初中化學(xué)實驗的微型化

義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)2011年版與2001年實驗稿相比，在“實施建議”中有一處發(fā)生了顯著的變化，讓微型實驗名正言順地登上了初中化學(xué)教學(xué)的殿堂：“教師應(yīng)根據(jù)學(xué)校實際情況合理地選擇實驗形式，……條件有限的學(xué)校，可采取教師演示實驗或利用替代品進(jìn)行實驗，鼓勵開展微型實驗、家庭小實驗等……”化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，實驗對于完成化學(xué)課程的任務(wù)具有不可替代的作用。化學(xué)實驗是化學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)和精華，是認(rèn)識化學(xué)科學(xué)的源泉，是訓(xùn)練科學(xué)方法的有效途徑，是科學(xué)素養(yǎng)形成和發(fā)展的必由之路。當(dāng)然，開展化學(xué)實驗教學(xué)，必須有充足的實驗儀器和藥品作為后盾。

2007年江蘇省全面啟動了包括理化生實驗設(shè)備在內(nèi)的農(nóng)村中小學(xué)四項“配套工程”建設(shè)，大大改善了農(nóng)村學(xué)校的辦學(xué)條件，化學(xué)實驗教學(xué)一度生機盎然，令人欣喜。但隨著實驗儀器、藥品尤其是易耗品的不斷減少，加之農(nóng)村初中教學(xué)經(jīng)費的匱乏，無力添置實驗器材和貴重藥品，學(xué)生實驗已經(jīng)難以正常開展，只能重新回到講實驗、寫實驗、記實驗的尷尬境地，至于進(jìn)行科學(xué)探究，則更難做到?；瘜W(xué)實驗資源的缺乏與新課程改革實施之間的矛盾日益突出，甚至在動搖化學(xué)教師實驗教學(xué)的信念。在此情況下，行之有效的解決辦法是師生開發(fā)化學(xué)實驗替代品，進(jìn)行化學(xué)微型實驗教學(xué)，以達(dá)到科學(xué)探究的目的。在農(nóng)村初中的化學(xué)課堂教學(xué)中，我們不僅要做實驗，更應(yīng)改進(jìn)實驗和創(chuàng)新實驗，增強學(xué)生探究實驗的樂趣，使他們熱衷于化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)。微型實驗為農(nóng)村初中實驗教學(xué)常態(tài)化提供了可能。下面筆者結(jié)合平時的教學(xué)實踐談?wù)勥M(jìn)行化學(xué)微型實驗的做法，權(quán)作引玉之磚。

一、學(xué)生實驗微型化

化學(xué)實驗是進(jìn)行科學(xué)探究的重要方式，化學(xué)教師在教學(xué)中應(yīng)高度重視和加強實驗教學(xué)，充分發(fā)揮實驗的教育功能。認(rèn)真組織學(xué)生完成新課標(biāo)中規(guī)定的8個必做實驗是教師義不容辭的責(zé)任。在實驗條件欠缺的農(nóng)村初中，實施微型實驗很有必要。開發(fā)和利用化學(xué)實驗替代品進(jìn)行化學(xué)微型實驗，符合“綠色化學(xué)”對使用化學(xué)藥品所倡導(dǎo)的“4R”原則，即：不用危害品、減少用量、循環(huán)使用和回收利用。微型實驗具有實驗儀器微型化和實驗藥品微量化的特點，這不僅能減少藥品消耗及實驗污染物的排放，而且能大大提高原料的利用率?；瘜W(xué)實驗替代品的使用能極大地激發(fā)農(nóng)村初中學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促使學(xué)生主動地、創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)，真正使學(xué)生領(lǐng)悟到學(xué)習(xí)化學(xué)知識技能的過程也是理解化學(xué)、進(jìn)行科學(xué)探究、聯(lián)系自己社會生活實際和形成科學(xué)價值觀的過程。

案例1：實驗室制取常見氣體

實驗室制取氧氣、二氧化碳、氫氣等常見氣體是初中階段重要的化學(xué)知識，我們可以從這些具體物質(zhì)的制法推出一般氣體制備的設(shè)計思路，以此來解決實際問題。我們知道，氧氣、二氧化碳、氫氣等氣體都可采用固液常溫型發(fā)生裝置（圖1）來制取。

在中學(xué)化學(xué)實驗中氣體的制取及其性質(zhì)實驗占有較大的比重，目前人教版、滬教版中的實驗都采用常規(guī)實驗的設(shè)計思路來編排，其原因主要是考慮到實驗操作的規(guī)范性。因此，設(shè)計并制作出價格低廉、效果良好且操作較為規(guī)范的微型氣體實驗裝置，是化學(xué)教師的一項重要任務(wù)。遵循化學(xué)微型實驗的設(shè)計思想，筆者收集了醫(yī)院廢棄的青霉素藥瓶（或阿司匹林藥瓶）、一次性輸液管、注射器。為防止病菌的傳染，用3%的過氧乙酸將這些材料浸泡24h，然后用水沖洗干凈。學(xué)生收集了礦泉水瓶、墨水瓶等。實驗前，截下一段輸液管做成導(dǎo)管，輸液管中間的滴壺一端剪去少許，另一端根據(jù)需要截下一段做長頸漏斗，滴壺下加上控液器就成了分液漏斗，礦泉水瓶的底部剪下就是水槽，墨水瓶、青霉素藥瓶可以做反應(yīng)器、集氣瓶或酒精燈座。

