高中化學(xué)實驗的微型化研究

馮文萍

摘要：該文通過對中學(xué)化學(xué)實驗微型化研究的闡述與實踐，通過微型實驗和常量實驗的對比，明確化學(xué)實驗微型化的優(yōu)越性：藥品用量少(一般為常規(guī)量的1／10～1／1000)、儀器容量小、污染減少、操作簡單、方便省時、節(jié)約能源(70％左右)、實驗現(xiàn)象直觀明顯、實驗過程快速安全，并且也指出其儀囂不配套、實驗設(shè)計不足及產(chǎn)率低等局限性。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)實驗；微型化；實踐；優(yōu)越性；局限性

以教師演示實驗為主的化學(xué)實驗教學(xué)，已經(jīng)不能適應(yīng)新課程的要求?；瘜W(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，在中學(xué)化學(xué)實驗中，更應(yīng)注重對學(xué)生動手動腦能力的培養(yǎng)。如果把化學(xué)教材中的實驗改為以學(xué)生自擬實驗方案的啟發(fā)性、探索性為主的微型實驗(Microscale Laborato—ry，簡稱M.L.)。在教學(xué)中打破“照方抓藥”的傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ?，就能有針對性的解決這一問題，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識、資源意識、安全意識、創(chuàng)新意識。因此，要深入的進(jìn)行中學(xué)化學(xué)實驗微型化的研究，開發(fā)新型的化學(xué)實驗教學(xué)方法。

起源于20世紀(jì)80年代的微型化學(xué)實驗是國際公認(rèn)的一種在微型化的條件下進(jìn)行化學(xué)實驗的新技術(shù)和新方法。簡單地說，就是以盡可能少的藥品用量來獲取最有效的實驗信息，其特點是：藥品用量少(一般為常規(guī)量的1／10～1／1000)、儀器容量小、污染減少、操作簡單、方便省時、實驗現(xiàn)象直觀明顯、實驗過程快速安全等優(yōu)點，并以其良好的教學(xué)功能和教學(xué)效果，在化學(xué)實驗教學(xué)改革等領(lǐng)域扮演著重要的角色，引起世界各國化學(xué)界的高度重視。

一、微型化試驗的概括況

(一)什么是微型試驗

中學(xué)微型化學(xué)實驗就是把微型化學(xué)實驗的理念應(yīng)用于中學(xué)化學(xué)實驗中，其基本特征是：(1)儀器微型化。藥品用量少；(2)微型化學(xué)實驗不是常規(guī)化學(xué)實驗的簡單縮微或機械減量，而是在微型化的條件下對實驗重新設(shè)計與探索，達(dá)到以盡可能少的藥品來獲取盡可能多的、最為有效化學(xué)信息的目標(biāo)，是在微型化的條件下對常規(guī)化學(xué)實驗的創(chuàng)新性變革。

(二)常規(guī)化學(xué)實驗與微型化學(xué)實驗的比較

常規(guī)化學(xué)實驗課要求規(guī)范統(tǒng)一，往往是一堂實驗課，學(xué)生用一種方法做同一實驗，這種千人一面的實驗課抑制了學(xué)生的個性化和創(chuàng)造思維的發(fā)展，而微型實驗的實驗方法靈活多樣，可一種儀器多種功能。也可以一功能多儀器，學(xué)生有較大的自主發(fā)揮空間，學(xué)生人手一套微型實驗儀器，更能促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，學(xué)會自主地發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計實驗、觀察實驗，學(xué)會用學(xué)過的知識來解決問題或發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律。微型化學(xué)實驗在強化學(xué)生實驗技能和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識上有特殊的功效。

二、化學(xué)試驗微型化的實踐與探索

在實驗教學(xué)過程中，利用小試管、點滴板、多用滴管、井穴板等微型化的儀器，如高一的《氯、溴、碘的性質(zhì)氯離子的檢驗》、《同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變》、《濃硫酸的性質(zhì)硫酸根離子的檢驗》，高二的《鎂、鋁及其化合物的性質(zhì)》、《乙烯的制取和性質(zhì)》、《鐵及其化合物》、《化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)平衡》等實驗中均以12×70mm的小試管來代替常規(guī)試管，儀器成本低，而且一些儀器在日常生活中很易找到代用品，如青霉素藥瓶可以做試劑瓶、集氣瓶，一次性輸液器可做導(dǎo)氣管等，所以比常量儀器可節(jié)省成本費60％。左右。

