微型实验在中学化学教学中的应用(赵万林).doc

微型化学实验在中学化学教学中的应用湖北省襄阳市襄州区第三中学 赵万林摘要：微型化学实验在化学教学中的应用，可以带来化学学习方式的变革，与当今倡导的自主学习、合作学习和探究学习相结合的学习方法相吻合。微型化学实验的研究应用与绿色化学的关系密切，本文从环保的高度，探索微型化学实验应用的“四化”原则，即实验设备的微型化、实验药品的最小化、实验现象的最大化、实验教学的绿色化。又列举了微型化学实验的教学实践范例。最后指出了微型化学实验在实践中的注意事项。关键词：微型化学实验 原则 应用一、问题的提出“绿色化学”是21世纪化学发展的主导方向，“绿色化学”要求从根本上消灭污染，是一门能彻底阻止污染产生的科学。它包括“原料的绿色化”“化学反应的绿色化”“产物的绿色化”等内容。其中“化学反应的绿色化”要求原料物质中所有的原子完全被利用且全部转入期望的产品中，这一点重在强调化工生产中要重视环保。在化学教学中注意环保问题我们实施了微型化学实验教学。微型化学实验教学大大地节约了药品，减少了污染，增加了学生的动手操作机会，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的学习效率，而且实现了“化学教学的绿色化”。我们提出的“化学教学的绿色化”就是在化学实验教学过程中尽量使用最少量的药品，产生最小的环境污染，出现最明显的实验现象，达到良好的实验效果。微型化学实验的应用恰好能实现“化学教学的绿色化”，因此研究微型化学实验在化学教学中的应用很有必要。二、微型化学实验“四化”原则1.实验设备的微型化。微型化设备是指仪器的缩小化，以便于学生使用和收藏，而且便于学生随身所带，在化学课堂教学和课外实践活动中以及研究性学习中发挥重要的作用，何时使用何时取出，而且仪器的整理和清洗简单易行。微型化实验设备可以利用生活的废旧物质自制简易仪器，也可以购买微型仪器，例如，杭州师院化学系研制的2638型塑料多用滴管和井穴板。微型实验教学与常规的实验教学不同在表观上是仪器的微小化。2.实验药品的最小化。化学实验中若没有指明实验过程中药品的用量，一般取用最小量，液体取12毫升，固体只需盖满试管底部为宜。常规实验教学中学生往往取用药品达不到这个要求，总以为药品少了实验现象会不明显。而微型实验的应用很好得控制了药品的取用量，达到了实验药品的最小化。3.实验现象的最大化。因为微型实验教学时，学生每人一套实验器材，（老一辈化学家戴安邦院士曾为微型化学实验研究中心题辞中指出：大力推行微型化学实验，使全国中学的化学教学皆有学生单人实验，以加强化学教学的素质教育作用。）一般演示实验学生都可以改为学生实验，他们动手操作，而且观察的距离拉近，观察更加细微，描述更加准确和全面，从而达到了实验现象的最大化。如果某些实验不能使用微型仪器，或者使用微型仪器，现象不明显，那么就不要死板硬套，因为这样做违反了应用微型实验现象最大化的原则。4.实验教学的绿色化。不论是常规实验教学，还是微型实验教学的设计都遵守同样的原则，也就是实验教学要符合“绿色化学”教学的思想，在教学过程中，尽量使用最小量的药品，不产生环境污染或者产生的环境污染最小化。在某种程度上说微型实验较之常规实验教学污染少，可以达到污染的最小化，符合了“绿色化学”的要求，这也正是微型化学实验研究的意义所在。国际微型化学研究之所以蓬勃发展，方兴未艾，就是因为微型化学研究与世界瞩目的环境污染问题息息相关，当今世界的两大主题仍然是和平和发展，发展经济带来的生存环境的恶化，正影响着地球上的每一个人，SARS病毒的出现，全世界的人们正生活在恐慌之中。人类损害了周围的环境，发展了经济，同时也承担着破坏环境带来的痛苦，不是病毒消灭了人类，而是人类自己消灭了自己。怎样发展经济又不带来灾难，只有走可持续发展的道路。对于我们的教学和科研，应从保护环境的一点一滴做起，从改进实验教学入手，选择微型实验教学实现实验教学的绿色化。三、微型化学实验的研究应用1.常规演示实验改为学生微型实验。义务教育初级中学化学课本第八章第二节几种常见的酸一节中，需要演示酸碱指示剂在酸、碱溶液中变色的实验，以便学生形成酸碱指示剂的概念，常规演示实验教师在上面动手操作，学生被动的观察，由于距离的原因，学生不能体会实验的过程和成功的喜悦，形成的实验结论在头脑中的印象不深刻。若把该实验变为学生微型研究性实验，学生利用微型仪器自己设计实验方法，明确实验目的，提出假设，设计实验步骤，观察得出结论。例如某学生的实验设计如下：实验前学生思考的问题：石蕊、酚酞是什么？如何配置石蕊、酚酞试液？它们在溶液显的颜色有何不同？石蕊、酚酞在酸碱溶液中的显色有何规律？如何提取花瓣或果皮中的色素？花瓣和果皮中的色素在酸碱溶液的变色情况如何？能否用某些花瓣或果皮中色素检验溶液的酸碱性？