中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究與教學(xué)實(shí)踐

劉峰

摘要實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，而微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是當(dāng)今化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展的主要趨勢(shì)。本文通過分析當(dāng)今常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在的諸多弊端和微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的多方面的優(yōu)勢(shì)總結(jié)出在中學(xué)推行微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的必要性，并從宣傳、提高、協(xié)作交流幾個(gè)方面給出了開展中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的有效途徑，結(jié)合幾個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的案例及其在課堂上的教學(xué)效果，說明了微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在中學(xué)開展的可行性。

關(guān)鍵詞中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)實(shí)驗(yàn)促進(jìn)了化學(xué)科學(xué)的形成和發(fā)展。中學(xué)化學(xué)教學(xué)中所包含的教學(xué)實(shí)驗(yàn)雖然與科學(xué)研究所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)有所不同，但它們?cè)趯?shí)驗(yàn)中的認(rèn)識(shí)過程本質(zhì)是相同的。

但是，由于各方面的原因，我國(guó)的基礎(chǔ)化學(xué)教育始終存在著重理論，輕實(shí)驗(yàn)，重知識(shí)的積累，輕能力的培養(yǎng)等現(xiàn)象。受高考的影響，中學(xué)化學(xué)教育仍普遍以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為主，而傳統(tǒng)的常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)不能適應(yīng)于新的課程理念的要求“通過以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的過程，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，強(qiáng)化科學(xué)探究的意識(shí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。”

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有采用微型化的實(shí)驗(yàn)儀器裝置和使用盡可能少的試劑這兩個(gè)主要特征，因此微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有節(jié)約藥品，節(jié)省時(shí)間，反應(yīng)時(shí)間短，現(xiàn)象明顯，便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，且兼具良好的教學(xué)效果和教育功能。

1 在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中研究和推廣微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的意義

1.1 傳統(tǒng)的常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的諸多弊端

（1）常規(guī)實(shí)驗(yàn)以演示實(shí)驗(yàn)為主，造成學(xué)生的動(dòng)手能力差。我國(guó)傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式以演示實(shí)驗(yàn)為主，約占實(shí)驗(yàn)總數(shù)量的80%以上，一般都是老師演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后記結(jié)論。極少有同學(xué)會(huì)主動(dòng)動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)的現(xiàn)象通常是一人做、大家看。長(zhǎng)久下來，大多數(shù)學(xué)生都養(yǎng)成了懶動(dòng)手，害怕動(dòng)手的壞習(xí)慣，更遑論培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，科學(xué)態(tài)度，科學(xué)方法了。

（2）常規(guī)實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占的比例過大，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。不論是演示實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，基本上都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。教師的演示實(shí)驗(yàn)也大多是按照課本或?qū)嶒?yàn)冊(cè)上的實(shí)驗(yàn)步驟，按部就班地進(jìn)行試驗(yàn)，程序化過于嚴(yán)重，只是單純的驗(yàn)證所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，并不能引發(fā)學(xué)生去思考、創(chuàng)新。就算是學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，也常常是教師做過演示實(shí)驗(yàn)之后，學(xué)生進(jìn)行模仿、重復(fù)，或是教師進(jìn)行有關(guān)的知識(shí)點(diǎn)講解之后，學(xué)生拿著寫有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)原理，操作步驟以及注意事項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，做實(shí)驗(yàn)也只是流于形式，完全體現(xiàn)不了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能。

（3）常規(guī)實(shí)驗(yàn)的藥品用量大，不利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，常常涉及到三廢的處理，而常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)由于儀器設(shè)備的體積較大，所需試劑量較大，因此產(chǎn)生的廢氣廢液的量較多。且三廢的處理一直是常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的薄弱區(qū)。這樣就不僅造成了藥品的浪費(fèi)，也造成了環(huán)境的污染。學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間接受著這樣的實(shí)驗(yàn)課程教育，它本身就在進(jìn)行著環(huán)境的破壞，根本就不存在對(duì)環(huán)保意識(shí)的培養(yǎng)。

1.2 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有良好的教學(xué)功能和教學(xué)效果

（1）有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)還能夠密切化學(xué)與生活之間的聯(lián)系，進(jìn)行微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)所需要的儀器和藥品有很多都能夠從日常生活中找到代用品，如：酒精燈可用青霉素藥瓶做燈體，試管可用無(wú)色小藥瓶代替，導(dǎo)管可用廢圓珠筆芯、輸液管代替；碳酸鈣可用雞蛋殼代替，剪下石棉網(wǎng)的一段，刮去油漆即可用于鐵絲在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)等。微型實(shí)驗(yàn)儀器價(jià)廉，學(xué)生可人手一套，且安全性高。

