微型實驗在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用(趙萬林)

1、微型化學(xué)實驗在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用湖北省襄陽市襄州區(qū)第三中學(xué) 趙萬林摘要：微型化學(xué)實驗在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，可以帶來化學(xué)學(xué)習(xí)方式的變革，與當(dāng)今倡導(dǎo)的自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)相結(jié)合的學(xué)習(xí)方法相吻合。微型化學(xué)實驗的研究應(yīng)用與綠色化學(xué)的關(guān)系密切，本文從環(huán)保的高度，探索微型化學(xué)實驗應(yīng)用的“四化”原則，即實驗設(shè)備的微型化、實驗藥品的最小化、實驗現(xiàn)象的最大化、實驗教學(xué)的綠色化。又列舉了微型化學(xué)實驗的教學(xué)實踐范例。最后指出了微型化學(xué)實驗在實踐中的注意事項。關(guān)鍵詞：微型化學(xué)實驗 原則 應(yīng)用一、問題的提出“綠色化學(xué)”是21世紀(jì)化學(xué)發(fā)展的主導(dǎo)方向，“綠色化學(xué)”要求從根本上消滅污染，是一門能徹底阻止污染產(chǎn)生的科學(xué)

2、。它包括“原料的綠色化”“化學(xué)反應(yīng)的綠色化”“產(chǎn)物的綠色化”等內(nèi)容。其中“化學(xué)反應(yīng)的綠色化”要求原料物質(zhì)中所有的原子完全被利用且全部轉(zhuǎn)入期望的產(chǎn)品中，這一點重在強調(diào)化工生產(chǎn)中要重視環(huán)保。在化學(xué)教學(xué)中注意環(huán)保問題我們實施了微型化學(xué)實驗教學(xué)。微型化學(xué)實驗教學(xué)大大地節(jié)約了藥品，減少了污染，增加了學(xué)生的動手操作機會，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，而且實現(xiàn)了“化學(xué)教學(xué)的綠色化”。我們提出的“化學(xué)教學(xué)的綠色化”就是在化學(xué)實驗教學(xué)過程中盡量使用最少量的藥品，產(chǎn)生最小的環(huán)境污染，出現(xiàn)最明顯的實驗現(xiàn)象，達(dá)到良好的實驗效果。微型化學(xué)實驗的應(yīng)用恰好能實現(xiàn)“化學(xué)教學(xué)的綠色化”，因此研究微型化學(xué)實驗在化學(xué)

3、教學(xué)中的應(yīng)用很有必要。二、微型化學(xué)實驗“四化”原則1.實驗設(shè)備的微型化。微型化設(shè)備是指儀器的縮小化，以便于學(xué)生使用和收藏，而且便于學(xué)生隨身所帶，在化學(xué)課堂教學(xué)和課外實踐活動中以及研究性學(xué)習(xí)中發(fā)揮重要的作用，何時使用何時取出，而且儀器的整理和清洗簡單易行。微型化實驗設(shè)備可以利用生活的廢舊物質(zhì)自制簡易儀器，也可以購買微型儀器，例如，杭州師院化學(xué)系研制的2638型塑料多用滴管和井穴板。微型實驗教學(xué)與常規(guī)的實驗教學(xué)不同在表觀上是儀器的微小化。2.實驗藥品的最小化?；瘜W(xué)實驗中若沒有指明實驗過程中藥品的用量，一般取用最小量，液體取12毫升，固體只需蓋滿試管底部為宜。常規(guī)實驗教學(xué)中學(xué)生往往取用藥品達(dá)不到這個

