微型實(shí)驗(yàn)

葉 杰

摘要:本文論述了開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的必要性,如激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力,增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識,培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、實(shí)踐和創(chuàng)新能力,同時也指出了微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的不足,提出了微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施和設(shè)計(jì)原則:即科學(xué)性、可行性、簡約性、安全性、創(chuàng)新性、實(shí)踐性原則。本文就微型實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用與開展作一論述。

關(guān)鍵詞:微型實(shí)驗(yàn);中學(xué)化學(xué);教學(xué)

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)(Microscale Chemical Experiment或Microscale Laboratory簡寫為ML)是20世紀(jì)80年代崛起的,國際上公認(rèn)的能體現(xiàn)綠色化學(xué)理念的一種化學(xué)實(shí)驗(yàn)的新技術(shù)和新方法。它是在微型化的儀器裝置中進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn),其兩個基本特征是:儀器微型化,試劑用量少。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)并不是常規(guī)實(shí)驗(yàn)的簡單縮微或減量,而是要在微型化條件下對實(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化學(xué)信息的目的。用于教學(xué)的微型實(shí)驗(yàn)還要有現(xiàn)象明顯、便于操作、效果優(yōu)良、成本低、易推廣的特點(diǎn)。本文就微型實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用與開展作一論述。

一、開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的必要性

1. 開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn),激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣

愛因斯坦說:“興趣是最好的老師?！蔽⑿蛯?shí)驗(yàn)儀器構(gòu)思巧妙、裝置新穎、外觀精美,它雖是實(shí)驗(yàn)用具卻像玩具。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn),改變了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求過于劃一的格局,采用同一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)幾種不同的原料或幾個不同的用量,由學(xué)生選做的方法。教師在教學(xué)過程中起設(shè)計(jì)、引導(dǎo)、疏導(dǎo)、誘導(dǎo)作用,啟發(fā)學(xué)生思維,充分發(fā)揮了學(xué)生的教學(xué)主體作用,使學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向主動學(xué)習(xí),由教學(xué)生學(xué)會轉(zhuǎn)到教學(xué)生會學(xué),充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。學(xué)習(xí)化學(xué)的目的是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)知識和科學(xué)方法分析和解決問題。在學(xué)了“分子的運(yùn)動”后,我給學(xué)生出了一道題“請你根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)簡易的實(shí)驗(yàn)證明分子在不停地運(yùn)動”?！霸谏砩喜烈稽c(diǎn)風(fēng)油精,走進(jìn)教室就行了”,學(xué)生輕而易舉地就解決了問題。

2. 開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn),增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識

長期以來,在常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,試劑用量大、污染物多,許多危害環(huán)境的反應(yīng)物未經(jīng)任何處理就排放到環(huán)境中。在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開展微型實(shí)驗(yàn),可以培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識,微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是綠色化學(xué)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù),它要求實(shí)驗(yàn)應(yīng)滿足5R原則:①Reduction(減少用量),②Reuse(回收使用),③Rejection(拒用危害品),④Recycling(循環(huán)使用),⑤Regeneration(再生使用)。因此,使用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù),可以將污染物的排放降至最低。

例如,氯氣的制取和性質(zhì)實(shí)驗(yàn):①在常規(guī)實(shí)驗(yàn)中,試劑用量大,產(chǎn)生的氯氣多,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)氯氣彌漫,對學(xué)生身體造成傷害。即便用排氣扇將氯氣排出室外,也會對環(huán)境造成污染。②在微型實(shí)驗(yàn)中,只要取一粒芝麻大小的高錳酸鉀晶體放入管壁粘有濕潤的碘化鉀—淀粉試紙的微型試管中,用多用滴管于晶體上滴加1～2滴濃鹽酸,再用浸潤了稀氫氧化鈉溶液的棉花團(tuán)蓋住試管口。片刻后,從試管側(cè)面可觀察到黃綠色氣體,碘化鉀—淀粉試紙呈現(xiàn)藍(lán)色圓斑。整個實(shí)驗(yàn)過程中沒有氯氣排放,對環(huán)境無任何不良影響,學(xué)生的身體健康也得到了保障。布置學(xué)生回家洗碗碟、洗衣服,然后交流怎樣洗得又干凈又節(jié)約水;對比著給幾盆花施肥,哪盆花兒長得更好。這些都會在學(xué)生的潛意識中培養(yǎng)環(huán)保的意識。經(jīng)過對微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)與常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的比較,學(xué)生會自然而然地養(yǎng)成環(huán)保理念,為他們在今后的工作中實(shí)施綠色化學(xué)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3. 開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生的動手能力