微型儀器其反應(yīng)物用量以取得明顯的實驗現(xiàn)象為宗旨，可將試劑用量降低到最低限度，在達(dá)到理想的實驗效果的前提下，可比常量實驗少加80％左右，節(jié)約藥品費85％，左右。如在《乙烯的制取和性質(zhì)》的實驗中，改換反應(yīng)容器后使得乙醇與濃硫酸的混合液由課本上的18ml降為2~3ml；銅與濃硝酸反應(yīng)的實驗，可以用銅絲代替銅片，耗酸量少，試劑用量大大節(jié)省；再如《同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變》這一實驗中進(jìn)行如下微型實驗設(shè)計：(1)在1張濾紙的中心處，滴上1滴飽和NaBr溶液，待其潤濕之后，再滴上1滴氯水，濾紙呈現(xiàn)黃色的斑點：(2)在呈黃色的斑點處，再滴上1滴飽和NaI溶液，濾紙上的斑點顏色又變成淺褐色；(3)淺褐色的斑點處，再滴上1滴淀粉溶液，濾紙上的斑點再變?yōu)樗{(lán)色。以上實驗藥品的減量都增強了實驗效果。因此，在保證獲取最有效實驗信息的前提下，應(yīng)盡可能地降低實驗藥品用量，減少藥品損耗，預(yù)防環(huán)境污染。

由于微型儀器體積小，試劑加量少，所以微型實驗加熱、攪拌等所用的時間短，回流冷凝等過程縮短，大大降低了水電能源的消耗，比常量實驗節(jié)約能源70％左右。

微型實驗還能縮短實驗時間，如《乙烯的制各和性質(zhì)實驗》，按常量實驗，完成性質(zhì)實驗的全過程一般需十多分鐘?，F(xiàn)在只需三分鐘左右即可。

微型化學(xué)實驗儀器的微型化及試劑用量的微量化，將使實驗所排放的廢氣、廢水、廢渣等污染物數(shù)量大大減少，從而減小對環(huán)境的污染，同時也降低了實驗操作過程中的危險性，例如爆炸、起火、液體飛濺等實驗事故發(fā)生的可能性大大降低，提高了安全系數(shù)，對保護(hù)實驗室周圍環(huán)境、為實驗教學(xué)提供安全和舒適的環(huán)境起到重要作用。

三、中學(xué)化學(xué)實驗微型化的評價

微型實驗儀器具有小巧便攜、不易破碎、液體試劑在多用滴管中不易流出等優(yōu)點，微型實驗與常量實驗相比具有獨到的特點，對學(xué)生的綜合素質(zhì)具有更高的要求，應(yīng)用在教學(xué)上，效果十分突出，在知識技能、過程方法、情感態(tài)度和價值觀念等方面都對學(xué)生有很好的教育意義，能更好地培養(yǎng)學(xué)生的良好品質(zhì)，提高學(xué)生各方面的能力。微型化學(xué)實驗的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：

(一)有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。由于微型化學(xué)實驗儀器微型化，操作簡捷，經(jīng)濟(jì)省時，安全便攜，使得人人都能動手實驗、全面提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、實踐能力和創(chuàng)造能力。

(二)有利于提高實驗的科學(xué)性，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。微型儀器精巧細(xì)小，加入量少，所以實驗過程學(xué)生必須小心裝拆，規(guī)范操作，注意力高度集中，密切注意觀察實驗現(xiàn)象。隨時記錄反應(yīng)過程中出現(xiàn)的變化，方能獲得預(yù)期的結(jié)果；有利于培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范化的操作技能，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的工作態(tài)度。

(三)有利于傳播綠色化學(xué)觀念，增強學(xué)生的環(huán)保意識。常量化學(xué)實驗不僅嚴(yán)重污染環(huán)境，而且實驗中廢氣、廢液的排放也不可避免地人為造成污染。微型化學(xué)實驗由于盡可能少的用試劑，盡可能的減少了實驗的“三廢”，把預(yù)防化學(xué)污染的思想貫穿于化學(xué)教育的全過程中，有利于從小對學(xué)生進(jìn)行環(huán)境保護(hù)意識教育。

微型化學(xué)實驗也存在一定的局限性：

(一)微型化學(xué)實驗儀器需要進(jìn)一步完善成套，以便實施與不同層次微型化學(xué)實驗教學(xué)的銜接。

(二)微型化學(xué)實驗儀器和實驗設(shè)計的不足。例如，微型塑料型儀器不能加熱。塑料本身能與一些化學(xué)試劑起反應(yīng)而使其應(yīng)用受到了影響。

(三)微型化學(xué)實驗制備物質(zhì)的產(chǎn)率偏低。這是因為儀器粘附等損耗相對于原料用量的比例較大。因此必須要注意實驗技巧。否則實驗不易成功；微型化學(xué)實驗與一般實驗儀器差別很大，在進(jìn)行微型化學(xué)實驗時一定要注意實驗條件的選擇。

總之，中學(xué)微型化學(xué)實驗不是常規(guī)實驗的簡單微縮，也不是對常規(guī)實驗的補充，更不是與常規(guī)實驗的對立，而是在整個實驗過程中貫穿了綠色化學(xué)的思想，有效實現(xiàn)“盡可能小劑量實驗、省資源、少污染、減成本”，還能增強學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識，是對中學(xué)化學(xué)常量實驗進(jìn)行的改革和發(fā)展。