4、要求，總以為藥品少了實驗現(xiàn)象會不明顯。而微型實驗的應(yīng)用很好得控制了藥品的取用量，達(dá)到了實驗藥品的最小化。3.實驗現(xiàn)象的最大化。因為微型實驗教學(xué)時，學(xué)生每人一套實驗器材，（老一輩化學(xué)家戴安邦院士曾為微型化學(xué)實驗研究中心題辭中指出：大力推行微型化學(xué)實驗，使全國中學(xué)的化學(xué)教學(xué)皆有學(xué)生單人實驗，以加強化學(xué)教學(xué)的素質(zhì)教育作用。）一般演示實驗學(xué)生都可以改為學(xué)生實驗，他們動手操作，而且觀察的距離拉近，觀察更加細(xì)微，描述更加準(zhǔn)確和全面，從而達(dá)到了實驗現(xiàn)象的最大化。如果某些實驗不能使用微型儀器，或者使用微型儀器，現(xiàn)象不明顯，那么就不要死板硬套，因為這樣做違反了應(yīng)用微型實驗現(xiàn)象最大化的原則。4.實驗教學(xué)的綠色化。

5、不論是常規(guī)實驗教學(xué)，還是微型實驗教學(xué)的設(shè)計都遵守同樣的原則，也就是實驗教學(xué)要符合“綠色化學(xué)”教學(xué)的思想，在教學(xué)過程中，盡量使用最小量的藥品，不產(chǎn)生環(huán)境污染或者產(chǎn)生的環(huán)境污染最小化。在某種程度上說微型實驗較之常規(guī)實驗教學(xué)污染少，可以達(dá)到污染的最小化，符合了“綠色化學(xué)”的要求，這也正是微型化學(xué)實驗研究的意義所在。國際微型化學(xué)研究之所以蓬勃發(fā)展，方興未艾，就是因為微型化學(xué)研究與世界矚目的環(huán)境污染問題息息相關(guān)，當(dāng)今世界的兩大主題仍然是和平和發(fā)展，發(fā)展經(jīng)濟(jì)帶來的生存環(huán)境的惡化，正影響著地球上的每一個人，SARS病毒的出現(xiàn)，全世界的人們正生活在恐慌之中。人類損害了周圍的環(huán)境，發(fā)展了經(jīng)濟(jì)，同時也承擔(dān)著破壞環(huán)

6、境帶來的痛苦，不是病毒消滅了人類，而是人類自己消滅了自己。怎樣發(fā)展經(jīng)濟(jì)又不帶來災(zāi)難，只有走可持續(xù)發(fā)展的道路。對于我們的教學(xué)和科研，應(yīng)從保護(hù)環(huán)境的一點一滴做起，從改進(jìn)實驗教學(xué)入手，選擇微型實驗教學(xué)實現(xiàn)實驗教學(xué)的綠色化。三、微型化學(xué)實驗的研究應(yīng)用1.常規(guī)演示實驗改為學(xué)生微型實驗。義務(wù)教育初級中學(xué)化學(xué)課本第八章第二節(jié)幾種常見的酸一節(jié)中，需要演示酸堿指示劑在酸、堿溶液中變色的實驗，以便學(xué)生形成酸堿指示劑的概念，常規(guī)演示實驗教師在上面動手操作，學(xué)生被動的觀察，由于距離的原因，學(xué)生不能體會實驗的過程和成功的喜悅，形成的實驗結(jié)論在頭腦中的印象不深刻。若把該實驗變?yōu)閷W(xué)生微型研究性實驗，學(xué)生利用微型儀器自己設(shè)計

7、實驗方法，明確實驗?zāi)康?，提出假設(shè)，設(shè)計實驗步驟，觀察得出結(jié)論。例如某學(xué)生的實驗設(shè)計如下：實驗前學(xué)生思考的問題：石蕊、酚酞是什么？如何配置石蕊、酚酞試液？它們在溶液顯的顏色有何不同？石蕊、酚酞在酸堿溶液中的顯色有何規(guī)律？如何提取花瓣或果皮中的色素？花瓣和果皮中的色素在酸堿溶液的變色情況如何？能否用某些花瓣或果皮中色素檢驗溶液的酸堿性？如果是演示實驗，學(xué)生根本不會發(fā)現(xiàn)這么多的問題。原因是教師沒有給他們創(chuàng)設(shè)自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的氛圍和研究性學(xué)習(xí)的開放的創(chuàng)新的“自由”的時空?！?】實驗?zāi)康模和ㄟ^實驗確定石蕊試劑和酚酞試劑在酸、堿溶液中變色現(xiàn)象有何不同。探究植物的花瓣或果皮浸取液在酸堿溶液的變色現(xiàn)象?！?