微型實(shí)驗(yàn)最顯著的特點(diǎn)就是實(shí)驗(yàn)儀器簡單、簡便,實(shí)驗(yàn)藥品需要量少,適宜學(xué)生獨(dú)立或合作完成?；瘜W(xué)課中的演示實(shí)驗(yàn)在整個化學(xué)實(shí)驗(yàn)中占有很大的比例,如果將演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生用微型儀器操作,就可以增加每位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)機(jī)會。凡是微型實(shí)驗(yàn)?zāi)懿僮鞯难菔緦?shí)驗(yàn),我們都可以放手讓學(xué)生去做,這樣既增加了學(xué)生的動手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?又提高了實(shí)驗(yàn)課的效益。

4. 開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力

從思維科學(xué)的角度來看,采用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行化學(xué)教學(xué),能促進(jìn)學(xué)生左右腦的協(xié)調(diào)發(fā)展,是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力、實(shí)施素質(zhì)教育的有效途徑。我們要將操作實(shí)驗(yàn)的主動權(quán)交給學(xué)生,全面提高學(xué)生素質(zhì),從培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的理念出發(fā),實(shí)施微型實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動,改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式。

如在進(jìn)行電解水微型實(shí)驗(yàn)后,有同學(xué)提出水中不加NaOH而改加其他電解質(zhì)會有何現(xiàn)象?我們進(jìn)行微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)。有同學(xué)用NaCl做電解質(zhì)發(fā)現(xiàn)會生成一種黃綠色刺激性氣體(原因是食鹽水配得較濃2Cl--2e=Cl2),且溶液呈堿性。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)提高了學(xué)生的動手率,激發(fā)了學(xué)生的好奇心和求知欲,而新穎的實(shí)驗(yàn)方式更培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散思維和輻射思維,使思維的敏感性、靈活性、獨(dú)創(chuàng)性得到加強(qiáng),進(jìn)而造就學(xué)生出眾的意志品質(zhì)和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。對強(qiáng)化素質(zhì)教育有積極作用,在教學(xué)中起到了良好效果。

二、微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的不足

但是任何事物都有其兩面性,微型實(shí)驗(yàn)也有不足之處,如某些實(shí)驗(yàn)操作(加熱、攪拌、過濾、萃取等)不太方便,難度較大,實(shí)驗(yàn)條件控制的精確度較低,定量實(shí)驗(yàn)的難度和誤差都較大,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可見范圍小,不適宜做演示實(shí)驗(yàn)等,較多忽視基本操作的規(guī)范性,較少考慮實(shí)驗(yàn)中有關(guān)的安全因素等。因此,微型實(shí)驗(yàn)雖然具有許多優(yōu)越性,但也并不是所有實(shí)驗(yàn)都可用之代替的。在教學(xué)中,應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、目的、現(xiàn)象和定量要求等進(jìn)行選擇,使常規(guī)實(shí)驗(yàn)和微型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,兩者取長補(bǔ)短,這樣可以發(fā)揮更好的教學(xué)效果。

