竇麗娜 靳建華 劉玉榮

河南師范大學(xué) 河南新鄉(xiāng) 453007

☆創(chuàng)新實驗設(shè)計☆

新課程理念下微型化學(xué)實驗的探究*

竇麗娜 靳建華 劉玉榮

河南師范大學(xué) 河南新鄉(xiāng) 453007

基礎(chǔ)教育新課程要求化學(xué)實驗綠色化，我們針對傳統(tǒng)化學(xué)實驗存在的種種不足，開展了微型化學(xué)實驗教學(xué)，從材料的搜集、藥品的配制到實驗操作的全過程都由學(xué)生親自動手完成,提高了學(xué)生的動手能力,增強了學(xué)生環(huán)境保護的意識。

微型化學(xué)實驗 新課程理念 化學(xué)實驗綠色化

高等院校的重要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，我們培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)該具有“搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力、科學(xué)探究能力以及交流合作的能力”?；瘜W(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)實驗也是普通高中化學(xué)課程的重要組成部分，化學(xué)課程的許多內(nèi)容需要實驗引用，這是其它課堂教學(xué)無法替代的。我們通過開展微型化學(xué)實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)成專業(yè)知識及科學(xué)素養(yǎng)的能力，促進學(xué)生學(xué)習(xí)及認知方式的轉(zhuǎn)變，同時實現(xiàn)化學(xué)實驗教學(xué)的綠色化。

一、微型化學(xué)實驗涵義

微型化學(xué)實驗(“Micro scale chemical experiment或者是Micro scale laboratory)，簡寫為M.L。它從20世紀80年代初期在部分發(fā)達國家中首先推行的，是由美國的Mayo博士和他的同事們于1982年開始研究試用的一種新型的實驗方法，是基于傳統(tǒng)化學(xué)實驗在理論上的微型化，也是為減少資源消耗和化學(xué)污染而發(fā)展起來的一種化學(xué)實驗的新方法、新技術(shù)，是化學(xué)實驗方法的變革。中國微型化學(xué)實驗研究中心主任周懷寧認為，微型化學(xué)實驗是在微型的化學(xué)儀器進行的化學(xué)實驗。其試劑用量是常規(guī)的1/1000～1/10，用量比常規(guī)實驗用量節(jié)省90%左右。學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)的過程中，利用微型實驗進行探究活動，會不由自主地節(jié)約藥品，微型化的實驗儀器在一定程度上限制了藥品的使用，也就培養(yǎng)了學(xué)生的節(jié)約意識。

我國于1988年末開始由十幾所院校組成了微型化學(xué)實驗課題研究協(xié)作組，本著立足于國內(nèi)教學(xué)和各個學(xué)校的實際情況，在部分學(xué)校中采用實行的，能使操作者對實驗進行綜合規(guī)劃具有靈活性，綜合性和創(chuàng)造性。在當今大力推行新課程改革的情況下，微型實驗符合新課改的三維體系目標，充分體現(xiàn)了自主化、人性化以及以人為本的情感價值培養(yǎng)的理念。

二、微型化學(xué)實驗舉例

在“化學(xué)教學(xué)論實驗”及“化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計與研究”的課程中實施的微型化學(xué)實驗教學(xué)，改變了一人做大家看的局面，使學(xué)生由被動接受式變成了主動探索式。高等院校對學(xué)生的培養(yǎng)既要通過知識的傳授過程來完成，也要進行自身的教育教學(xué)實踐活動來體現(xiàn)，而微型實驗正是符合這些要求。

