高中化學(xué)微型實驗的開發(fā)和應(yīng)用策略研究

張麗麗

一、 引言

化學(xué)是一門十分重要的學(xué)科，在化學(xué)科學(xué)研究中，化學(xué)實驗則是其中的重要組成部分，在教學(xué)中發(fā)揮了巨大的作用。然而，受到傳統(tǒng)應(yīng)試教育觀念的影響，為了應(yīng)對高考的壓力，許多教師仍采用傳統(tǒng)的教學(xué)理念。在高中化學(xué)教學(xué)活動中，由于課時少、實驗內(nèi)容多，經(jīng)常出現(xiàn)教師在課上給學(xué)生播放視頻或講述實驗現(xiàn)象的情況，學(xué)生很少能真正動手做實驗。在這一背景條件下，微型化學(xué)實驗的優(yōu)勢也就凸顯出來了，例如儀器簡單、保護環(huán)境、試劑用量比較少以及安全性高等，因此，對微型實驗進行研究具有重要的應(yīng)用價值。

在國家頒布的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗)》中明確規(guī)定：以化學(xué)實驗為主，通過采取各式各樣的探究活動，可以讓學(xué)生積極參與進來，感受科研的力量，對化學(xué)知識的學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚興趣，培養(yǎng)良好的動手能力與創(chuàng)新意識。通過開展化學(xué)實驗，可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)更多的化學(xué)知識，體驗探究過程，從而掌握更好的學(xué)習(xí)方法。

二、 高中化學(xué)微型實驗開發(fā)與設(shè)計原則

(一)科學(xué)性原則

化學(xué)微型實驗的設(shè)計方法、操作過程以及所得結(jié)論均要與科學(xué)研究方法以及化學(xué)實際理論的要求相符合。在這個過程中，可以鍛煉學(xué)生的精神品質(zhì)，使其具備更加刻苦的鉆研精神。對學(xué)生來說，進行化學(xué)實驗時，必須要具備嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實的精神，認真做好每一個環(huán)節(jié)的操作。所以，在整個實驗過程中，均要以科學(xué)性作為基本原則。

(二)綠色化原則

綠色化實驗指的是在實驗的設(shè)計、操作等環(huán)節(jié)，均要遵循綠色化學(xué)的指導(dǎo)理念，盡可能地減少資源浪費，避免對環(huán)境造成過多污染。在當(dāng)今社會，隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，逐漸形成了綠色化學(xué)的發(fā)展理念。所以，在實驗設(shè)計過程中，就要體現(xiàn)出這一思想理念，將綠色化要求融入其中。

(三)開放性原則

化學(xué)實驗并非局限于教材內(nèi)容，也要加強與各門學(xué)科之間的聯(lián)系，挖掘與日常生活相關(guān)的素材。在實驗過程中要體現(xiàn)出開放性，引導(dǎo)學(xué)生分析問題時，從多個角度出發(fā)，敢于提出自己的意見想法，促進發(fā)散思維的形成。讓學(xué)生主動參與到實驗設(shè)計中，不但可以培養(yǎng)學(xué)生良好的實踐能力，也形成了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，對學(xué)生未來的成長都是十分有利的。

(四)學(xué)生主體性原則

學(xué)生是實驗研究的主體，因此，教師應(yīng)對學(xué)生的個體化差異予以尊重。在確定實驗?zāi)康臅r，無論是實驗步驟還是內(nèi)容的選擇，均要遵循這一原則。每個學(xué)生均存在個性化差異，教師要對學(xué)生的實際狀況與最近發(fā)展區(qū)予以充分考慮，最大限度地發(fā)揮化學(xué)實驗的作用。

三、 高中化學(xué)微型實驗開發(fā)與設(shè)計策略

(一)明確實驗?zāi)康?/h3>

首先，在開始實驗之前，必須要明確實驗?zāi)康氖鞘裁?。不管是采用教師演示實驗的方式，還是學(xué)生自主探究實驗，前提條件均要確保實驗?zāi)康姆浅Ｇ逦?。也就是說，在開展這項實驗活動時，與哪些知識內(nèi)容是息息相關(guān)的，必須要讓學(xué)生清楚了解。舉例說明，在講解“氯氣制取及性質(zhì)”這一內(nèi)容時，前提條件就是要讓學(xué)生對氯氣的實驗室制法和化學(xué)性質(zhì)有所了解，基于此，則可對氯氣的制備及性質(zhì)進行微型實驗設(shè)計，同時考慮到氯氣的毒性，還要注意連接尾氣吸收裝置，培養(yǎng)環(huán)保意識。通過采用這種微型實驗，可以讓學(xué)生觀察到明顯的實驗現(xiàn)象，同時也可以節(jié)約藥品，避免產(chǎn)生過多的有毒氣體，最后完成實驗操作。

