺表演的化學(xué)趣味實(shí)驗(yàn)和小魔術(shù),像“仙紙顯靈”、“水火相容”、“魔棒點(diǎn)燈”、“清水變牛奶”、“星星點(diǎn)燈”、“點(diǎn)石成金”等……學(xué)生被這些神秘莫測的奇妙現(xiàn)象深深吸引,好像進(jìn)入了一個(gè)神話世界,如醉如癡：真沒想到,用身邊的廢舊物品制出的這些“小東西”竟有如此的魔力。游戲會雖然落下帷幕,但學(xué)習(xí)化學(xué)的心靈已經(jīng)打開,他們恨不得立即找來一些廢棄的物品,制作幾件“小東西”顯示一下自己的威力。學(xué)生深深地感到：化學(xué)并不遙遠(yuǎn),就在我們身邊。

二、利用微型實(shí)驗(yàn)探究發(fā)展思維，提高學(xué)生創(chuàng)新意識

傳統(tǒng)的課堂演示實(shí)驗(yàn),很多學(xué)生既看不清楚,也說不明白,只是“聽”實(shí)驗(yàn)。由于老師的“代勞”,不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。微型實(shí)驗(yàn)探究改變了“一人做、大家看”的局面,使絕大多數(shù)學(xué)生都有動手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會,使“被動等待”的學(xué)習(xí)方式,變?yōu)椤爸鲃犹骄俊钡膶W(xué)習(xí)模式。讓學(xué)生在課堂上手腦并用,不僅增強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識,有利于對新知識的理解、記憶,而且發(fā)展學(xué)生思維,開拓學(xué)生視野,提高了創(chuàng)新意識。

如利用雙氧水和二氧化錳混合制取氧氣時(shí),一位同學(xué)不小心將雙氧水滴在地上,發(fā)現(xiàn)有大量的氣泡產(chǎn)生,提出“尋找催化劑分解雙氧水”的課題。同學(xué)們紛紛響應(yīng),積極行動起來,利用廢棄的塑料眼藥水瓶（內(nèi)吸雙氧水)和青霉素瓶為儀器,四處尋找催化劑。在興趣小組總結(jié)會上,同學(xué)們踴躍發(fā)言,并用實(shí)驗(yàn)證明自己的想法,既活躍了課堂氣氛,又形成了科學(xué)的探究方法。現(xiàn)將部分同學(xué)的探究結(jié)果匯報(bào)如下：

李華同學(xué)應(yīng)用點(diǎn)滴板和塑料眼藥水瓶（內(nèi)吸雙氧水)找出多種催化分解雙氧水的物質(zhì)。

張明明同學(xué)說：去年我患牙痛病時(shí),醫(yī)生讓我喝少量的雙氧水消毒,結(jié)果口腔內(nèi)充滿了氣泡。口腔內(nèi)什么物質(zhì)使雙氧水分解呢？我請教醫(yī)生知道：血液中的組織酶與雙氧水相遇時(shí),使其分解產(chǎn)生氧氣,氧化細(xì)菌體內(nèi)活性基團(tuán)而發(fā)揮殺菌作用。人體內(nèi)的組織酶——過氧化氫酶也是其分解的催化劑。

帥磊同學(xué)說：既然人體內(nèi)的組織酶能分解雙氧水的分解,動物體內(nèi)是否含有過氧化氫酶呢？我們用動物內(nèi)臟——豬肝來檢驗(yàn)一下吧！（設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程)（通過實(shí)驗(yàn)可得出結(jié)論：豬肝也可作其分解的催化劑)。

葛天懌同學(xué)說：我上網(wǎng)查閱材料知道硫酸銅溶液、氯化鐵溶液也能催化分解雙氧水,我們能不能驗(yàn)證哪個(gè)催化效果更好一些呢？……

三、利用微型實(shí)驗(yàn)探究積極參與，提高動手操作意識

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不是靠學(xué)生大量的實(shí)驗(yàn)操作（表象)去體驗(yàn),去掌握,去思維,而是由老師演示,學(xué)生記憶,生搬硬套去應(yīng)用。學(xué)生不做實(shí)驗(yàn),更談不上動手能力的培養(yǎng)。而微型實(shí)驗(yàn)探究可使每個(gè)學(xué)生都可在教師的指導(dǎo)下,按照自已的意愿去獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn),提高動手操作意識,培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

