高中化學微型實驗的實施

陳偉　李華帝　袁旗棟

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，實驗是化學的靈魂，是學生認識化學世界的窗口，是學習化學的重要手段。以綠色理念為指導興起的微型化學實驗，以優(yōu)異的實驗功能給新課程的化學實驗預示著樂觀的前景，它是在微型化儀器裝置中對化學實驗進行創(chuàng)新性設計的一種新的實驗模式，近十多年來在國內(nèi)外發(fā)展很快，被國際公認的一種在微型化條件下對化學實驗創(chuàng)新性變革的新技術和新方法。微型化學實驗儀器微型化、試劑用量少，這使學生可以在教室、甚至在家庭做實驗。它為實施素質(zhì)教育，開展研究性學習，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力提供了一條有效的途徑。如何充分發(fā)揮微型化學實驗的功能作用，筆者談談自己的一些看法。

一、 微型化學實驗的內(nèi)涵

微型化學實驗，英文名稱為microscale chemical experiment或microscale labotatory（簡寫為M.L.），是20世紀80年代經(jīng)濟發(fā)達國家的高校為解決化學實驗環(huán)境污染、實驗操作安全以及節(jié)省開支等方面考慮而發(fā)展起來的一種化學實驗新方法和新技術，它的明顯優(yōu)點為各國化學工作者接受并得到推廣。微型化學實驗不是常規(guī)實驗的簡單微縮，也不是對常規(guī)實驗的補充，而是在綠色化學思想指導下，用預防化學污染的新思想、新方法和新技術對常規(guī)實驗進行改革和發(fā)展的成果。

二、 微型化學實驗的特點

與常規(guī)化學實驗相比較，微型實驗具有體積小、省時間、反應快、效果好、易操作、較安全、動手操作機會多、趣味性高、用藥少、污染低等特點。微型儀器通常價格低廉，實驗耗費成本較低，易于實現(xiàn)人手一套儀器，使學生能夠人人動手做實驗，有利于拓展化學教育的功能，激發(fā)學生對化學的興趣，強化學生實驗操作能力，培養(yǎng)良好的科學素養(yǎng)，提高學生綜合素質(zhì)起到積極作用。

三、微型化學實驗在中學課堂教學的實踐探究

根據(jù)學習的循序漸進的過程，剛開始時，老師通過示范和設計好實驗步驟，讓學生根據(jù)實驗步驟自行驗證。經(jīng)過一段時間，等學生大致了解儀器連接，對微型儀器有個全面的感知之后，在開展實驗教學時可靈活安排，哪些實驗需要給出實驗步驟讓學生重復驗證一些化學實驗。哪些實驗可以設計為探究實驗，讓學生根據(jù)已經(jīng)掌握的知識，經(jīng)過查資料、討論后，開展自主的實驗探究。又或者有的實驗可以給出部分實驗過程，剩下的讓學生自主探究?？傊蠋熢谶@里要充當引導者，讓學生由原來的被動接受轉(zhuǎn)化成主動探究，由模仿變?yōu)閯?chuàng)造，養(yǎng)成科學態(tài)度，學會做科研。下面，以《乙烯的制備及性質(zhì)》為例作探究。

儀器和藥品：

V型反應管、直角形通氣管、酒精燈、具支試管、U型管、尖嘴管、塑料滴管、0.05 % 酸性KMnO4、1 % Br2/CCl4溶液、95 % 乙醇、濃硫酸、磷酸等。

1. 教學設計思路及目標

乙烯作為中學階段一個重要的有機物，其化學性質(zhì)是重要的知識點之一，作為有機合成的一個中間產(chǎn)物，在進入高二的《有機化學基礎》這本書的學習之后，會更深入學習。因此開展乙烯的制備和性質(zhì)實驗非常有必要。通常是加熱濃硫酸和乙醇的混合物，在溫度達到 170℃使乙醇發(fā)生消去反應脫水制得。通過微型實驗的學習，學生可以深刻了解乙烯的實驗室制備方法，對其具有的化學性質(zhì)會更加熟悉和掌握。另外學生又可以增加對微型儀器的感知，掌握實驗的原理及操作方法，提高學生動手能力。