(二)精選合適的內(nèi)容

通過對高中化學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀進行研究后發(fā)現(xiàn)，教材所涉及的化學(xué)實驗非常多，數(shù)量甚至多達上百個。但是，并非所有常規(guī)實驗都可以進行微型化改進。針對微型化學(xué)實驗而言，其所具有的優(yōu)勢是非常明顯的，但是也具有一定的特征和局限性。比如說，涉及定量實驗時，就很難顯示出微型實驗所具有的優(yōu)勢特征，如果生成物與反應(yīng)物的劑量相差過多，微型實驗的應(yīng)用效果并不顯著；在開展半定量與定量實驗的過程中，也需要充分考慮這一問題。

(三)高中化學(xué)微型實驗的設(shè)計實例

按照實驗場景的不同，可以將高中化學(xué)微型實驗分成課堂教學(xué)類與課外生活類兩種類型。文章以此作為切入點，展開了深入的探討與分析，并設(shè)計了相關(guān)的實驗案例。

1. 課堂教學(xué)類化學(xué)微型實驗設(shè)計案例

在高中化學(xué)課堂教學(xué)中，課堂教學(xué)實驗起到了不可缺少的重要作用，在許多方面均發(fā)揮了重要的教學(xué)功能，包括學(xué)生對化學(xué)原理的理解、化學(xué)概念的形成以及化學(xué)現(xiàn)象的認知等。按照教學(xué)內(nèi)容的不同，可以將其分成以下幾種類型：①基本操作實驗；②形成化學(xué)概念與基本理論實驗；③元素化合物性質(zhì)與制備實驗；④實際生活生產(chǎn)實驗。通過開展基本操作實驗活動，能夠讓學(xué)生掌握更多的化學(xué)原理與實驗技能，了解常規(guī)儀器的操作方法，因此，這些實驗不能采用微型化的方式。在其他實驗類型中，關(guān)于微型化學(xué)實驗的應(yīng)用十分普遍，并發(fā)揮了巨大的作用。

案例：

蛋白質(zhì)的變性條件

實驗?zāi)繕?biāo)：

(1)采用實驗探究的方式，掌握雞蛋清的主要組成成分為蛋白質(zhì)，并明確使蛋白質(zhì)變性的外界條件有哪些。

(2)可以意識到在我們的生活中哪些物質(zhì)是具有探究意義的；培養(yǎng)學(xué)生形成良好的問題意識，在生活中挖掘化學(xué)知識。

實驗原理：

蛋白質(zhì)變性：天然蛋白質(zhì)受物理或化學(xué)因素的影響，分子內(nèi)部原有的特定構(gòu)象發(fā)生改變，從而導(dǎo)致其性質(zhì)和功能發(fā)生部分或全部喪失，這種作用稱作蛋白質(zhì)的變性作用。蛋白質(zhì)變性后理化性質(zhì)發(fā)生改變，如溶解度降低而產(chǎn)生沉淀，喪失了生理活性。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對蛋白質(zhì)變性產(chǎn)生影響的原因比較多，主要可以總結(jié)為以下幾點，即：強酸、強堿、強氧化劑、高溫、重金屬鹽、紫外線、乙醇、福爾馬林等，在這些物質(zhì)的作用下，均可使蛋白質(zhì)變性。

實驗器材：

藥品：蛋白質(zhì)溶液(雞蛋清)、NaOH溶液、硫酸、KCrO溶液、乙醇以及醋酸鉛溶液。

實驗用具：微型試管、小燒杯、六孔井穴板、微型酒精燈、多用滴管、玻璃棒、支架、火柴以及石棉網(wǎng)。

探究情境：

在日常生活中，雞蛋是比較常見的一類食品，而且也是人類攝取營養(yǎng)物質(zhì)的重要來源。一般情況下，人類食用的均是熟雞蛋，其蛋清呈現(xiàn)為白色固體狀，對生雞蛋來說，蛋清則呈現(xiàn)為液體狀，為什么加熱后蛋清會由液體變?yōu)楣腆w呢？