8、】實驗用品：多用滴管和9孔井穴板，稀鹽酸、稀硫酸、氫氧化鈣溶液、氫氧化鈉溶液、蒸餾水、大紅月季花、紫菊花、紫蘿卜皮、酒精溶液【3】實驗步驟： 石蕊、酚酞溶液在酸堿中的變色。用多用滴管往9孔井穴板的井穴中分別加入1滴管稀鹽酸溶液、稀硫酸溶液、蒸餾水、氫氧化鈉溶液和氫氧化鈣溶液，先分別滴加1滴石蕊溶液，觀察并記錄現(xiàn)象；然后另取上述五種液體，分別滴加1滴酚酞溶液，觀察并記錄現(xiàn)象。試驗用水作溶劑提取花瓣或果汁的色素。利用榨汁機榨取花瓣和果皮的色素，分別做上述實驗，觀察并記錄實驗現(xiàn)象。試驗用酒精溶液（乙醇與水的體積比為1：1）作溶劑提取花瓣或果汁的色素。利用榨汁機榨取花瓣和果皮的色素，分別做上述實驗，觀

9、察并記錄實驗現(xiàn)象?？偨Y(jié)色素在酸堿溶液中的變色情況。（見附表一）歸納酸堿指示劑的概念。學(xué)生寫出實驗過程中的情感與體驗。通過這樣的微型實驗過程，學(xué)生在探究中獲取了知識，形成了實事求是的科學(xué)態(tài)度和一絲不茍的科學(xué)精神，培養(yǎng)了動手能力和手腦結(jié)合的協(xié)調(diào)能力，豐富了學(xué)生的情感體驗，也取得良好的教學(xué)效果。2.危險性高的實驗變?yōu)榘踩愿叩膶嶒?。學(xué)習(xí)氫氣的可燃性，教材上設(shè)計了氫氣在空中燃燒的實驗，常規(guī)實驗利用啟普發(fā)生器制取氫氣，而且要經(jīng)過驗純，該實驗有一定的危險性，并可以對學(xué)生進(jìn)行安全教育。若啟發(fā)學(xué)生利用微型儀器進(jìn)行設(shè)計該實驗，可以化驗為夷，而且學(xué)生興趣大增。以下是學(xué)生設(shè)計的實驗：設(shè)計一（見下圖1）：在一個100

10、mL的塑料瓶裝滿體積比為1：4稀硫酸溶液，再往其中加入4粒金屬鋅，然后立即塞上塞子，塞子上連接一個帶活塞的尖嘴導(dǎo)管。倒轉(zhuǎn)瓶子置于水中，打開活塞，生成的氣體將液體排入燒杯中，反應(yīng)結(jié)束后關(guān)閉活塞，將瓶子正轉(zhuǎn)過來，在尖嘴處點燃?xì)怏w。這樣設(shè)計點燃?xì)錃馇安恍枰灱?，而且燃燒現(xiàn)象明顯，不會有氫氣多了無處去的顧慮。該設(shè)計的更大優(yōu)點是安全性與趣味性提高了。設(shè)計二（見下圖2）：在多用滴管的上部一側(cè)挖一黃豆粒大小的小孔，在小孔的周圍以及多用滴管的頂部用燒熱的鐵釘扎一些小孔，使多用滴管的底部好象篩子一樣，在多用滴管的另一端插上注射器的針頭。從小孔處裝入4粒金屬鋅，放入井穴板裝有稀硫酸的孔穴中，一會兒后，把注射器針頭

