微型实验

叶 杰

摘要:本文论述了开展微型化学实验的必要性,如激发学生的实验兴趣,培养学生的观察能力,增强学生的环保意识,培养学生的动手能力、实践和创新能力,同时也指出了微型化学实验的不足,提出了微型化学实验的实施和设计原则:即科学性、可行性、简约性、安全性、创新性、实践性原则。本文就微型实验在中学化学教学中的应用与开展作一论述。

关键词:微型实验;中学化学;教学

化学是一门以实验为基础的学科,微型化学实验(Microscale Chemical Experiment或Microscale Laboratory简写为ML)是20世纪80年代崛起的,国际上公认的能体现绿色化学理念的一种化学实验的新技术和新方法。它是在微型化的仪器装置中进行的化学实验,其两个基本特征是:仪器微型化,试剂用量少。微型化学实验并不是常规实验的简单缩微或减量,而是要在微型化条件下对实验进行重新设计与探索,达到以尽可能少的试剂来获取尽可能多的化学信息的目的。用于教学的微型实验还要有现象明显、便于操作、效果优良、成本低、易推广的特点。本文就微型实验在中学化学教学中的应用与开展作一论述。

一、开展微型化学实验的必要性

1. 开展微型化学实验,激发学生的实验兴趣

爱因斯坦说:“兴趣是最好的老师。”微型实验仪器构思巧妙、装置新颖、外观精美,它虽是实验用具却像玩具。微型化学实验,改变了传统的实验内容和实验要求过于划一的格局,采用同一实验项目设计几种不同的原料或几个不同的用量,由学生选做的方法。教师在教学过程中起设计、引导、疏导、诱导作用,启发学生思维,充分发挥了学生的教学主体作用,使学生由被动学习转向主动学习,由教学生学会转到教学生会学,充分调动了学生学习的积极性。学习化学的目的是培养学生运用所学的化学知识和科学方法分析和解决问题。在学了“分子的运动”后,我给学生出了一道题“请你根据生活经验,设计简易的实验证明分子在不停地运动”。“在身上擦一点风油精,走进教室就行了”,学生轻而易举地就解决了问题。

2. 开展微型化学实验,增强学生的环保意识

长期以来,在常规化学实验中,试剂用量大、污染物多,许多危害环境的反应物未经任何处理就排放到环境中。在中学化学实验教学中开展微型实验,可以培养学生的绿色化学意识,微型化学实验是绿色化学的一项实验方法和技术,它要求实验应满足5R原则:①Reduction(减少用量),②Reuse(回收使用),③Rejection(拒用危害品),④Recycling(循环使用),⑤Regeneration(再生使用)。因此,使用微型化学实验技术,可以将污染物的排放降至最低。

例如,氯气的制取和性质实验:①在常规实验中,试剂用量大,产生的氯气多,实验室内氯气弥漫,对学生身体造成伤害。即便用排气扇将氯气排出室外,也会对环境造成污染。②在微型实验中,只要取一粒芝麻大小的高锰酸钾晶体放入管壁粘有湿润的碘化钾—淀粉试纸的微型试管中,用多用滴管于晶体上滴加1～2滴浓盐酸,再用浸润了稀氢氧化钠溶液的棉花团盖住试管口。片刻后,从试管侧面可观察到黄绿色气体,碘化钾—淀粉试纸呈现蓝色圆斑。整个实验过程中没有氯气排放,对环境无任何不良影响,学生的身体健康也得到了保障。布置学生回家洗碗碟、洗衣服,然后交流怎样洗得又干净又节约水;对比着给几盆花施肥,哪盆花儿长得更好。这些都会在学生的潜意识中培养环保的意识。经过对微型化学实验与常规化学实验的比较,学生会自然而然地养成环保理念,为他们在今后的工作中实施绿色化学打下坚实的基础。

3. 开展微型化学实验,培养学生的动手能力

微型实验最显著的特点就是实验仪器简单、简便,实验药品需要量少,适宜学生独立或合作完成。化学课中的演示实验在整个化学实验中占有很大的比例,如果将演示实验改为学生用微型仪器操作,就可以增加每位学生的实验机会。凡是微型实验能操作的演示实验,我们都可以放手让学生去做,这样既增加了学生的动手实验能力,又提高了实验课的效益。

4. 开展微型化学实验,培养学生的实践和创新能力

从思维科学的角度来看,采用微型化学实验进行化学教学,能促进学生左右脑的协调发展,是培养学生创造性思维和创新能力、实施素质教育的有效途径。我们要将操作实验的主动权交给学生,全面提高学生素质,从培养学生创新能力的理念出发,实施微型实验教学活动,改变传统的教学模式。

