綠色化學理念下的高職化學微型實驗探索

陳樹貞 喻秀蓮

摘 要：實驗是重要的化學教學與學習形式，與常規化學實驗相比，微型實驗簡便、低成本和無污染等優勢完全符合綠色化學理念。文章基于高職化學微型實驗基礎理論，結合實際案例闡述了綠色化學理念下的化學微型實驗的具體操作方法，提出了微型實驗在教學、探索與實驗三方面所具有的實際價值。

關鍵詞：綠色化學;高職化學;微型實驗;教學方法

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 收稿日期：2020-11-23 文章編號：1674-120X（2020）36-0089-02

化學學科揭示了很多宏觀與微觀層面的事物變化過程與變化規律，只依靠教材顯然不能讓學生達到理想的學習效果，借助實驗才是高職化學課堂改革的可行之路。由于化學教學實驗的持續革新需求，及人們對綠色化學理念的急切訴求，微型實驗的價值日漸突顯。本文將在綠色化學理念的指引下對高職化學微型實驗的具體操作進行理論與實踐探索。

一、對微型實驗的認知

化學學科中的微型實驗來源于對化學實驗方法的變革需求，在20世紀80年代有機化學領域相關實驗中被首先提及。1984年的美國化學年會上，第一次提出了微型實驗的概念，不久之后，美國化學教育雜志對此做了系統性表述。1988年，我國的浙江省杭州師范學院第一次將微型化學概念引入國內，逐步為國內同仁與一線教育工作者所知曉。

微型實驗是就其規模而言的，但與微量化學實驗又是完全不同的概念，應當避免二者混淆。簡單地說，微量化學實驗側重于化學試劑的數量之微，而微型化學實驗力爭用較少的試劑取得理想的實驗效果，其實驗過程、實驗方法、實驗人數、實驗時間等都可以從“微”處著眼，具有省試劑、少污染以及安全、快捷等特點，正被越來越多的高職化學教師所青睞，因此具有更大的結合綠色化學理念的可能性。

二、高職化學微型實驗過程案例分析

微型實驗雖然要求只使用少量試劑卻可以顯現出同常規試劑用量相同、甚至效果更明顯的現象，從而便于對實驗原理進行分析，對實驗技術進行驗證。為此，要有與之相配合的微型儀器作為輔助，才能讓實驗的“微型化”理想成為可能。高職化學領域常見的微型儀器包括點滴板、微型試管和微型燒杯等，這些微型儀器如果只來源于“定做”的渠道是不可能的，因此需要教師從現實生活出發，把一些有價值的物品引入課堂或進行一定程度的改造，作為微型儀器。如醫院里的注射器在醫療領域應用極廣，便可以將其作為實驗中“微型儀器”的替代品，從而在相當多的微型實驗中發揮重要的作用，除具有實驗現象明顯的優點以外，還可以規避一些常規實驗所受到的干擾。如可將改造過的注射器用于取用液體，從而取代分液漏斗，或者通過抽動針筒活塞的方式對裝置氣密性進行檢查等，其效果都非常不錯。下文以注射器的應用為例，對高職科教專業的《普通化學》教材中所涉及的幾個重要實驗案例進行分析。

案例一：鈉和水的反應實驗。

關于這個實驗，一般教材所普遍認可的方法是：向一只盛水的燒杯內，滴加數滴酚酞溶液（一般酚酞溶液250毫升以上），接下來把綠豆大小的金屬鈉投入燒杯中，觀察實驗現象。如果基于綠色理念對實驗進行探索改進，突出微型實驗的“微”字，便可發揮出改進版的微型注射器的優勢：將五分之一綠豆大小、已經吸干表面煤油的金屬鈉材料置于容量為50mL的塑料注射器之內，接下來多次擠壓注射器活塞，使鈉以“被壓扁”的狀態存在于注射器內，盡量避免其中的空氣干擾，再抽取10mL水溶液（事先滴入酚酞）進入注射器內，便可以較清晰地看到活塞被推動的現象，而注射器內的溶液也有了明顯的顏色改變。待反應結束之后，使注射器針頭朝向酒精燈火焰，并緩慢推動活塞，直到有爆鳴聲出現。

該微型實驗的關鍵點在于：所取鈉塊、酚酞水溶液應當符合“微”的原則，這樣可防止由于鈉塊過大出現劇烈反應，注射器活塞沖出的問題，從而得以順利觀察到明顯的實驗現象，分析實驗結果得到結論。由此可見，該微型實驗既驗證了鈉與水反應生成氫氣，又大大減少了反應物質的耗費，體現了綠色化學理念，培養了學生的科學態度與社會責任兼具的化學核心素養。

案例二：氯氣性質實驗。

學生分組做實驗對氯氣性質進行驗證是常規的做法，同樣可以改進實驗，引入注射器，顯現出實驗的微型化效果。

具體實驗操作如下：實驗者可以在兩根玻璃棒上分別粘貼濕潤的紅紙與淀粉碘化鉀試紙（可用雙面膠），并把其置于單孔橡膠塞之內，接下來把玻璃棒插入事先放了高錳酸鉀晶體的試管底部。然后，在橡膠塞上分別插兩個針頭，其中一個針頭連接已抽取了濃鹽酸的注射器，另一個針頭連接已抽取了氫氧化鈉的注射器，并順次完成濃鹽酸注入試管、等待完全反應、氫氧化鈉注入試管幾個步驟。如此，在綠色化學理念的指引下改造實驗裝置，利用一次實驗便能夠全面觀察到濕潤的紅紙褪色和濕潤的淀粉碘化鉀試紙變色兩種現象，且保證尾氣處理的便捷度。