1.濾紙的系列微型實驗

(1)用濾紙進行焰色反應(yīng)。濾紙實驗：用鑷子夾取蘸有金屬鹽濃溶液的濾紙片，或者把濾紙片用蒸餾水濕潤，撒上少量金屬鹽的固體粉末，放在酒精燈火焰上灼燒。

常規(guī)實驗：是蘸取元素溶液在酒精燈焰上灼燒。

(2)用濾紙做金屬鈉與水的反應(yīng)(見圖1)：

圖1 鈉與水的微型實驗

(3)利用濾紙進行電化學(xué)實驗(見圖2)：

圖2 鈉與水常規(guī)實驗

例如電解飽和食鹽水：將一塊濾紙平放在玻璃板上，用氯化鈉酚酞溶液充分濕潤，分別用碳棒、鐵釘做成陰陽電極，處理過的濾紙輕輕將電極卷入其中，并接通電源。通電兩分鐘后，立即打開裹有碳棒的一段濾紙，滴入一滴碘化鉀—淀粉溶液，濾紙變藍，證明有氯氣生成，再打開另一端，發(fā)現(xiàn)濾紙變紅，證明NaOH在陰極生成。

又如Fe(OH)3膠體的電泳(見圖3)，在一方形玻璃板上貼一張浸過KNO3溶液的濾紙P，A、B為兩個夾紙用的鐵夾，鐵夾濾紙間各墊一個碳棒做電極，A為陽極，B為陰極，在兩極中間平放一浸過Fe(OH)3膠體的濾紙條S。接通直流電源(電壓為16V即可)，5到6分鐘濾紙條靠陰極一側(cè)顏色變深，10分鐘后濾紙條靠陰極一側(cè)紅褐色加深，并擴展到濾紙P上。

(4)濾紙上的連續(xù)實驗：在一張濾紙的中心處，滴一滴飽和的溴化鈉溶液，待其濕潤之后，再滴上一滴氯水，濾紙呈現(xiàn)黃色的斑點。在呈黃色的斑點處，再滴上一滴碘化鉀溶液，濾紙上的斑點顏色變?yōu)闇\褐色。在淺褐色的斑點處，再滴一滴淀粉溶液，濾紙上的斑點變?yōu)闇\藍色。該系列實驗用濾紙代替了常規(guī)的試管，變間歇實驗為連續(xù)實驗，節(jié)約了時間，實驗現(xiàn)象明顯而又有趣。

2.實驗所用試劑量少，節(jié)約實驗成本，部分藥品還可以回收利用。例如實驗室乙醇氧化成乙醛的微型實驗(見圖4)。

圖4 乙醇氧化成乙醛的微型實驗

步驟：(1)用學(xué)生自制的玻璃彎曲管，在彎曲處加入5滴5%的重鉻酸鉀溶液，同時滴加2滴稀硫酸溶液，并且使之搖勻。(2)在上述溶液中繼續(xù)加入2滴乙醇溶液，并且用酒精燈加熱彎曲管底部。(3)加熱反應(yīng)并觀察反應(yīng)現(xiàn)象，液體顏色由橙紅色變?yōu)榫G色，用銀氨溶液檢驗生成的物質(zhì)為醛類物質(zhì)。交警檢驗司機酒后開車的監(jiān)測儀就是根據(jù)這個原理制成的。

其原理是：K2Cr2O7+4H2SO4+3C2H5OH=K2SO4+Cr2(SO4)3+7H2O+3CH3CHO K2Cr2O7+4H2SO4+3CH3CHO=K2SO4+Cr2(SO4)3+4H2O+ 3CH3COOH

又如在彎曲管內(nèi)加入少量的二氧化錳，用滴管滴加幾滴濃鹽酸，進行氯氣的半微量制取。利用這套裝置還可以進行亞硫酸氧化成硫酸的實驗等等。

3.微型實驗使實驗更加安全

在實驗操作的過程中，有毒有害的氣體對操作者產(chǎn)生較大的危害。而微型實驗的操作，可以改善實驗室環(huán)境更有利于實驗操作的安全性。

例如：在化學(xué)實驗中二氧化硫是常用的氣體，采用微型實驗的裝置就可以減少廢氣的排出。

步驟：(1)在一只小試管中加入少量的固體亞硫酸鈉，并且在試管口處塞上一雙孔橡皮塞；(2)在一孔內(nèi)插入帶有稀硫酸的膠頭滴管，在另外一孔內(nèi)插入玻璃導(dǎo)管；(3)用膠頭滴管逐漸滴加濃硫酸，并少許加熱；(4)用濕潤的品紅試紙放到玻璃管口處，當品紅試紙變藍時證明有二氧化硫氣體產(chǎn)生，開始收集氣體。該反應(yīng)是從反應(yīng)的量上減少，并且操作起來相對傳統(tǒng)實驗要簡單的多，可以簡易的制取少量的SO2。