（2）有利于學(xué)生創(chuàng)造思維的發(fā)展。基于微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行У丶ぐl(fā)學(xué)生的好奇心，使學(xué)生對(duì)化學(xué)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣，能夠一改往常老師在做常規(guī)實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生無(wú)動(dòng)于衷的現(xiàn)象。利用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以完全掌握實(shí)驗(yàn)的主導(dǎo)性，通過手、眼、腦并用，牢固地掌握化學(xué)知識(shí)，重新認(rèn)識(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及方法。

（3）有利于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。對(duì)于剛剛接觸化學(xué)的初學(xué)者來說，首先需要通過觀察來積累對(duì)物質(zhì)的感性認(rèn)識(shí)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是在微型化的儀器中進(jìn)行的，需要的藥品非常少，僅為常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)藥品用量的十分之一至千分之一，因此大大縮短了化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的時(shí)間，這樣就需要學(xué)生有更高的觀察能力和高度集中的注意力。

（4）有利于人文教育。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)因其儀器精巧美觀有利于促進(jìn)學(xué)生審美觀念的形成。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一部分，它是嚴(yán)格按照綠色化學(xué)思想設(shè)計(jì)實(shí)施的，它并不是對(duì)常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單微縮，它在“三廢”的處理，藥品的回收利用方面做得很好，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是影響學(xué)生環(huán)保意識(shí)的重要手段。

2 開展中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效途徑

2.1 做好對(duì)國(guó)內(nèi)外微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展的宣傳，加強(qiáng)認(rèn)識(shí)

自1990年以來，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)一直是ICCE的熱點(diǎn)話題。我國(guó)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究開始于1988年，1989年我國(guó)高等學(xué)校化學(xué)教育研究中心把微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)課題列入科研計(jì)劃，由華東師范大學(xué)和杭州師范學(xué)院首先成立微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究課題組。經(jīng)過努力，一些學(xué)校成功開發(fā)出了30多個(gè)部件的儀器實(shí)驗(yàn)小箱以及40多種初中微型實(shí)驗(yàn)箱，舉辦了多場(chǎng)研討會(huì)，出版了論文集《微型實(shí)驗(yàn)》和《師范教育研究文集》等。也有許多論文在《化學(xué)教學(xué)》、《化學(xué)教育》、《化學(xué)通報(bào)》上發(fā)表。

2.2 加強(qiáng)對(duì)中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與研究

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化，不單單是指儀器的微型化，試劑的微量化，它更注重的是利用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入的認(rèn)識(shí)和研究，進(jìn)而獲得更多的化學(xué)信息。用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)替代常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，由于儀器與試劑用量的變化通常會(huì)引起試劑濃度，反應(yīng)條件的變化，因此并不能完全按照常規(guī)實(shí)驗(yàn)的條件和方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，更要在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)考慮到實(shí)驗(yàn)的可操作性。

2.3 加強(qiáng)對(duì)中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的研究與開發(fā)

微型儀器的生產(chǎn)應(yīng)有微型、新穎、美觀、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、配套、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，且應(yīng)同時(shí)具有組裝靈活，封閉性好等優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)廠家應(yīng)及時(shí)與一線教育工作者聯(lián)系，了解實(shí)驗(yàn)儀器的使用情況，及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。一線教育工作者更應(yīng)該在儀器的選用，組裝方面多做研究，尋求最佳效果，也可以從日常生活中選用合適物品代替某些儀器，密切化學(xué)與生活的聯(lián)系，這樣更能提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

2.4 促進(jìn)化學(xué)教育工作者之間的合作交流，全面提高

可以通過創(chuàng)建中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究協(xié)作網(wǎng)，定期舉辦中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研討會(huì)，創(chuàng)建中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)專欄主頁(yè)和網(wǎng)站等途徑，加強(qiáng)各地研究人員，教師，學(xué)生之間的交流、合作。特別是相關(guān)的網(wǎng)站的建立，能大大地幫助有志于中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究與應(yīng)用的中學(xué)化學(xué)教育工作者更方便，更有效地查找相關(guān)資料。

3 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)

