微型化學實驗在化學教學中的研究及應用

劉晶晶鐵嶺師范高等?？茖W校，遼寧 鐵嶺 112000

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微型化學實驗在化學教學中的研究及應用

劉晶晶
鐵嶺師范高等?？茖W校，遼寧 鐵嶺 112000

摘要

關鍵詞

微型化學實驗是當前國際實驗改革的一個前沿方向和熱點，是在綠色化學思想的指導下，逐漸發(fā)展起來的能夠減少化學污染的一種新的化學實驗方法和技術。在化學教學中，開展微型化學實驗，這既可以降低實驗成本、減少污染物的排放，又能為學生提供大量動手操作的機會，利于激發(fā)學生的興趣，而且由于微型化學實驗試劑用量少、儀器簡單等特點，可以讓更多學生參與其中，成為實驗的主體，有效地激發(fā)學生的求知欲和動手能力。

一、微型化學實驗的發(fā)展概況

美籍華裔化學家馬祖圣教授提出，微型化學實驗是以盡可能少的試劑，獲取所需化學信息的實驗原理和技術。目前，關于微型化學實驗的名稱、定義和試劑的用量界限，國際上還沒有一致的說法。其常見的英文名稱有三個，分別是microscope chemical experiment（微型化學實驗），microscope laboratory（微型實驗）和microscope chemistry（微型化學）。［1］上世紀80年代初，微型化學實驗首先出現(xiàn)在美國的大學。美國May和Pike等人在做基礎有機化學實驗的時候，為減少試劑用量和環(huán)境污染，將主要試劑的用量限制在mmol量級上進行微型制備，并取得了實驗的成功。從而對微型化學實驗的研究與應用變得流行起來。進入90年代以來，微型化學實驗的研究也日趨廣泛，許多國家也開始就微型化學實驗開展了研究和應用工作，并取得了大量的研究成果。國際化學教育大會和IUPAC大會均把微型化學實驗列為議題。我國微型化學實驗的研究起步于90年代初，在我國化學界將微型化學實驗簡稱為ML，定義為“在微型化的儀器裝置中進行的化學實驗，其試劑用量為常規(guī)用量的1/1 000～1/ 10，用量比對應的常規(guī)實驗節(jié)省90%左右”。這一定義是在我國早期開展微型化學實驗的周寧懷教授提出的。［2］1989年，我國高校化學教育研究中心把微型化學實驗列入研究計劃，經(jīng)過努力，微型化學實驗取得了一定成果?，F(xiàn)在我國已有千余所大學、中學采用了微型化學實驗來進行化學實驗教學。

二、微型化學實驗的教學功能

（一）實驗儀器簡單，降低實驗成本

微型化學實驗要用到微型實驗儀器。主要有：教學儀器設備公司研制出的成套的微型化學實驗儀器，或者是微型燒杯、微型試管、井穴板、微型兩用吸濾瓶、點滴板、微量滴定管、雙口燒瓶、微型蒸餾頭、微型分餾頭、真空冷指及微型酒精燈，等等。同時還可以利用注射器，青霉素瓶，一次性輸液器等自制一些微型實驗儀器。這些儀器的主要優(yōu)點是儀器簡單，價格便宜；用料少，縮短了反應時間并減少了對環(huán)境的污染；同時，有些微型化學實驗儀器可由學生們親自動手制得。在這個過程中，既能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和動手能力，也能增強學生的環(huán)保意識。［3］

（二）節(jié)省試劑，降低成本

微型化學實驗儀器微小，因此，所用的試劑量少，一般來說常規(guī)實驗試劑的幾十到幾千分之一就能滿足實驗的需要，［4］目前，在國際上對微型化學實驗試劑的用量沒有統(tǒng)一的標準，但在不影晌實驗現(xiàn)象和實驗結論的前提下，用少量試劑完成化學實驗，是微型化學實驗突出的、公認的主要特征。在常規(guī)化學實驗中，有時需要消耗大量的試劑，因而對環(huán)境造成了影響。而在微型實驗過程中，試劑用量少，使得實驗成本大大降低，節(jié)省了實驗的開支，為一些不發(fā)達地區(qū)開展實驗提供了可能性，使更多學生可以接觸到化學實驗，并能親自動手完成實驗。