11、橫放點火，開始時可以聽到輕微的“爆爆”聲，之后，可以看到氫氣在空氣中安靜的燃燒，火焰呈淡藍(lán)色，在上方罩一干燥的燒杯，可以觀察到燒杯壁上有水珠出現(xiàn)。這樣設(shè)計操作簡便，藥品的用量減少最少，而且隨時可以控制反應(yīng)的進(jìn)行，安全可靠，富有創(chuàng)意。H2鋅稀硫酸圖1鋅與稀硫酸反應(yīng)及氫氣的燃燒實驗鋅稀硫酸圖2利用井穴板和多用滴管做制取氫氣和氫氣燃燒實驗注射器針頭多用滴管井穴板 3.浪費型實驗轉(zhuǎn)為節(jié)約型實驗?！盎瘜W(xué)教學(xué)的綠色化”要求藥品的用量實現(xiàn)最小化，厲行節(jié)約并不僅僅是反對浪費，而是從環(huán)境保護(hù)入手，培養(yǎng)學(xué)生從一點一滴做起，從自身做起，珍惜自然，愛護(hù)環(huán)境，做環(huán)保的志愿者，積極宣傳“環(huán)境保護(hù)，人人有責(zé)”思想。學(xué)生學(xué)習(xí)

12、化學(xué)的過程中，利用微型化學(xué)實驗進(jìn)行探究活動，會不由自主地節(jié)約藥品，因為微型化的實驗儀器可以一定程度上限制藥品的使用。例如上例實驗設(shè)計2中，金屬和酸液的取用，都受到了儀器大小的限制。藥品取用減少了，殘留減少了，對環(huán)境的作用減弱了。再如實驗設(shè)計1中，酸液從瓶中排出，還可以循環(huán)使用以免浪費。當(dāng)然教學(xué)過程中，只要善于引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮微型實驗的優(yōu)點，將浪費型實驗轉(zhuǎn)為節(jié)約型實驗，這種行為實際上也為環(huán)保立了大功。四、微型實驗在教學(xué)中應(yīng)用的兩點注意1.微型化學(xué)實驗教學(xué)倡導(dǎo)學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)需要，利用生活中廢棄物或?qū)W校提供的微型化儀器，自主地設(shè)計實驗，探究豐富多彩的化學(xué)世界，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)生活，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、語言表

13、達(dá)能力、合作交流的能力、辦事情的能力等綜合能力，樹立學(xué)生的環(huán)保意識和“人人為我，我為人人”的社會責(zé)任感。在這個過程中，科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成是我們實施教學(xué)的主旨。因此，實施微型實驗教學(xué)必須注意實驗的科學(xué)性原則，不能違背科學(xué)真理。在探索實驗過程中，不能讓學(xué)生根據(jù)實驗的表象得出錯誤的結(jié)論，教師應(yīng)適時的給予指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的知識。雖然新理念下的學(xué)習(xí)方式提倡自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)與探究學(xué)習(xí)相結(jié)合，但是教師的指導(dǎo)或啟發(fā)是絕對不能忽視的。教師指導(dǎo)微型化學(xué)實驗更是十分必要。2.進(jìn)行化學(xué)實驗教學(xué)時，要兼顧實驗效果的同時，考慮如何使用微化儀器。決不能為“微化”而“微化”，結(jié)果微化了實驗，達(dá)不到實驗?zāi)康摹Ａ硗?，也不能一味地改進(jìn)教材上的實驗，因為教材上的實驗設(shè)計是有關(guān)專家集體智慧的結(jié)晶。這樣講并不是不提倡創(chuàng)新，因為繼承是創(chuàng)新的前提。附表一 溶液色素溶液酸溶液中性溶液堿溶液稀鹽酸稀硫酸蒸餾水氫氧化鈉