高中化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新

陳偉 李華帝 袁旗棟 龍曉峰 陳強(qiáng)均 梁麗君

摘要：高中化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)，絕不是常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器和化學(xué)藥品的用量的縮小版，其目的是改進(jìn)常規(guī)實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)中創(chuàng)新出優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)的方案，更好地體現(xiàn)高中化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。能直觀有效體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，更重要的是能很好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和創(chuàng)新能力，不僅在課堂上開展，更須要在課外活動(dòng)下開展，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);微型實(shí)驗(yàn);設(shè)計(jì)與創(chuàng)新

在這里所提的“化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)”，具體來說是指在進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中使用微型的儀器或者裝置的一種實(shí)驗(yàn)方式，此種實(shí)驗(yàn)通過盡可能用最少的試劑，來減輕化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染以及減少試劑在器皿上的附著用量。這樣一種實(shí)驗(yàn)方式，能夠在達(dá)到原有的實(shí)驗(yàn)效果基礎(chǔ)上，極大地減少實(shí)驗(yàn)的“三廢”，進(jìn)而在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中將“可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”很好地體現(xiàn)出來。在微型實(shí)驗(yàn)中，其本質(zhì)的目的是對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，在教學(xué)中創(chuàng)新出優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)的方案，更好地體現(xiàn)高中化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果?，F(xiàn)將我們?cè)诮虒W(xué)過程的化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化的一些創(chuàng)新寫出與大家共勉。

1. 在“氯氣的性質(zhì)”測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，往往存在著需要現(xiàn)制造現(xiàn)使用的問題，而反應(yīng)物的用量也不好控制，造成氣體容易外泄從而導(dǎo)致污染環(huán)境。但是如果在這測(cè)試實(shí)驗(yàn)中采用“微型實(shí)驗(yàn)”方式，則可以對(duì)原本的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行有效的改進(jìn)。在“微型實(shí)驗(yàn)”中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生在全學(xué)段只進(jìn)行一次制取，并且讓學(xué)生利用多個(gè)注射器將一定量的氯氣分別收集起來，再用橡膠塞將其進(jìn)行封閉，這樣一來，便能夠?qū)⑦@些氯氣隨時(shí)取用。不僅可以在一定程度上避免試劑的消耗浪費(fèi)以及氯氣多次制造與浪費(fèi)后出現(xiàn)的環(huán)境污染，更關(guān)鍵的是通過對(duì)比性實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生對(duì)氯氣的性質(zhì)形成一個(gè)系統(tǒng)性的、整體性的認(rèn)識(shí)。

2. 鹵素單質(zhì)間的置換反應(yīng)：在一張濾紙的中心處滴一滴飽和NaBr溶液，然后在此處滴一滴稀氯水，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為黃色，再在此處滴一滴較濃的NaI溶液，此處顏色變?yōu)闇\褐色，再滴一滴淀粉溶液，變?yōu)樗{(lán)色。此設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，教學(xué)直觀易懂，減少試劑的消耗和環(huán)境污染。

3. 與此同時(shí)，教師需要注意的一點(diǎn)便是需要將物質(zhì)的制取和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)盡可能地合并同時(shí)進(jìn)行，采用此種方式能夠在減少反應(yīng)物用量的同時(shí)，使實(shí)驗(yàn)生成的排放盡可能地減少。而且，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)階段，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步摸索，圖1使得學(xué)生探究出能夠用最低用量來獲取實(shí)驗(yàn)反應(yīng)的方式。此后，教師便可以將相關(guān)的實(shí)驗(yàn)用量手冊(cè)進(jìn)行整理編冊(cè)并有效推廣，最終使得實(shí)驗(yàn)資源能夠得到節(jié)約，進(jìn)而將綠色環(huán)保的目的予以實(shí)現(xiàn)。利用V、W、Y形玻璃曲管組成反應(yīng)容器，如圖1：

仔細(xì)觀察下圖，能夠發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)特點(diǎn)，即對(duì)于是需要少量氣體的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)而言，這個(gè)實(shí)驗(yàn)自身具備這樣一些特征，分別是試劑用量少、串聯(lián)反應(yīng)管道化、反應(yīng)現(xiàn)象明顯、能夠加熱且雖然依舊存在有害氣體泄漏，但是分量極少，以及對(duì)環(huán)境的污染少等。例如，氯化氫的制備和性質(zhì)通過簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)組合形成了一個(gè)完整的知識(shí)體系，以此來使得學(xué)生的探究欲望被有效地激發(fā)出來。然后教師再借助一定的啟迪，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)組合與現(xiàn)有儀器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使最終的教學(xué)目的更加簡(jiǎn)單、環(huán)保以及科學(xué)合理。其他的實(shí)驗(yàn)，如氨的催化氧化，苯的溴化和香煙中的有害物質(zhì)，可以通過這些組合的微儀器進(jìn)行，以達(dá)到環(huán)保的效果。