（三）降低排放，保障安全

在常規(guī)化學實驗中，有些試劑用量大，因此，對環(huán)境有一定的污染。微型化學實驗反應中產(chǎn)生的廢氣、廢液、廢渣的物質(zhì)的量非常少，也更容易加以處理，這就減少了因為化學實驗對實驗室以及周邊環(huán)境所產(chǎn)生的污染。微型化學實驗在近幾十年中的蓬勃發(fā)展也提高了人們的環(huán)保意識。常規(guī)實驗中有些試劑大量采用會嚴重的污染環(huán)境，還有一些危險性較高的實驗，為了確保安全，在教學中很難得以實施。微型化學實驗的出現(xiàn)，使這些實驗成為可能。微型化學實驗的兩大優(yōu)點，儀器微型化和試劑用量微量化，使實驗過程中產(chǎn)生的污染物大大的減少，由于污染物量少，處理也變得相對簡單，這對師生身體的健康和對實驗室周圍環(huán)境都起到了保護作用。同時，由于微型化學實驗所用的藥品量少，實驗室要儲存的易燃、易爆、劇毒品的總量減少，對實驗藥品庫的儲存安全提供了保障。因此，微型化學實驗能夠解決環(huán)境污染和實驗設施損耗等問題，它所帶來的好處是顯著而長遠的。此外，利用微型化學實驗儀器進行實驗教學，實驗操作過程中的危險性也得到了降低，增加了實驗的安全系數(shù)。例如，試管炸裂、液體飛濺等。實驗的安全性得到提高，實驗室環(huán)境得到改善，學生也會更加放心、大膽地做實驗，更有利于培養(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)新能力。

（四）節(jié)省實踐，開展簡便

微型化學實驗采用的裝置和操作簡單，節(jié)省了時間，使實驗易于開展。［5］微型化學實驗儀器比常規(guī)實驗儀器體積小得多，有些儀器可以用日常生活中的物品作為替代品，既節(jié)省了開支又解決了因為沒有實驗儀器無法開展實驗的問題。在操作過程中，有些常規(guī)實驗所用的儀器裝置復雜，實驗前要做大量的準備工作，從儀器的裝配和試劑的配制到實驗后儀器的拆卸和試劑瓶的洗滌用去大量的時間，課堂上學生往往完不成實驗，這就要占據(jù)學生們的休息時間甚至耽誤學生們下節(jié)課的正常進行。而微型化學實驗儀器簡單易得、裝置簡單易行，由于實驗試劑用量少，配制起來相對容易，同時也縮短了時間（一般可節(jié)省1/3時間），解決了在實驗中因為時間不足而限制實驗開展的問題，既節(jié)省了時間，又完成了教學要求。

（五）激發(fā)學生興趣，提高動手能力

在微型化學實驗中，很多實驗儀器可用一些生活中的用品制得，同學們對此感到很新鮮，會產(chǎn)生強烈的好奇心，積極主動地參與制作的過程。在實驗教學前，教師可以查閱搜集相關資料做好充分的準備，取材于生活中的物品，變廢為寶。在實驗教學過程中，以學生為主體，教師從旁引導協(xié)助，讓每一名學生都能充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，做一些簡單的實驗儀器，增強動手能力。在這個過程中，學生通過親自制備儀器和動手實驗，不僅激發(fā)了學生對化學實驗的興趣，同時也發(fā)展了學生的創(chuàng)新思維，提高了學生的動手能力。

三、微型化學實驗是綠色教育與創(chuàng)新教育的結合

微型化學實驗之所以有強大的生命力，成為國際化學的發(fā)展趨勢。分析其原因，除了微型化學實驗有儀器簡單、試劑用量少等優(yōu)勢外，還有一個重要的原因，即微型化學實驗對環(huán)境污染小，它是在綠色化學思想指導下有創(chuàng)新的一項技術和方法。微型化學實驗正是在綠色教育思想的指導下，能夠減少化學污染并能有效地避免或減少“三廢”的產(chǎn)生，增強人們的環(huán)保意識，使人們能夠自覺地對廢氣、廢液、廢渣進行妥善處理，使綠色化學理念得到滲透和實施。微型化學實驗還可以讓每個學生親自動手參與到化學實驗中來，發(fā)揮主觀能動性，制作出一些簡易的微型化學實驗儀器，發(fā)揮創(chuàng)造性思維；同時微型化學實驗還有助于學生動手能力和探究能力的培養(yǎng)，從而改變常規(guī)教學中教師演示實驗為主體，學生只是被動接受的傳統(tǒng)實驗教學模式，讓學生有更多的機會參與到實驗當中去，這是全面實施素質(zhì)教育的有效途徑。