在教學(xué)時筆者曾考慮用注射器滴加液體藥品更為方便，但為了增強微型實驗操作的規(guī)范性，還是采用了圖2、圖3的方法。

這樣的微型實驗裝置能做到人手一套，1人或2人一組均可完成實驗。節(jié)省了藥品，現(xiàn)象明顯，還不失操作的規(guī)范性。

案例2：酸堿的化學(xué)性質(zhì)

課本中探究常見酸堿的化學(xué)性質(zhì)的實驗大多在試管中進(jìn)行，藥品的用量較多，加之試管是易z9s55VHx1aitSOW9pb+YjQ==耗品，2人一組的大量實驗往往難以實現(xiàn)?；谝陨锨闆r，筆者發(fā)動學(xué)生自找盛裝片藥的板殼做點滴板，將輸液管的滴壺剪下，一端封口做成滴管。教學(xué)常見酸的化學(xué)性質(zhì)時，先在片藥板殼的5個凹坑內(nèi)依次操作：滴加2滴紫蘿卜皮提取液（替代石蕊試液），放1小片廢電池鋅皮，少許鐵銹（或1根小銹鐵釘），米粒大小的氫氧化鈉固體并滴上2滴石蕊試液，少許純堿。再向5個凹坑內(nèi)分別滴入2～3滴稀鹽酸，觀察現(xiàn)象，書寫化學(xué)方程式，歸納常見酸的化學(xué)性質(zhì)。

利用廢棄的片藥板殼進(jìn)行酸、堿的化學(xué)性質(zhì)實驗，現(xiàn)象明顯，方便快捷，人人可做。

二、演示實驗微型化

實踐表明，大多不涉及規(guī)范操作的化學(xué)實驗都可以在不影響實驗性能的前提下朝著微型化方向改進(jìn)，許多演示實驗也可以改成微型實驗，使學(xué)生人人動手操作成為可能，發(fā)揮常規(guī)實驗難以發(fā)揮的教育功能。

案例3：測定空氣中氧氣的含量

課本采用在密閉容器內(nèi)燃燒紅磷生成五氧化二磷固體來消耗氧氣，使容器內(nèi)壓強減小導(dǎo)致外界的水進(jìn)入容器，依據(jù)進(jìn)入容器內(nèi)水的體積來測量空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，實驗如圖4所示。該實驗有以下不足：紅磷在空氣中點燃，會污染環(huán)境；燃著的紅磷伸入集氣瓶時速度再快，空氣也會外逸，易造成實驗結(jié)果的誤差；裝置冷卻時間長等。

針對以上問題，筆者帶領(lǐng)學(xué)生作了如下改進(jìn)：預(yù)先測出青霉素藥瓶的體積約15mL，用20mL的注射器吸入15mL水，再向青霉素藥瓶中放入綠豆大小的白磷（吸去水），塞上瓶塞，插上注射器，將青霉素藥瓶底部放入熱水中，一會兒白磷燃燒（圖5所示）。使裝置冷卻（可放入冷水），注射器內(nèi)的水自然流下（圖6所示）。改進(jìn)后實驗的優(yōu)點是：裝置簡單，操作方便；反應(yīng)始終在密閉容器中進(jìn)行，不會污染空氣；注射器中水的體積變化明顯（不需給青霉素瓶標(biāo)刻度），精確度高；實驗時間短，提高了課堂效率。

案例4：一氧化碳還原氧化鐵

一氧化碳還原氧化鐵是初中化學(xué)課本中的重要實驗。此實驗涉及一氧化碳有毒氣體的制取及尾氣處理問題，在初中教學(xué)中一般進(jìn)行教師演示實驗，甚至有老師采用多媒體演示，這往往會使學(xué)生對一些涉及有毒物質(zhì)的實驗產(chǎn)生恐懼感。另外，按照課本進(jìn)行實驗（圖7），在實際操作過程中有以下弊端：實驗前需預(yù)先制取并收集一氧化碳?xì)怏w并貯存在儲氣瓶中，裝置復(fù)雜，操作繁瑣；所用的氧化鐵較多，加熱時間長，產(chǎn)生的一氧化碳廢氣較多；學(xué)生因無從知曉一氧化碳的制取過程，對一氧化碳有陌生感、神秘感，還有些許恐懼感。