圖24. 采用常規(guī)實(shí)驗(yàn)制備有毒二氧化氮?dú)怏w，導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重。利用微型實(shí)驗(yàn)儀器的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn)方案，如圖2：

首先微型實(shí)驗(yàn)制備出二氧化氮?dú)怏w，該氣體與水反應(yīng)生成稀硝酸，再利用稀硝酸與銅反應(yīng)，這樣的實(shí)驗(yàn)操作;第一，減少NO2的排放量，第二，將NO2轉(zhuǎn)化為稀硝酸，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境的意識(shí)。通過改進(jìn)微型實(shí)驗(yàn)方案來完成產(chǎn)生污染物這關(guān)實(shí)驗(yàn)，從而有效地減少污染物，也可以減少反應(yīng)的藥品的用量而降低對(duì)環(huán)境的污染。由此可知這個(gè)實(shí)驗(yàn)巧妙地將銅與濃硝酸，銅與稀硝酸和一氧化氮轉(zhuǎn)化為二氧化碳的實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合起來，同時(shí)藥品用量少，污染物少甚至沒有污染物，做到真正意義地保護(hù)環(huán)境。

5. 由于一些易操作的常規(guī)實(shí)驗(yàn)所用的藥品用量對(duì)環(huán)境造成污染，我們可以利用微型實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)解決這類的問題。例如關(guān)于二氧化硫、乙烯、乙炔與溴的四氯化碳溶液和酸性高錳酸鉀溶液實(shí)驗(yàn)探究，常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的溴水的用量多，對(duì)學(xué)生、教師的健康有危害且容易揮化污染環(huán)境。

6. 在具體實(shí)驗(yàn)過程中，教師需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行鼓勵(lì)，以此來使得學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力得到鍛煉。然后在這一情況下，培養(yǎng)學(xué)生觀察生活的能力，讓他們懂得將生活中的廢舊物品有效地利用起來，懂得將這些物品進(jìn)行消毒處理并加以改制。在經(jīng)過這樣的鍛煉與制作后，一些微型儀器代用品便被學(xué)生制作出來。此種方式能夠使學(xué)生的課外活動(dòng)得到豐富，也能夠?qū)λ麄兊膭?dòng)手能力進(jìn)行針對(duì)性的鍛煉以及提升學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。例如二氧化硫制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生利用如下材料和藥品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：（1）材料：小型塑料試管架1個(gè)、醫(yī)用小藥瓶2個(gè)、注射器1個(gè)、小橡皮塞4個(gè)、醫(yī)用輸液管若干、橡皮筋、滴管若干等。（2）藥品：Na2SO4（固體）、H2SO4（1∶1）、紫色石蕊試液、Ba（OH）2溶液、溴水、酸性KMnO4溶液、NaOH溶液。學(xué)生設(shè)計(jì)如圖3：

實(shí)驗(yàn)操作：緩慢地控制注射器活塞，使硫酸注入玻璃瓶中，通過觀察氣泡的數(shù)量控制硫酸的量，直至各塑料瓶的現(xiàn)象明顯才停止硫酸加入，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并分析現(xiàn)象，從而得出結(jié)論。

該裝置的特點(diǎn)及評(píng)價(jià)：①這個(gè)實(shí)驗(yàn)巧妙地將制二氧化硫氣體與驗(yàn)證二氧化硫的性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合。而且做到配備氣體發(fā)生裝置，凈化裝置，防倒吸裝置。②實(shí)驗(yàn)藥品用量少，成本低。③操作簡(jiǎn)單，有利學(xué)生實(shí)驗(yàn)成功，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。④能有效地吸收二氧化硫氣體，防止污染環(huán)境。⑤能夠?yàn)閷W(xué)生學(xué)習(xí)二氧化硫減少實(shí)驗(yàn)時(shí)間。⑥學(xué)生可根據(jù)自己的個(gè)人水平來調(diào)整實(shí)驗(yàn)的操作，從而使得實(shí)驗(yàn)具備創(chuàng)新性。

微型實(shí)驗(yàn)不能僅僅作為獲得直觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的手段，還要作為培養(yǎng)動(dòng)手能力、創(chuàng)造能力的手段，不僅在課堂上開展，更須要在課外活動(dòng)下開展，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性。不能完全擯棄常規(guī)實(shí)驗(yàn)的基本操作去照搬微型實(shí)驗(yàn)，是學(xué)習(xí)化學(xué)的關(guān)鍵。由此，在“微型實(shí)驗(yàn)”過程中，教師需要借助此種實(shí)驗(yàn)，來對(duì)學(xué)生的探索能力、實(shí)踐技能以及綜合素養(yǎng)進(jìn)行提升，要使微型化實(shí)驗(yàn)真正成為中學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

陳偉，李華帝，袁旗棟，龍曉峰，陳強(qiáng)均，梁麗君，廣東省湛江市，吳川市第三中學(xué)。