三、微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施和設(shè)計(jì)原則

為了使微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的順利實(shí)施,要對該項(xiàng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)所涉及的一系列具體問題進(jìn)行認(rèn)真的分析和周密的思考,對化學(xué)實(shí)驗(yàn)的化學(xué)原理、對參加化學(xué)反應(yīng)的各種物質(zhì)的性質(zhì)要有較全面、較深入的了解和認(rèn)識。按照化學(xué)反應(yīng)原理,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)條件的控制、發(fā)生反應(yīng)時可能產(chǎn)生的變化,來預(yù)選實(shí)驗(yàn)方法和手段。甚至對選用儀器的規(guī)格、儀器的聯(lián)結(jié)安裝方式都要仔細(xì)考慮,然后確定實(shí)驗(yàn)操作的程序和步驟。概括起來,微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下基本原則:

1. 科學(xué)性原則

科學(xué)性原則是微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的首要原則。所謂科學(xué)性,首先是實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)操作程序和方法的正確性,即必須與化學(xué)理論知識和化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法相一致。其次是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要具有科學(xué)思想和科學(xué)方法的教育因素。如果在設(shè)計(jì)中缺乏科學(xué)態(tài)度和方法,往往稍有疏忽就會出現(xiàn)科學(xué)性錯誤。

2. 可行性原則

可行性是指設(shè)計(jì)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)時所運(yùn)用的實(shí)驗(yàn)原理和方法在實(shí)施中切實(shí)可行,所選用的實(shí)驗(yàn)藥品、儀器、設(shè)備和方法在現(xiàn)有條件下能夠得到滿足。

3. 簡約性原則

所謂簡約性是指要盡可能采用簡單的實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)裝置,用較少的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)藥品,在較短的時間內(nèi)來完成實(shí)驗(yàn)。更具體地說,就是裝置簡單、操作簡便、現(xiàn)象明顯、節(jié)約藥品、節(jié)約時間、安全可靠、不產(chǎn)生污染,使整個實(shí)驗(yàn)過程盡可能少受干擾,學(xué)生能將精力集中在操作、觀察和探究上。

4. 安全性原則

實(shí)驗(yàn)儀器裝置的取材要盡量簡易安全;藥品的使用盡可能不用危害品或減少用量、循環(huán)使用、回收利用、減少三廢、提高實(shí)驗(yàn)的安全程度;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)包括對有毒物質(zhì)進(jìn)行無害處理的設(shè)計(jì)操作。

5. 創(chuàng)新性原則

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不是對常規(guī)實(shí)驗(yàn)的簡單縮小,而是根據(jù)常規(guī)實(shí)驗(yàn)的目的、原理和要求進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)新。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中盡可能采用一些最新的科學(xué)知識和技能,運(yùn)用科學(xué)的方法和手段解決設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)顯示出一定的創(chuàng)造智慧和策略,要敢于標(biāo)新立異,具有新穎性。

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器融教具、學(xué)具、玩具于一體,開展微型實(shí)驗(yàn)不受時間、空間和場地的限制,在學(xué)校、在課外、在家庭隨時可做,是化學(xué)學(xué)科推進(jìn)素質(zhì)教育的有效手段。它提高了學(xué)生的動手率,激發(fā)了學(xué)生的好奇心和求知欲。新穎的實(shí)驗(yàn)方式更培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散思維和輻射思維,使學(xué)生思維的敏感性、靈活性和獨(dú)創(chuàng)性得到加強(qiáng)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開展,改變了目前教育中學(xué)生死記硬背、呆板被動的學(xué)習(xí)方式。學(xué)生興趣昂然地投入到微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)之中與被動地應(yīng)付考試形成強(qiáng)烈的反差,促使化學(xué)教學(xué)由以說教為主的“教師為中心”的模式向挖掘受教育者潛能的以“學(xué)生為主體”的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。國內(nèi)外實(shí)踐證明:廣泛開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn),有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力,有利于對學(xué)生進(jìn)行全面的化學(xué)素質(zhì)教育。總之,微小的力量也是巨大的,開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以全方位地提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì),是21世紀(jì)化學(xué)學(xué)科素質(zhì)教育的必由之路。

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(樂清市虹橋鎮(zhèn)第二中學(xué))