微型化學實驗的應用

吳秀東

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。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，但其效果卻可以達到準確、明顯、安全、方便和防止環境污染等目的。從微型化學實驗的特點來看，是以盡可能少的試劑來獲得盡可能多的化學信息，以達到經濟、有效、安全的目的。微型化學實驗的推廣應用已受到國內外化學界的廣泛關注。我國的一些中學和高校也積極開展了微型化學實驗的應用與研究，并取得了一定的成果。實踐證明微型化學實驗對發展學生獨立思維，培養學生的動手能力和實驗的創新能力，促進化學教學質量和學生素質的全面提高起著積極的作用。

一、利用微型化學實驗，可以培養學生學習化學的興趣

開展微型化學實驗，為學生開展課余實驗或開展研究型學習提供了一個載體。開展家庭小實驗有助于把課程內容與學生生活以及現代社會科技發展聯系起來，擴充學校教育資源，使學生形成積極主動的學習態度，變 “要我學”為“我要學”。例如，在學習蛋白質一節前，先安排幾個家庭小實驗，把雞蛋清與水分離，對真絲與人造絲進行鑒別，這些實驗簡單易行，成功率高，學生都能獨立完成，為后面課堂上的交流、討論作鋪墊。結合生活中的實際，探究我們自己家中的實驗是不是加碘食鹽，鐵制品在什么情況下更容易生銹，在探究中使學生產生了濃厚興趣，通過親手做實驗，可以幫助學生理解和形成化學概念，可以培養學生觀察烈的能力和實驗能力，極大地培養了學生學習化學的興趣，隨之產生強求知欲，并使之持之以恒。

二、利用為化學實驗，可以培養學生的創新思維

從常量化學實驗到微型化學實驗，并不是簡單地用小試管代替大試管，而是對實驗裝置的重新設計，對實驗原理的重新選擇，對實驗操作過程的改進創新。在廢舊注射器的針筒中先放入少量二氧化錳，再吸取少量雙氧水，制得的氧氣就收集在針筒中，不僅氧氣利用率高、純度高，而且取用方便，可通過推動活塞桿形成氧氣流隨意進行相關實驗。這種方法也可以用于制取氫氣、氯氣、二氧化碳等氣體。另外，微型化學實驗準備、操作、反應所需時間都明顯少于常量化學實驗，能更好地把學生注意力吸引到實驗觀察上來。例如，鎂條與水的反應，常規化學實驗耗時長，現象不明顯，改用濕潤的PH試紙壓在除去氧化膜的鎂條上，鎂條就立即在濕潤的PH試紙上留下藍色印記。在銅和稀硫酸的反應中，利用注射器代替試管進行實驗，取一支10mL的注射器，抽出活塞，在針筒內裝入0.04g銅屑，推上活塞并吸入0.1mL的稀硝酸，觀察現象，等反應完畢后將注射器中液體小心排入廢液瓶中，向無色氣體針筒內吸入空氣，可看到無色氣體變成紅棕色。改進后的裝置是一個封閉的微型化體系，易于操作和對比觀察，效果明顯。在由常量化學實驗到微型化學實驗的演變中，使學生體會到如何利用化學基本原理來重新設計和組合各種儀器的裝置，這個靈活應用知識的過程，有效地提高了學生的創新意識和創造能力。

現行的化學實驗多為驗證性實驗，學生不做實驗就已經知道實驗結果，難以達到預期的實驗教學目標。利用微型化學實驗將一些驗證性實驗改為探究實驗，通過實驗探究，培養學生的創新精神，體現創新的水平。探究性實驗根據掌握的知識對物質的性質進行探討研究，設計實驗。學生可能設計出不同的微型實驗的設計方案，實驗的設計過程充分顯示了學生的創造才能，啟發了創新思維，同時，教師還可以讓學生對各個實驗方案加以講座使同學們相互了解不同的創新的思維，學生在相互討論中能夠激發創新意識，發揮自己的創新思維，拓寬創新的空間，提高創新的能力。

三、利用微型化學實驗，可以改變學習方式，提高學生的探究學習能力

農村和偏遠山區教學條件差，實驗器材缺乏，實驗教學經常是“講實驗”、“背實驗”、“一人做大家看”。開展微型化學實驗，從生活中尋找儀器的代用品，使無條件學校的學生也能夠做實驗，開展探究性教學，提高學生的探究學習能力。

例如，常見的青霉素瓶在換血實驗中可作為反映容器，用于保存試劑；常見的注射器可用來取用試劑（液體或氣體都可以），也可充當反應容器，由于注射器上標有精確刻度。常見的肥皂盒可做微型水槽，常見的眼藥水瓶可以作簡易膠頭滴管等等，微型實驗比常規實驗也會變得更加安全可靠。例如，對于電解水的實驗，當改用微型試驗后，由于電解出來的氫氣和氧氣的量不多，多以，點燃后的爆鳴聲小而清脆，安全可靠，這對于學生來說，有利于克服實驗恐懼癥，有利于培養學生的探究學習能力。

微型實驗代替常規實驗，不是常規實驗的機械減量或縮微，因而不能完全照搬。一方面要加強對微型實驗的設計開發，另一方面對己開發出來的實驗設計進行修改和完善，對于那些不能代替的常規實驗，可試探性設計可行方案，通過實踐檢驗，使微型實驗更好地用于教學。那么，怎樣進行微型化學實驗教學模式的設計與應用呢？

首先，“自主、合作、探究”的微型實驗教學模式。該模式圍繞“自主、合作、探究”這個主題而展開。其教學原理是啟發動機，以實驗為載體，分組討論，實驗探究，分析報告，交流感受，實踐表明可以激活學生的創新思維，提高操作技能，培養探究精神。

其次，課內設計實驗與課外家庭實驗相結合的模式。課內學習與課外實踐相結合，是學習型社會的一個組成部分。學生在教師指導下，利用假期及課外時間在家就可以利用微型儀器開展課外活動，根據化學原理，設計實驗方案并進行比較，選擇最佳方案進行實驗，取得了良好的效果。

此外，微型實驗與常規實驗對比的實驗教學模式。在實驗教學中，學生分組實驗盡量使用微型儀器，效果良好，還大大節約藥品和時間，污染也大大減輕，儀器損壞率大大下降，極少發生水槽堵塞和損壞現象。但有些實驗不宜使用微型儀器。如要求大量發光放熱的劇烈化學演示實驗，例如鋁熱反應等，一般說演示實驗最好使用常規實驗。