反應(yīng)原理：Na2SO3(固)+ H2SO4Na2SO4+H2O+SO2

4.微型實驗在操作的過程中減少了剩余廢液的排放

例如實驗室制取氫氣并驗證氫氣的爆鳴實驗。

步驟：(1)用丟棄的醫(yī)藥塑料瓶作為反應(yīng)溶液，在瓶口處加一個雙孔橡皮塞，并在瓶中加入少量的鋅粒；(2)用少量洗滌劑配成洗滌液，在一孔處插入一裝有稀硫酸的膠頭滴管，另外一孔插入細玻璃管，擠壓膠頭滴管逐漸加入硫酸；(3)在玻璃管口處蘸取少量洗滌液，待有氣泡產(chǎn)生時，點燃氣泡、觀察現(xiàn)象。

該實驗不會產(chǎn)生太多酸性廢棄液，并且現(xiàn)象明顯，安全性較高，還具有較高的趣味性，并且產(chǎn)生的氣泡會在空中上升，這樣也就證明了氫氣比空氣輕，有利于學(xué)生自己進行操作。

5.利用微型實驗還可以做到實驗組合的綠色化。即在有機化學(xué)實驗的教學(xué)過程中，盡量尋找各單元或者實驗之間的聯(lián)系，確立其一實驗產(chǎn)物與另外一實驗產(chǎn)物的聯(lián)系，以減少廢棄物的排放，提高試劑的利用率。例如環(huán)己烯環(huán)已酮、己二酸的制備其原料都是環(huán)己醇。在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識。

除此之外，在實驗教學(xué)的過程中我們還開展了利用注射器的密閉性作為反應(yīng)容器，如Cu和稀硝酸的反應(yīng)等；藥片壓膜代替點滴板開展眾多小型實驗，如食鹽或食品中碘的檢測；將收集的輸液管改為實驗中所用的導(dǎo)管；丟棄的噴霧香水瓶和花露水瓶作為生活小實驗中的噴霧器等等。

三、結(jié)束語

實驗儀器具有體積小質(zhì)量輕造價低等特點，部分儀器還可以從現(xiàn)實生活中尋找替代品。讓學(xué)生自己組裝實驗儀器裝置，為他們提供了實驗操作的機會，采用微型實驗教學(xué)模式，更能夠促進學(xué)生學(xué)習(xí)如何自主地發(fā)現(xiàn)問題，如何設(shè)計實驗，如何用學(xué)過的知識來解決問題或者發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律等，同時也能夠更加激發(fā)學(xué)習(xí)的動力。

另外，在微型化學(xué)實驗中，盡量使用最小量的藥品，符合綠色化學(xué)的要求。當然微型實驗本身也具有一定的局限性，就其儀器來講，相對于常規(guī)儀器比較小，在清洗方面要有微型的用具，一些需要定性定量測定的物質(zhì)還必須采用常規(guī)實驗。微型實驗的儀器與操作和實際生產(chǎn)工藝的差距較大，由微型實驗探索得到的反應(yīng)條件，應(yīng)進行放大試驗后方可應(yīng)用。所以在實際教學(xué)過程中，不能完全用微型實驗替代常規(guī)實驗，而是兩者相互結(jié)合?？傊⑿蛯嶒灲虒W(xué)在高等院校很有必要開展，它符合新一輪課程改革的理念。

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2009-09-28

竇麗娜，碩士研究生。靳建華(通訊作者)，理學(xué)碩士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。

*本文系河南省教育廳教基[2009]252號河南省高中新課程實驗研究項目。