我們設(shè)計了如圖8所示的實驗裝置，采取邊制取一氧化碳?xì)怏w（濃硫酸催化分解甲酸）邊進(jìn)行其性質(zhì)實驗的方式。用玻工制作的方法（將玻管繞線、加熱、驟冷再熔光），切取一段細(xì)玻管（內(nèi)徑約3mm左右，長約8cm），在酒精燈火焰上將玻管彎曲成“V”型，尾部拉尖（見裝置圖），制成發(fā)生反應(yīng)的玻璃管。課堂教學(xué)時，在靠近“V”型的一端利用滴管將澄清石灰水?dāng)D入使其聚于“V”型底部，再用少許玻璃毛（即玻璃纖維）粘取適量氧化鐵粉末，通過探針將其從另一端送入細(xì)玻璃管中。然后向用作氣體發(fā)生器的青霉素藥瓶中加入5mL濃硫酸，再用自制滴管吸滿甲酸，最后按照圖8連接好裝置（用木質(zhì)試管夾固定）。擠壓自制滴管，使甲酸與濃硫酸接觸，反應(yīng)便開始了。該實驗現(xiàn)制現(xiàn)用一氧化碳，并且將一氧化碳對人體和環(huán)境造成的危害降到最低，消除了學(xué)生的恐懼心理。本微型實驗操作簡單，安全環(huán)保，現(xiàn)象明顯，節(jié)約實驗時間和藥品，同時達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。

三、家庭實驗微型化

教學(xué)實踐表明，家庭小實驗的引入使課堂教學(xué)延伸至課外，它對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、鞏固知識技能、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、開發(fā)智力起到一定作用。微型實驗的教學(xué)涉及到實驗儀器潛在功能的開發(fā)、微型實驗儀器的設(shè)計制造，為學(xué)生開展家庭實驗提供了一個載體。開展家庭小實驗有助于把課程內(nèi)容與學(xué)生生活以及社會科技發(fā)展聯(lián)系起來，擴充學(xué)校教育資源，使學(xué)生形成積極主動的學(xué)習(xí)態(tài)度，從而實現(xiàn)拓寬實驗素材的功能。

譬如，在學(xué)習(xí)對人體吸入空氣和呼出氣體的比較探究時，由于是初學(xué)化學(xué)，學(xué)生動手能力差，即使教師對一些實驗操作進(jìn)行了演示，有的學(xué)生也會由于操作不熟練而使實驗失敗。為了使學(xué)生熟練掌握一些基本操作，讓他們體驗到成功的快樂，筆者布置學(xué)生回家后利用廢棄的飲料瓶代替集氣瓶，用飲料吸管代替導(dǎo)管，用面盆代替水槽，進(jìn)行檢驗氧氣含量高低的實驗。第二天上課時一了解，大多數(shù)學(xué)生在家里動手做了這個實驗，并且在課堂上對自己的實驗講得頭頭是道，有的同學(xué)甚至還從自己的小實驗中發(fā)現(xiàn)了一些新問題。這樣，同學(xué)們既體會到實驗成功的快樂和成就感，又對自己實驗成敗的原因得以充分的探討，學(xué)生都不同程度地獲取了知識，增強了創(chuàng)造欲望。再如，我們有時候會感覺到由于課堂教學(xué)的時間有限，上一節(jié)有探究性實驗的化學(xué)課，不免顯得緊張而忙亂，有時只能草草收場，根本達(dá)不到預(yù)期效果。為彌補這一缺憾，筆者在教學(xué)“二氧化碳的實驗室制取”前，先指導(dǎo)學(xué)生回家小組合作做家庭小實驗，用青霉素藥瓶代替集氣瓶，用注射器代替長頸漏斗，用輸液管代替玻璃導(dǎo)管，利用小石塊（或小水泥塊）與白醋反應(yīng)，再用澄清石灰水檢驗氣體。第二天課堂上再采用微型實驗與常規(guī)實驗相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)。實踐證明，這樣做課堂效果明顯好于以前不做家庭小實驗。在探究中通過親手做實驗，培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力和實踐能力，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，隨之產(chǎn)生強烈的求知欲，激發(fā)創(chuàng)造熱情。

微型化學(xué)實驗作為一種與常規(guī)實驗相輔相成的實驗方式，能夠開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生的思維品質(zhì)、創(chuàng)新意識和科學(xué)素養(yǎng)。課本中的一些實驗，諸如分子的運動實驗、微粒間隔實驗、鐵銹蝕條件的探究實驗、酸雨模擬實驗、溶液的酸堿性實驗、常見鹽的性質(zhì)實驗，等等，我們都設(shè)計成微型實驗進(jìn)行教學(xué)。當(dāng)然，微型實驗也有其缺點，主要表現(xiàn)為操作規(guī)范性不高，嚴(yán)謹(jǐn)性不夠；在攪拌、過濾、控溫加熱等操作上難度較大。鑒于此，課堂教學(xué)中應(yīng)該根據(jù)實驗的內(nèi)容、目的、現(xiàn)象和定量要求等進(jìn)行選擇，使常規(guī)實驗與微型實驗相結(jié)合，兩者取長補短，提高學(xué)生化學(xué)實驗的動手率及實驗操作能力，更好地發(fā)揮微型實驗的特點和它特有的功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國教育部.全日制義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）.北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2] 人民教育出版社化學(xué)室，課程課本研究所.化學(xué)（九年級）上下冊.北京：人民教育出版社，2012.

[3] 中學(xué)化學(xué)國家課程標(biāo)準(zhǔn)研制組.化學(xué)（九年級）上下冊.上海：上海教育出版社，2012.