微型實(shí)驗(yàn)：體驗(yàn)化學(xué)的微秒之美

楊俊毅

摘要：微型實(shí)驗(yàn)是一種綠色的化學(xué)實(shí)驗(yàn)手段，既環(huán)保，又節(jié)約劑量，倍受國(guó)際化學(xué)教育界重視。本文主要從化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)的概念，特點(diǎn)，在教學(xué)中的實(shí)踐及其教育功能進(jìn)行闡述，希望廣大教師能夠重視微型實(shí)驗(yàn)的研究和實(shí)施，提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

關(guān)鍵詞：化學(xué)教學(xué) ； 微型實(shí)驗(yàn) ； 教學(xué)實(shí)踐； 教育功能

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315（2015）07-006-001

化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量有著不可替代的作用。但是，目前化學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多采用傳統(tǒng)的玻璃儀器，實(shí)驗(yàn)方法也是“照單抓藥”。這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器和方法功能單一，用藥量大，實(shí)驗(yàn)效率低，且污染嚴(yán)重，有的甚至危險(xiǎn)性大。我在教學(xué)中嘗試著進(jìn)行微型實(shí)驗(yàn)教學(xué)，竟發(fā)現(xiàn)了一個(gè)意想不到的新天地。

一、微型實(shí)驗(yàn)：課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的首選

1 .初探微型實(shí)驗(yàn)

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)就是以盡可能少的化學(xué)試劑來(lái)獲取所需化學(xué)信息的實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)。雖然它的化學(xué)試劑用量一般只為常規(guī)實(shí)驗(yàn)用量的幾十分之一乃至幾千分之一，但其效果卻可以達(dá)到準(zhǔn)確、明顯、安全、方便和防止環(huán)境污染等目的，符合“綠色化學(xué)”理念，因其試劑用量省、環(huán)境污染少等特點(diǎn)，使其有了更大的生存空間，并迅猛發(fā)展起來(lái)。

2 .微型實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

① 所需藥品的量比較少

一方面，微型實(shí)驗(yàn)的試劑用量平均減少為常規(guī)實(shí)驗(yàn)的十分之一或者更少，另一方面，進(jìn)行微型實(shí)驗(yàn)時(shí)所需的儀器可用生活中的常見(jiàn)物品代替，就地取材，充分利用身邊的器具，組建微型實(shí)驗(yàn)室，實(shí)踐“綠色化學(xué)”。

② 對(duì)環(huán)境影響小

因?yàn)樵噭┝繙p少了，自然就會(huì)減少有毒有害物質(zhì)的排放，有益于師生的健康，而且實(shí)驗(yàn)后產(chǎn)生的尾氣、尾料和廢棄物處理起來(lái)也比較的方便。

③ 容易開(kāi)展，且利于培養(yǎng)探究能力

微型實(shí)驗(yàn)藥劑量少，器材多數(shù)是自制的簡(jiǎn)易器材，每生一套，因此，隨堂實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室分組實(shí)驗(yàn)、家庭小實(shí)驗(yàn)和課外活動(dòng)實(shí)驗(yàn)等都得以開(kāi)展，而且實(shí)驗(yàn)器材每生一套，使絕大多數(shù)學(xué)生都有動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，改變了過(guò)去那種“一人做、大家看”的局面；使學(xué)生由過(guò)去被動(dòng)“等待”和“接受式”的學(xué)習(xí)方式，變?yōu)椤爸鲃?dòng)”和“探究式”的學(xué)習(xí)方式；使多年來(lái)提倡的“啟發(fā)式”、“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的教學(xué)方法得以實(shí)驗(yàn)。

二、開(kāi)展微型實(shí)驗(yàn)：化學(xué)教學(xué)實(shí)踐的重要途徑

1. 微型實(shí)驗(yàn)需要自制實(shí)驗(yàn)器材

一些簡(jiǎn)單的化學(xué)儀器可用生活中的常見(jiàn)物品代替。如試管用口服液小瓶代替；燒杯用小玻璃杯代替；量筒用帶刻度的咳嗽糖漿瓶代替；滴管用滴眼液塑料瓶（或開(kāi)塞露瓶）代替；點(diǎn)滴板用鋁塑藥品包裝板代替；藥匙用不銹鋼小匙代替； 玻棒用竹筷代替；濾紙用棉花或多層紗布代替；導(dǎo)管用飲料吸管代替；廣口瓶用各種藥瓶代替；廢液缸用玻璃罐頭瓶代替。還有的化學(xué)儀器需要自己動(dòng)手制作。例如長(zhǎng)滴管用廢圓珠筆芯套在眼藥水瓶口制成；酒精燈用墨水瓶制成；試管夾用晾衣夾綁在牙刷柄上制成；漏斗用塑料飲料瓶截取上半部制成；長(zhǎng)頸漏斗用注射器加飲料吸管制成等等。