實驗探究：

以蛋白質(zhì)變性的基本原理為依據(jù)，準(zhǔn)備好實驗所需的各種材料，對實驗流程進行合理設(shè)計。

(1)取蛋清液劑量為1mL，加入蒸餾水約為 4mL，利用玻璃棒將其輕輕攪勻。裝入燒杯中備用。

(2)用滴管吸取適量的蛋清，將其放入微型試管以及六孔井穴板的1#～5#井穴內(nèi)。

(3)加熱微型試管，盡量采用水浴的方式；將NaOH溶液、硫酸、KCrO溶液、乙醇以及醋酸鉛溶液分別加入六孔井穴板的1#～5#井穴內(nèi)。

對產(chǎn)生的實驗現(xiàn)象進行觀察并記錄。

討論交流：

(1)為什么甲醛、重金屬鹽等物質(zhì)會對人體產(chǎn)生中毒反應(yīng)，其原因是什么？

(2)民間曾有說法，如果出現(xiàn)重金屬鹽中毒反應(yīng)，服用生蛋清可以起到解毒作用，這種說法合理嗎？

案例分析：

對蛋白質(zhì)進行教學(xué)時，蛋白質(zhì)的變性是其重要的化學(xué)性質(zhì)之一。在本次研究中，主要以雞蛋作為實驗對象，這極大地激發(fā)了學(xué)生的興趣，學(xué)生更愿意了解日常生活與化學(xué)之間的關(guān)系。在設(shè)計探究實驗時，盡量與日常生活相結(jié)合，讓學(xué)生可以做到理論聯(lián)系實際。在創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的過程中，可以與比較常見的生活情境相結(jié)合，在此基礎(chǔ)上提出一些問題，讓學(xué)生積極探索，深入發(fā)掘其背后蘊含的化學(xué)原理。在實驗過程中，會應(yīng)用到許多的微型實驗儀器，包括多用滴管、微型試管以及六孔井穴板等，通過設(shè)計這種微型實驗，既節(jié)約了藥品的用量，同時實驗現(xiàn)象還明顯，同學(xué)們又獲得了親自動手做實驗的機會，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實驗操作技能。

2. 課外生活類化學(xué)微型實驗設(shè)計案例

在學(xué)習(xí)高中化學(xué)課程時，其目的不僅是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，與此同時，也要鍛煉他們的化學(xué)思維能力。國家頒布的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗)》中明確提出，在開展化學(xué)課程教育的過程中，也要注重與現(xiàn)代科技和日常生活相結(jié)合。化學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，與我們?nèi)粘Ｉ畹穆?lián)系非常密切，很多問題中均會涉及與化學(xué)相關(guān)的原理。所以，在高中化學(xué)教學(xué)過程中開展微型實驗探究活動，也要以此作為切入點，充分考慮與日常生活的聯(lián)系，組織開展一系列的實驗探究活動，讓學(xué)生能夠?qū)ι磉叺幕瘜W(xué)物質(zhì)和反應(yīng)原理有所了解，激發(fā)學(xué)生的興趣愛好，從而使其更愿意學(xué)習(xí)本門課程。針對家庭小實驗，指的是學(xué)生利用自己在課堂上學(xué)到的知識內(nèi)容，解決生活中存在的各類問題，并培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)精神與實踐能力。

在題材選擇方面，可以從學(xué)生生活中的事物著手，選擇與日常生活有關(guān)的化學(xué)現(xiàn)象或內(nèi)容。與此同時，教師也要對學(xué)生進行正確引導(dǎo)，對日常生活中比較常見的用品進行改造，作為家庭實驗的基本儀器。通過對微型實驗儀器進行研究后，可以選擇與生活息息相關(guān)的物品或廢棄品，對其進行適當(dāng)改造之后使用，不但可以增強學(xué)生的創(chuàng)新意識，而且也可以培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣。