如在进行电解水微型实验后,有同学提出水中不加NaOH而改加其他电解质会有何现象?我们进行微型化学实验。有同学用NaCl做电解质发现会生成一种黄绿色刺激性气体(原因是食盐水配得较浓2Cl--2e=Cl2),且溶液呈碱性。微型化学实验提高了学生的动手率,激发了学生的好奇心和求知欲,而新颖的实验方式更培养了学生的发散思维和辐射思维,使思维的敏感性、灵活性、独创性得到加强,进而造就学生出众的意志品质和发现问题、解决问题的能力。对强化素质教育有积极作用,在教学中起到了良好效果。

二、微型化学实验的不足

但是任何事物都有其两面性,微型实验也有不足之处,如某些实验操作(加热、搅拌、过滤、萃取等)不太方便,难度较大,实验条件控制的精确度较低,定量实验的难度和误差都较大,实验现象的可见范围小,不适宜做演示实验等,较多忽视基本操作的规范性,较少考虑实验中有关的安全因素等。因此,微型实验虽然具有许多优越性,但也并不是所有实验都可用之代替的。在教学中,应根据实验的内容、目的、现象和定量要求等进行选择,使常规实验和微型实验相结合,两者取长补短,这样可以发挥更好的教学效果。

三、微型化学实验的实施和设计原则

为了使微型化学实验的目的顺利实施,要对该项化学实验所涉及的一系列具体问题进行认真的分析和周密的思考,对化学实验的化学原理、对参加化学反应的各种物质的性质要有较全面、较深入的了解和认识。按照化学反应原理,根据化学反应物和生成物的性质、实验条件的控制、发生反应时可能产生的变化,来预选实验方法和手段。甚至对选用仪器的规格、仪器的联结安装方式都要仔细考虑,然后确定实验操作的程序和步骤。概括起来,微型化学实验设计应遵循以下基本原则:

1. 科学性原则

科学性原则是微型化学实验设计的首要原则。所谓科学性,首先是实验原理、实验装置、实验操作程序和方法的正确性,即必须与化学理论知识和化学实验方法相一致。其次是实验设计要具有科学思想和科学方法的教育因素。如果在设计中缺乏科学态度和方法,往往稍有疏忽就会出现科学性错误。

2. 可行性原则

可行性是指设计微型化学实验时所运用的实验原理和方法在实施中切实可行,所选用的实验药品、仪器、设备和方法在现有条件下能够得到满足。

3. 简约性原则

所谓简约性是指要尽可能采用简单的实验方案、实验装置,用较少的实验步骤和实验药品,在较短的时间内来完成实验。更具体地说,就是装置简单、操作简便、现象明显、节约药品、节约时间、安全可靠、不产生污染,使整个实验过程尽可能少受干扰,学生能将精力集中在操作、观察和探究上。

4. 安全性原则

实验仪器装置的取材要尽量简易安全;药品的使用尽可能不用危害品或减少用量、循环使用、回收利用、减少三废、提高实验的安全程度;实验设计的内容应包括对有毒物质进行无害处理的设计操作。

5. 创新性原则

微型化学实验的设计不是对常规实验的简单缩小,而是根据常规实验的目的、原理和要求进行科学创新。在实验设计中尽可能采用一些最新的科学知识和技能,运用科学的方法和手段解决设计过程中出现的问题;实验设计的内容应显示出一定的创造智慧和策略,要敢于标新立异,具有新颖性。

微型化学实验仪器融教具、学具、玩具于一体,开展微型实验不受时间、空间和场地的限制,在学校、在课外、在家庭随时可做,是化学学科推进素质教育的有效手段。它提高了学生的动手率,激发了学生的好奇心和求知欲。新颖的实验方式更培养了学生的发散思维和辐射思维,使学生思维的敏感性、灵活性和独创性得到加强。微型化学实验的开展,改变了目前教育中学生死记硬背、呆板被动的学习方式。学生兴趣昂然地投入到微型化学实验之中与被动地应付考试形成强烈的反差,促使化学教学由以说教为主的“教师为中心”的模式向挖掘受教育者潜能的以“学生为主体”的教学模式转变。国内外实践证明:广泛开展微型化学实验,有利于培养学生分析问题、解决问题的能力,有利于对学生进行全面的化学素质教育。总之,微小的力量也是巨大的,开展微型化学实验可以全方位地提高学生的科学素质,是21世纪化学学科素质教育的必由之路。

参考文献:

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(乐清市虹桥镇第二中学)