2. 微型實(shí)驗(yàn)需要改革常規(guī)的實(shí)驗(yàn)裝置

初中化學(xué)教材氣體的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)一般是分開(kāi)的，即先制備氣體，再利用制備的氣體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣的設(shè)計(jì)方案缺乏連貫性和綜合性，實(shí)驗(yàn)操作不方便、 氣體的利用率較低，在環(huán)保、節(jié)能等方面也同樣會(huì)產(chǎn)生一些弊端。若將氣體的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)融為一體同時(shí)進(jìn)行，既節(jié)約藥品，又方便操作，還避免對(duì)環(huán)境的污染。如二氧化碳?xì)怏w的制備及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)我們可用如圖1所示的微型化實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)：

該裝置集二氧化碳的制備、收集、性質(zhì)實(shí)驗(yàn)于一體，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、便于操作，實(shí)驗(yàn)藥品用量少、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，能控制反應(yīng)的發(fā)生或停止。

3 .微型實(shí)驗(yàn)需要對(duì)一些特殊實(shí)驗(yàn)大膽嘗試

例如對(duì)義務(wù)教育九年級(jí)化學(xué)上（滬教版）鐵冶煉的化學(xué)原理的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)① 反應(yīng)原理

② 改進(jìn)后的微型實(shí)驗(yàn)裝置（如圖2）和實(shí)驗(yàn)用品

實(shí)驗(yàn)用品：小試管、膠頭滴管、硬質(zhì)玻璃管、尖嘴管、導(dǎo)管、酒精噴燈、酒精燈、鐵架臺(tái)、Fe2O3、濃H2SO4、Ca（OH）2溶液、HCOOH（1.2g/ml）。

③ 實(shí)驗(yàn)步驟和操作

Ⅰ 檢查裝置氣密性后，裝入藥品，甲酸只需要一滴管（約2ml），濃硫酸5 ml。

Ⅱ 滴入幾滴甲酸，點(diǎn)燃A處酒精燈，然后點(diǎn)燃C處酒精燈，當(dāng)A處試管中有大量氣泡時(shí)熄滅A處酒精燈。（利用放熱反應(yīng)）

Ⅲ 當(dāng)C處澄清的石灰水中有連續(xù)均勻的氣泡冒出時(shí)， 點(diǎn)燃B處酒精噴燈加熱，不時(shí)從A處滴管滴入甲酸保證穩(wěn)定的氣流。

Ⅳ 3分鐘后熄滅B處酒精噴燈觀察現(xiàn)象，用條形磁鐵在硬質(zhì)玻璃管上壁處移動(dòng)，黑色粉末則會(huì)在硬質(zhì)玻璃管上壁“舞動(dòng)”。

Ⅴ 待硬質(zhì)玻璃管完全冷卻至室溫后，停止反應(yīng)， 熄滅D處酒精燈。

Ⅵ 將所得粉末加入稀鹽酸中觀察有何現(xiàn)象。判斷生成的粉末是什么？

④ 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。該微型裝置：

Ⅰ 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、巧妙、安全，適合于學(xué)生人人動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，提高動(dòng)手操作能力；

Ⅱ 大大降低了CO和其它試劑的用量，甲酸的用量及反應(yīng)進(jìn)程均實(shí)現(xiàn)可控；

Ⅲ 時(shí)間短（5--8分鐘可完成實(shí)驗(yàn)） ，而且現(xiàn)象明顯；

Ⅳ 學(xué)生還可觀察到CO尾氣處理燃燒時(shí)發(fā)出的藍(lán)色火焰，學(xué)生親身體驗(yàn)了如何消除CO對(duì)大氣的污染，增強(qiáng)了環(huán)保意識(shí)。

三、創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)：傳播微型實(shí)驗(yàn)的教育功能

1 .傳播綠色化學(xué)理念

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有現(xiàn)象明顯、效果良好、試劑用量少、實(shí)驗(yàn)費(fèi)用低、污染小、實(shí)驗(yàn)時(shí)間短且安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)了綠色化學(xué)的思想。

2. 轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式

化學(xué)新課程改革強(qiáng)化科學(xué)探究意識(shí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。這實(shí)際上是教學(xué)重心由教轉(zhuǎn)向?qū)W。它拓寬了學(xué)生科學(xué)探究的空間，讓學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)主動(dòng)地體驗(yàn)探究過(guò)程，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度，學(xué)會(huì)科學(xué)方法。

總之，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一種與常規(guī)實(shí)驗(yàn)相輔相成的實(shí)驗(yàn)方式，能夠開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生的思維品質(zhì)、創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)素養(yǎng)。