如果是演示实验，学生根本不会发现这么多的问题。原因是教师没有给他们创设自主学习和合作学习的氛围和研究性学习的开放的创新的“自由”的时空。【1】实验目的：通过实验确定石蕊试剂和酚酞试剂在酸、碱溶液中变色现象有何不同。探究植物的花瓣或果皮浸取液在酸碱溶液的变色现象。【2】实验用品：多用滴管和9孔井穴板，稀盐酸、稀硫酸、氢氧化钙溶液、氢氧化钠溶液、蒸馏水、大红月季花、紫菊花、紫萝卜皮、酒精溶液【3】实验步骤： 石蕊、酚酞溶液在酸碱中的变色。用多用滴管往9孔井穴板的井穴中分别加入1滴管稀盐酸溶液、稀硫酸溶液、蒸馏水、氢氧化钠溶液和氢氧化钙溶液，先分别滴加1滴石蕊溶液，观察并记录现象；然后另取上述五种液体，分别滴加1滴酚酞溶液，观察并记录现象。试验用水作溶剂提取花瓣或果汁的色素。利用榨汁机榨取花瓣和果皮的色素，分别做上述实验，观察并记录实验现象。试验用酒精溶液（乙醇与水的体积比为1：1）作溶剂提取花瓣或果汁的色素。利用榨汁机榨取花瓣和果皮的色素，分别做上述实验，观察并记录实验现象。总结色素在酸碱溶液中的变色情况。（见附表一）归纳酸碱指示剂的概念。学生写出实验过程中的情感与体验。通过这样的微型实验过程，学生在探究中获取了知识，形成了实事求是的科学态度和一丝不苟的科学精神，培养了动手能力和手脑结合的协调能力，丰富了学生的情感体验，也取得良好的教学效果。2.危险性高的实验变为安全性高的实验。学习氢气的可燃性，教材上设计了氢气在空中燃烧的实验，常规实验利用启普发生器制取氢气，而且要经过验纯，该实验有一定的危险性，并可以对学生进行安全教育。若启发学生利用微型仪器进行设计该实验，可以化验为夷，而且学生兴趣大增。以下是学生设计的实验：设计一（见下图1）：在一个100mL的塑料瓶装满体积比为1：4稀硫酸溶液，再往其中加入4粒金属锌，然后立即塞上塞子，塞子上连接一个带活塞的尖嘴导管。倒转瓶子置于水中，打开活塞，生成的气体将液体排入烧杯中，反应结束后关闭活塞，将瓶子正转过来，在尖嘴处点燃气体。这样设计点燃氢气前不需要验纯，而且燃烧现象明显，不会有氢气多了无处去的顾虑。该设计的更大优点是安全性与趣味性提高了。设计二（见下图2）：在多用滴管的上部一侧挖一黄豆粒大小的小孔，在小孔的周围以及多用滴管的顶部用烧热的铁钉扎一些小孔，使多用滴管的底部好象筛子一样，在多用滴管的另一端插上注射器的针头。从小孔处装入4粒金属锌，放入井穴板装有稀硫酸的孔穴中，一会儿后，把注射器针头横放点火，开始时可以听到轻微的“爆爆”声，之后，可以看到氢气在空气中安静的燃烧，火焰呈淡蓝色，在上方罩一干燥的烧杯，可以观察到烧杯壁上有水珠出现。这样设计操作简便，药品的用量减少最少，而且随时可以控制反应的进行，安全可靠，富有创意。H2锌稀硫酸图1锌与稀硫酸反应及氢气的燃烧实验锌稀硫酸图2利用井穴板和多用滴管做制取氢气和氢气燃烧实验注射器针头多用滴管井穴板 3.浪费型实验转为节约型实验。“化学教学的绿色化”要求药品的用量实现最小化，厉行节约并不仅仅是反对浪费，而是从环境保护入手，培养学生从一点一滴做起，从自身做起，珍惜自然，爱护环境，做环保的志愿者，积极宣传“环境保护，人人有责”思想。学生学习化学的过程中，利用微型化学实验进行探究活动，会不由自主地节约药品，因为微型化的实验仪器可以一定程度上限制药品的使用。例如上例实验设计2中，金属和酸液的取用，都受到了仪器大小的限制。药品取用减少了，残留减少了，对环境的作用减弱了。再如实验设计1中，酸液从瓶中排出，还可以循环使用以免浪费。当然教学过程中，只要善于引导学生发挥微型实验的优点，将浪费型实验转为节约型实验，这种行为实际上也为环保立了大功。四、微型实验在教学中应用的两点注意1.微型化学实验教学倡导学生根据学习需要，利用生活中废弃物或学校提供的微型化仪器，自主地设计实验，探究丰富多彩的化学世界，丰富学生的学习生活，培养学生的动手能力、语言表达能力、合作交流的能力、办事情的能力等综合能力，树立学生的环保意识和“人人为我，我为人人”的社会责任感。在这个过程中，科学精神和科学态度的养成是我们实施教学的主旨。因此，实施微型实验教学必须注意实验的科学性原则，不能违背科学真理。在探索实验过程中，不能让学生根据实验的表象得出错误的结论，教师应适时的给予指导，引导学生形成正确的知识。虽然新理念下的学习方式提倡自主学习、合作学习与探究学习相结合，但是教师的指导或启发是绝对不能忽视的。教师指导微型化学实验更是十分必要。2.进行化学实验教学时，要兼顾实验效果的同时，考虑如何使用微化仪器。决不能为“微化”而“微化”，结果微化了实验，达不到实验目的。另外，也不能一味地改进教材上的实验，因为教材上的实验设计是有关专家集体智慧的结晶。这样讲并不是不提倡创新，因为继承是创新的前提。附表一 溶液色素溶液酸溶液中性溶液碱溶液稀盐酸稀硫酸蒸馏水氢氧化钠