在學(xué)生熟悉了化學(xué)儀器和化學(xué)基本操作后,筆者曾放手發(fā)動學(xué)生,引導(dǎo)鼓勵(lì)他們利用生活中的廢棄物開展小制作、小探究活動。如利用廢舊的塑料眼藥水瓶、塑料吸管（或耗完油的圓珠筆芯)制成多用滴管；利用草珊瑚含片的透明真空硬塑板制成微型井穴板；利用小號具支試管、塑料眼藥水瓶、塑料吸管、小號離心試管等制成一套試驗(yàn)白磷與氧氣反應(yīng)的裝置；利用裝青霉素的小藥瓶、塑料眼藥水瓶、塑料吸管、裝新簧片的小藥瓶等制成一套制取二氧化碳的實(shí)驗(yàn)裝置；利用音樂賀卡制作測試物質(zhì)導(dǎo)電的實(shí)驗(yàn)裝置,還把它制成使用方便的“導(dǎo)電筆”。學(xué)生制作的這些儀器,雖然粗糙了一些,但能避免常規(guī)玻璃儀器的一些弱點(diǎn),即使碰打也不易破損。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)微型儀器制作齊全后,再適當(dāng)?shù)嘏浣o學(xué)生各種藥品,讓其裝進(jìn)各自的微型實(shí)驗(yàn)箱中。在空余時(shí)間內(nèi),甚至在家中都可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,增強(qiáng)了學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會,提高了學(xué)生設(shè)計(jì)、鑒賞能力和創(chuàng)新精神,又充實(shí)豐富了學(xué)生活動課的內(nèi)容。

四、利用微型實(shí)驗(yàn)探究凸顯實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提高勤儉節(jié)約意識

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)不是常規(guī)實(shí)驗(yàn)的縮減或減量,也不是對常規(guī)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充,更不是與常規(guī)實(shí)驗(yàn)的對立,而是在微型化的條件下對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與探索,達(dá)到以盡可能少的試劑來獲取盡可能多的實(shí)驗(yàn)信息。具有實(shí)驗(yàn)藥品用量少,反應(yīng)產(chǎn)物少,實(shí)驗(yàn)中不會造成危險(xiǎn),使用儀器簡單、反應(yīng)速率快、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯等特點(diǎn),既節(jié)省了時(shí)間、提高了效率,又能精確獲取實(shí)驗(yàn)中的信息,更能提高學(xué)生勤儉節(jié)約的意識。下面是近幾年來,筆者指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)的幾組微型實(shí)驗(yàn)探究化學(xué)知識的圖示。

五、利用微型實(shí)驗(yàn)探究減少污染，提高學(xué)生環(huán)保意識

綠色化學(xué)又稱環(huán)境無害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)或清潔化學(xué),通俗來說就是無污染的化學(xué),其根本就是杜絕污染源,實(shí)現(xiàn)零排放和零污染。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常常會產(chǎn)生一些物質(zhì)污染實(shí)驗(yàn)環(huán)境,影響師生的身心健康。而利用微型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究時(shí),試劑用量少,儀器微型化,反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的廢氣、廢液、廢棄物質(zhì)的量就少,而且尾氣、廢液等吸收和處理也較容易。特別是有機(jī)實(shí)驗(yàn)中易燃、易爆、有毒物質(zhì)特別多,利用微型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究,可大大降低實(shí)驗(yàn)時(shí)燃燒、爆炸、中毒的危險(xiǎn),確保人身和實(shí)驗(yàn)的安全,而且能大大地減少了化學(xué)實(shí)驗(yàn)對整個(gè)周圍環(huán)境的污染,提高學(xué)生的環(huán)保意識。

如濃硝酸與銅的實(shí)驗(yàn)中,由于產(chǎn)生較多的劇毒氣體NO2無法消除而嚴(yán)重地污染環(huán)境。通過下圖甲組的四個(gè)實(shí)驗(yàn)可將反應(yīng)中產(chǎn)生的NO2被限制在微型氣體發(fā)生器內(nèi),被NaOH溶液吸收,可從根本上解決了對環(huán)境的污染問題。再如探究燃燒的條件時(shí),由于白磷燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的白煙——五氧化二磷對空氣有污染,與水結(jié)合成生成偏磷酸,導(dǎo)致肺氣腫等疾病,用下圖乙組實(shí)驗(yàn)可有效控制污染物的排放,保護(hù)師生的健康。

［1］孟憲偉，李春香.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展及其意義［J］.生物磁學(xué)，2005，（3)

［2］宋廣治.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在課改中的實(shí)踐［J］.教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2004，（1)

［3］江桂斌.環(huán)境化學(xué)的回顧與展望［J］.化學(xué)通報(bào)，1999，（11)：14～15

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10.3969/j.issn.1008-0546.2011.04.031