四、設想與展望

（一）編寫效果好的微型化學實驗講義

微型化學實驗是在保障實驗效果的前提下，試劑的減量和儀器的微縮。在實驗微型化、實驗試劑低濃度化、微型實驗系列化的同時，還要保證實驗效果可以達到準確、明顯、安全、節(jié)時、節(jié)能、環(huán)保和方便等目的。同時，在實驗過程中，還要激發(fā)學生對化學學習的興趣、培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)新思維和觀察能力，增強學生的環(huán)保意識，在實驗過程中對于有毒有害的物質(zhì)進行處理?；谶@樣的目的，教師應編寫出目標明確、滿足教學要求和減少環(huán)境污染的具體操作的講義或教材。

（二）微型化學實驗設備系統(tǒng)化

目前，市面上有很多成套的微型化學儀器。學校可以根據(jù)教學大綱的要求選用一些儀器，也可以用一些簡單的原料進行制作、改造、開發(fā)等，從而鍛煉學生的動手能力和創(chuàng)新能力。應用這些微型化學儀器使其操作與常規(guī)實驗基本一致，以保證實驗的順利進行。逐步積累，最后形成適合自己學校教學目的的系統(tǒng)的微型化學實驗儀器。

（三）擴大微型化學實驗的適用范圍

首先，以無機普化實驗為切入點，對實驗微型化、環(huán)保方面進行設計。在取得一定的進展之后，再將微型化學實驗的理念向物化、有機、分析化學等實驗滲透，使微型化學實驗能夠應用到更多的化學領域。微型化學實驗的普及，既可以節(jié)約教學經(jīng)費，還可以減少環(huán)境污染，為實現(xiàn)綠色化學打下良好的基礎。微型化學實驗的開展是艱巨的任務，應受到普遍重視。在努力形成微型實驗的完整體系的同時，還要不斷地總結經(jīng)驗，積極與其他教師與學者交流，從而推廣微型化學實驗的廣泛應用。

［參 考 文 獻］

［1］蔡亞萍.中學化學實驗設計與教學論［M］.杭州:浙江教育出版社，2005.

［2］周寧懷.微型無機化學實驗［M］.北京:科學出版社，2000.

［3］王霞晨.自制微型儀器，開展微型實驗教學［J］.化學教育，1996（1）.

［4］陳志高.新課程背景下的高中化學實驗微型化［J］.武漢工程大學學報，2011.

［5］苗深花，孟慶喜.微型化學實驗的研究［J］.德州學院學報（自然科學版），2005（6）.

（責任編輯：彭琳琳）

Researchandapplicationofmicroscopechemicalexperimentinchemicalteaching

LIU Jingjing
College of Science，Tieling Normal College，Tieling 112008，China

Abstract：Microscope chemical experiment is an emerging new technology and new method of chemical experiments under green chemistry concept that is praised highly by home and abroad.It is an important way and means to implement the strategy of sustainable development in the field of chemistry. It introduces the development of microscope chemical experiment at home and abroad and applies microscope chemical experiment to chemical teaching in this article that being contribute to reform China's chemical experiments and improving students' innovation capacity and increasing students'environmental awareness.

Key Words：microscope chemical experiment；teaching function；green chemistry；innovation

微型化學實驗是在綠色化學理念下新興的一種化學實驗的新技術和新方法，受到國內(nèi)外的大力推崇。是在化學領域實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要方法和手段。通過介紹國內(nèi)外微型化學實驗的發(fā)展情況，并將微型化學實驗應用于教學中，從而有助于我國化學實驗教學的改革，對提高學生的創(chuàng)新能力和增強學生的環(huán)保意識都有重要的作用。

微型化學實驗；教學功能；綠色化學；創(chuàng)新能力

作者簡介：劉晶晶（1984-），女，遼寧鐵嶺人，鐵嶺師范高等專科學校講師，碩士，研究方向：化學教學。

收稿日期2016-03-09

中圖分類號O6-3

文獻標識碼A