案例三：銅與稀硝酸反應實驗。

常規的銅與稀硝酸反應實驗，一般是把銅片放在試管底部，再加入稀硝酸，然后讓生成的氣體通入集氣瓶得以收集。

當引入微型實驗的概念之后，可作如下改進：將兩小塊銅塊置于干燥管之內，并在粗口端插入玻璃導管，再以單孔橡膠塞塞緊，將導管的另一端同橡膠管（帶止水夾）相連，把細口端插入燒杯之內（燒杯內有稀硝酸），與此同時，橡膠管同注射器相連，然后在打開止水夾的情況下拉動注射器。當稀硝酸在干燥管內充滿之后，完成關止水夾與拔注射器的動作。這樣改造后的實驗能夠便于將無色氣體排出干燥管內。而接下來將注射器同橡膠管相連，并在打開止水夾的情況下抽取干燥管內氣體等操作后，又可以使實驗者看到氣體自無色轉變為紅棕色等，得以順利完成實驗。

需要說明：用注射器對稀硝酸進行抽取，目的在于取得真空狀態，防止實驗裝置中的空氣對實驗產物及驗證結果產生不利影響。 而注射器的合理應用，恰好可以滿足取得真空狀態的理想要求，還可以有效防止一氧化氮泄露造成的空氣污染等問題，將綠色化理念淋漓盡致地體現出來。

三、綠色化學理念下的高職化學微型實驗的價值說明

通過上面三個案例，可以見得高職化學微型實驗與綠色化學理念的高度契合性，同時展現出其無與倫比的價值：

（一）教學價值

高職化學課堂對培養學生的實驗設計能力、觀察能力、操作能力和創新能力等一直比較關注，然而常規實驗步驟之煩瑣，操作之嚴格，對實驗指導工作的順利進行造成影響。此時，以綠色化學理念為依托的微型實驗恰恰可以使這一不利局面得到化解，讓化學實驗教學效果的提升成為可能。具體來說，以“微型化”為理念的實驗，一般在器械和試劑的使用上既簡便又安全，在實驗現象和實驗效果上既明顯又直觀，教師和學生對某項實驗內容進行研究時，可以使大家都有實踐操作的機會，甚至達到人手配備一套實驗儀器的狀態，這樣學生便可以邊聽講解、邊完成操作，從根本上解決實驗儀器不足、實踐操作等能力不過關等問題。例如，在涉及對氫氧燃料電池的研究時，如果采取常規實驗策略，不但器材難得，而且失敗的可能性很大，而若引入綠色理念下的微型實驗策略，師生可以將六孔井穴板、滴管、帶玻璃管石墨電極的作用發揮出來，實現簡化實驗操作的目標。

（二）探索價值

在高職化學微型實驗支持下，學習者可有意識地從探究式學習中獲取實踐探究的靈感和機會。反觀傳統的高職化學灌輸式教學策略，教師取代學生進行思考、探究的情況比比皆是，長期如此，學生則會因為過于被動地接受知識，無法發揮出其學習潛能，探索能力更將無法得到培養。與之相對比，綠色化學理念下的高職化學微型實驗之所以受到重視，正是因為其具有較強的探究性，該模式一方面可以調動學習者將被動學習的狀態變為主動學習的狀態，另一方面還會因為實驗的“微型化”“綠色化”，更積極地投入化學探究的氛圍中來，使自身以探究為核心的各項能力得到培養與提升，為其未來的深入學習奠定堅實的思維能力基礎。舉例而言，高職化學教師可以給學生提供規范化的指導，讓大家有機會親自動手操作，把堿溶液與葡萄糖置于亞甲基藍內，依序觀察溶液從藍色到無色再到藍色的過程。在整個過程中，高職學生可以在教師的指導下，分小組對實驗現象進行合作探究與思考，分析是什么原因導致上述種種反應的發生。總而言之，這種促化學實驗微型化的做法，對化學探究式學習的開展是非常有價值的，培養了學生的合作學習、自主探究的精神，從而培養了以科學探究和創新意識為核心的化學核心素養。

（三）實驗價值

綠色化學理念下高職化學微型實驗的價值還體現在對實驗本身的促進。在高職化學課程體系中，實驗的重要性非常突出，是化學教學中的一個非常重要的環節，而實驗對學生動手能力等的要求較高，教師必須勇于、善于摒除常規的教學策略，將綠色化學理念支持的微型化實驗方式引入其中，只有這樣才能保證學生接近實驗，從實驗設計、實驗儀器及試劑、實驗過程等多個角度感受到化學的魅力。因此師生可一起制作以微型實驗為目標的儀器或試劑，尋找實驗儀器的替代品，如通過改裝藥劑瓶當作微型酒精燈，將滴管當作反應器等，這些都能夠對學生的實驗起到較大的幫助作用，讓學生的實驗思維得到合理延伸。而筆者在大量實驗實踐中發現：經常投入微型化學實驗探索中的學生，確實會在實驗認知、實驗能力等各個方面取得非常明顯的進步。

綠色化學理念強調了在對環境無害的前提下化學實驗存在和發展的方向。教學與實驗應突出綠色化學理念，這對學生形成自主探究意識、環境保護意識等均有很大益處。因此高職教師要從實驗的綠色化學理念和調整改進著手，在保證實驗操作規范化的前提下，極力避免化學實驗與環境保護間產生矛盾。化學微型實驗的應用，正可以滿足這一要求，本文在進行了大量的案例分析后，總結了綠色化學理念下的高職化學微型實驗在教學、探索與實驗等三個方面的重要價值，希望可以使教學效果與綠色化學理念共同進步。

參考文獻：

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