2. 教學過程

引入：介紹乙烯是一種重要的基本化工原料，對一個國家的重要性，從而引入乙烯的實驗室的制法原理，并且開始介紹本節(jié)課做的乙烯制備和性質(zhì)一體化的微型實驗。

學生馬上按照教師事先設計好的方案進行實驗。實驗期間，按照給出的實驗步驟，教師提出問題，讓學生邊做實驗邊思考：①具支試管里的NaOH溶液起什么作用？②在實驗中若只用乙醇與濃硫酸反應而不加磷酸來制取乙烯，反應混合液容易變黑色。其中會發(fā)生哪些副反應？所制得的乙烯氣體會有哪些雜質(zhì)氣體產(chǎn)生？應采取什么措施來獲得純凈的乙烯氣體？

實驗操作方法：

①在U形管中加入約0.6 mL乙醇和0.2 mL磷酸，然后邊搖動邊慢慢滴加約1 mL濃硫酸，再加入一小粒沸石（碎瓷片）。在具支試管中加入約1.5 mL NaOH溶液，在V形反應管的側泡上分別加入2滴Br2/CCl4溶液、酸性KMnO4溶液，在V形反應管末端連接尖嘴管，如圖1連接儀器裝置。②加熱反應混合液，使溫度迅速升至170℃。觀察U形管、具支試管和V形反應管各處的現(xiàn)象。③在尖嘴管的管口處點燃氣體，觀察火焰顏色及燃燒情況。

在實驗過程中，教師可以根據(jù)學生們在實驗操作中，出現(xiàn)的各種問題及時地進行有針對性的介紹和輔導，如微型儀器的正確安裝、各儀器間的連接等，并提醒同學們做實驗時將觀察到的實驗現(xiàn)象作記錄。

3. 微型化學實驗與課堂教學情況分析

通過該實驗，學生能夠自己掌握到較多的知識：制備乙烯的原理、乙烯的除雜、乙烯化學性質(zhì)的檢驗等，教學效果良好。通過微型實驗，學生的動手能力得到極大提高，創(chuàng)新精神有所發(fā)揮。實驗微型化后乙醇用量很少就可以足夠驗證乙烯的性質(zhì)，大大縮短了開展實驗時間，可以看出在教學適當引入微型實驗，變枯燥的文字知識為立體可以動手操作得到的實驗現(xiàn)象，激發(fā)了學生學習化學的興趣。

4. 結論

通過微型化學實驗，學生學習化學的模式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，可以有效地培養(yǎng)學生交流與合作的能力、探究能力和創(chuàng)新思維能力。將微型化學實驗運用在中學課堂，改進了以往教學模式，促進了學生的化學學習，并實際教學中取得了較好的結果。讓學生領悟到做實驗不僅要關注實驗結果，更重要的是關注實驗過程。微型化學實驗為化學實驗加入了新內(nèi)容，對培養(yǎng)學生興趣，鞏固知識和提高能力都有重要的意義。

四、化學課堂教學與微型實驗結合的效果評價

將微型實驗與化學課堂教學結合起來，其目的是為了改變在目前的課堂教學中大部分老師都是做演示實驗甚至只是單純的播放實驗視頻學習具體實驗操作的現(xiàn)狀，利用微型實驗讓學生盡可能多的做實驗，將部分演示實驗改變?yōu)閷W生實驗，將驗證性實驗改變?yōu)樘骄啃詫嶒灒_到激發(fā)學生學習化學興趣、提高動手實踐能力、形成主動學習的方式、培養(yǎng)探索求真的科學態(tài)度的目的。

責任編輯徐國堅