案例：

食鹽與亞硝酸鈉的區(qū)分方法

實驗?zāi)繕?biāo)：

(1)查閱資料了解亞硝酸鈉的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。

(2)設(shè)計實驗鑒別氯化鈉與亞硝酸鈉。

實驗原理：

亞硝酸鈉與硝酸銀溶液反應(yīng)生成亞硝酸銀，沉淀可溶于稀硝酸。

實驗器材：

藥品：亞硝酸鈉、氯化鈉、酸性KMnO溶液、AgNO溶液、稀硝酸、淀粉KI溶液、酚酞。

實驗用具：多用滴管與井穴板。

探究情境：

工業(yè)鹽的主要成分為亞硝酸鈉，從外觀上來看，與食鹽相似。新聞媒體上經(jīng)常報道有人因為誤食工業(yè)鹽后出現(xiàn)中毒的現(xiàn)象，癥狀較輕者伴有嘔吐、頭暈反應(yīng)，嚴(yán)重者將會出現(xiàn)腹瀉，或者危及生命。那么，如何鑒別這兩種鹽呢？就是我們化學(xué)上需要探究的一個問題。

實驗探究：

(1)向井穴板1#和2#孔穴內(nèi)分別滴加3滴亞硝酸鈉和氯化鈉溶液。再向其中加入2滴硝酸銀和稀硝酸，觀察現(xiàn)象。

(2)將KMnO溶液、淀粉KI溶液、酚酞分別加入井穴板3#～5#孔穴內(nèi)，滴加亞硝酸鈉，觀察現(xiàn)象。

(3)再將步驟2的試劑加入另一個井穴板中，滴加氯化鈉，對比觀察。

討論交流：

(1)針對亞硝酸鈉中氮的化合價，如何設(shè)計實驗進行鑒別？

(2)如果誤食亞硝酸鈉出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，該如何急救？

案例分析：

在鑒別食鹽與亞硝酸鈉時，操作十分簡單。在高中化學(xué)課程的學(xué)習(xí)中，亞硝酸鹽并非其中的重點內(nèi)容，很少在課堂上進行深入討論；但是在生產(chǎn)生活中亞硝酸鈉的應(yīng)用十分廣泛，不僅是建筑行業(yè)中的混凝土摻和劑，還是生活中常見的食品添加劑。可以讓學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗進行研究，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。在食品安全方面，亞硝酸鈉的應(yīng)用劑量也是需要考慮的一項關(guān)鍵指標(biāo)。通過進行本次研究，可以激發(fā)學(xué)生的探究欲望，從而使其對化學(xué)課程產(chǎn)生濃厚的興趣。

四、 結(jié)語

通過對微型化學(xué)實驗進行研究后發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的常規(guī)實驗相比，其最突出的優(yōu)點是儀器的微型化和試劑的微量化。常規(guī)實驗的儀器規(guī)格較大，為了達到明顯的實驗效果，試劑的用量必然增多，會給學(xué)校帶來較大的經(jīng)濟支出，而且多人合用一套或者直接由老師演示實驗，學(xué)生操作的機會很少。

相對比，微型實驗的儀器較小，攜帶方便，并且很多儀器的設(shè)計是具有多功能的，可以一器多用。而且針對微型儀器的特點，在生活中還可以找到替代品，便于開發(fā)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)造能力。在進行實驗時，需要用到的試劑劑量小，既節(jié)約成本，又環(huán)保。尤其對有毒氣體的制備和性質(zhì)實驗進行微型化改進后，更加適用于學(xué)生分組實驗，因此其價值優(yōu)勢十分明顯。

文章基于對高中化學(xué)微型實驗內(nèi)涵特點和設(shè)計原則的歸納總結(jié)，提出了高中化學(xué)微型實驗開發(fā)與設(shè)計的有效策略。設(shè)計與開發(fā)高中化學(xué)微型實驗，首先應(yīng)明確實驗的目的，然后對實驗內(nèi)容進行合理選擇，并篩選出恰當(dāng)?shù)奈⑿蛢x器。根據(jù)實驗應(yīng)用的場所，分別對高中化學(xué)微型實驗的課堂教學(xué)類和課外生活類化學(xué)微型實驗進行了開發(fā)與設(shè)計。通過實際教學(xué)應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)，采用這種實驗方式，可以加深學(xué)生對知識的印象，學(xué)生之間也可以展開良好的互動交流，激發(fā)出大家的學(xué)習(xí)興趣，取得了較好的效果。