3.1 中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思維方法

在進(jìn)行微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)前，首先要先掌握該項(xiàng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)所遵循的反應(yīng)原理，參加反應(yīng)的各種物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)，然后猜想，在什么樣的化學(xué)條件下，可能會(huì)產(chǎn)生什么樣的化學(xué)反應(yīng)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。例如，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)裝置來進(jìn)行噴泉實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)該明確以下幾個(gè)方面的問題：（1）噴泉實(shí)驗(yàn)是利用某種氣體極易溶于某種溶劑，從而引起盛裝該種氣體的器皿內(nèi)的壓強(qiáng)驟減，外界大氣壓大于瓶?jī)?nèi)大氣壓的原理制成的，水可作為溶劑物質(zhì)的首選，所以就可從極易溶于水的多種氣體中選擇一種相對(duì)容易制備且水溶性較大的氣體，一般選擇氨氣。（2）若選擇的氣體為氨氣時(shí)，可以利用氨氣溶于水后，溶液顯堿性，能夠使指示劑變色的特點(diǎn)做出彩色的噴泉。（3）設(shè)計(jì)時(shí)，可充分利用氣體的體積（壓強(qiáng)）因外界溫度的改變會(huì)產(chǎn)生很大的變化這一特點(diǎn)。

3.2 分子的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)對(duì)探究分子總是在不斷運(yùn)動(dòng)著的這一性質(zhì)時(shí)，所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是這樣的：向盛有約40mL蒸餾水的燒杯中加入5~6滴的酚酞溶液，攪拌均勻，觀察其溶液的顏色。然后將燒杯中的酚酞溶液分別倒入A、B兩個(gè)大小均勻的小燒杯中，另外取一個(gè)小燒杯C，加入約5mL的濃氨水。用一個(gè)大燒杯罩住A、C兩個(gè)小燒杯，B燒杯放在大燒杯外面，然后觀察現(xiàn)象。經(jīng)過幾分鐘后發(fā)現(xiàn)A燒杯中的溶液變紅，而B燒杯中的溶液不變色。

此探究實(shí)驗(yàn)需要用到4個(gè)燒杯，不易開展學(xué)生實(shí)驗(yàn)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)為將A、B、C三個(gè)小燒杯改為載玻片或是玻璃片，在載玻片上分別滴上一滴相應(yīng)的溶液，然后用小燒杯罩住A、B兩載玻片，可以很快地發(fā)現(xiàn)A載玻片上的酚酞液滴變成紅色，而B載玻片上的液滴不變色。這樣設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼蟠蟮毓?jié)省實(shí)驗(yàn)試劑，并能縮短反應(yīng)時(shí)間。

3.3 氧氣的制取及其性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)中對(duì)用加熱氯酸鉀制取氧氣的實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)為：把少量氯酸鉀和二氧化錳按照質(zhì)量比3:1混合，混合均勻后將其平鋪于試管底部，用帶有導(dǎo)管的塞子塞緊試管，然后對(duì)試管底部進(jìn)行加熱，用向下排水法收集氧氣，后用帶火星的木條，鐵絲等進(jìn)行氧氣的性質(zhì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

改進(jìn)后的試驗(yàn)為：取一干燥潔凈短試管放入大約1.0g氯酸鉀和少量二氧化錳的混合物，用帶有尖嘴管的橡膠塞塞住試管口，放在酒精燈上加熱，然后將帶有火星的木條放在尖嘴口處，木條復(fù)燃；從廢舊的石棉網(wǎng)上剪下一條細(xì)長(zhǎng)的鐵絲，刮去表面油漆涂層，在火柴棍上纏上4~5圈鐵絲，在酒精燈上點(diǎn)燃火柴棍，燒到近鐵絲時(shí)將其放在尖嘴管處，可觀察到鐵絲燃燒起來了，火星四射（做此實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離反應(yīng)裝置）。

4 結(jié)論

微型實(shí)驗(yàn)作為一種實(shí)驗(yàn)方法有很多的優(yōu)點(diǎn)，但它在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的推廣應(yīng)用仍存在困難之處。微型實(shí)驗(yàn)儀器本身精致小巧，操作靈活自由，較忽略操作的規(guī)范性且在攪拌、抽濾、分液、萃取、控溫加熱等操作上難度較大，不適合低年級(jí)的學(xué)生；微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)大大節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝，不易觀察，不適于進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)；學(xué)生的實(shí)驗(yàn)水平相差較大，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)不易組織管理。我們應(yīng)該采取常規(guī)實(shí)驗(yàn)與微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，在常規(guī)實(shí)驗(yàn)中訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)規(guī)范操作能力，利用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)、創(chuàng)新思維能力。

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