新课程理念下微型化学实验的探究*

窦丽娜 靳建华 刘玉荣

河南师范大学 河南新乡 453007

☆创新实验设计☆

新课程理念下微型化学实验的探究*

窦丽娜 靳建华 刘玉荣

河南师范大学 河南新乡 453007

基础教育新课程要求化学实验绿色化，我们针对传统化学实验存在的种种不足，开展了微型化学实验教学，从材料的搜集、药品的配制到实验操作的全过程都由学生亲自动手完成,提高了学生的动手能力,增强了学生环境保护的意识。

微型化学实验 新课程理念 化学实验绿色化

高等院校的重要任务是培养学生的学习能力，我们培养学生应该具有“搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力、科学探究能力以及交流合作的能力”。化学是一门以实验为基础的学科，化学实验也是普通高中化学课程的重要组成部分，化学课程的许多内容需要实验引用，这是其它课堂教学无法替代的。我们通过开展微型化学实验教学，培养学生构成专业知识及科学素养的能力，促进学生学习及认知方式的转变，同时实现化学实验教学的绿色化。

一、微型化学实验涵义

微型化学实验(“Micro scale chemical experiment或者是Micro scale laboratory)，简写为M.L。它从20世纪80年代初期在部分发达国家中首先推行的，是由美国的Mayo博士和他的同事们于1982年开始研究试用的一种新型的实验方法，是基于传统化学实验在理论上的微型化，也是为减少资源消耗和化学污染而发展起来的一种化学实验的新方法、新技术，是化学实验方法的变革。中国微型化学实验研究中心主任周怀宁认为，微型化学实验是在微型的化学仪器进行的化学实验。其试剂用量是常规的1/1000～1/10，用量比常规实验用量节省90%左右。学生在学习化学的过程中，利用微型实验进行探究活动，会不由自主地节约药品，微型化的实验仪器在一定程度上限制了药品的使用，也就培养了学生的节约意识。

我国于1988年末开始由十几所院校组成了微型化学实验课题研究协作组，本着立足于国内教学和各个学校的实际情况，在部分学校中采用实行的，能使操作者对实验进行综合规划具有灵活性，综合性和创造性。在当今大力推行新课程改革的情况下，微型实验符合新课改的三维体系目标，充分体现了自主化、人性化以及以人为本的情感价值培养的理念。

二、微型化学实验举例

在“化学教学论实验”及“化学实验教学设计与研究”的课程中实施的微型化学实验教学，改变了一人做大家看的局面，使学生由被动接受式变成了主动探索式。高等院校对学生的培养既要通过知识的传授过程来完成，也要进行自身的教育教学实践活动来体现，而微型实验正是符合这些要求。

1.滤纸的系列微型实验

(1)用滤纸进行焰色反应。滤纸实验：用镊子夹取蘸有金属盐浓溶液的滤纸片，或者把滤纸片用蒸馏水湿润，撒上少量金属盐的固体粉末，放在酒精灯火焰上灼烧。

常规实验：是蘸取元素溶液在酒精灯焰上灼烧。

(2)用滤纸做金属钠与水的反应(见图1)：

图1 钠与水的微型实验

(3)利用滤纸进行电化学实验(见图2)：

图2 钠与水常规实验

例如电解饱和食盐水：将一块滤纸平放在玻璃板上，用氯化钠酚酞溶液充分湿润，分别用碳棒、铁钉做成阴阳电极，处理过的滤纸轻轻将电极卷入其中，并接通电源。通电两分钟后，立即打开裹有碳棒的一段滤纸，滴入一滴碘化钾—淀粉溶液，滤纸变蓝，证明有氯气生成，再打开另一端，发现滤纸变红，证明NaOH在阴极生成。

又如Fe(OH)3胶体的电泳(见图3)，在一方形玻璃板上贴一张浸过KNO3溶液的滤纸P，A、B为两个夹纸用的铁夹，铁夹滤纸间各垫一个碳棒做电极，A为阳极，B为阴极，在两极中间平放一浸过Fe(OH)3胶体的滤纸条S。接通直流电源(电压为16V即可)，5到6分钟滤纸条靠阴极一侧颜色变深，10分钟后滤纸条靠阴极一侧红褐色加深，并扩展到滤纸P上。

(4)滤纸上的连续实验：在一张滤纸的中心处，滴一滴饱和的溴化钠溶液，待其湿润之后，再滴上一滴氯水，滤纸呈现黄色的斑点。在呈黄色的斑点处，再滴上一滴碘化钾溶液，滤纸上的斑点颜色变为浅褐色。在浅褐色的斑点处，再滴一滴淀粉溶液，滤纸上的斑点变为浅蓝色。该系列实验用滤纸代替了常规的试管，变间歇实验为连续实验，节约了时间，实验现象明显而又有趣。

2.实验所用试剂量少，节约实验成本，部分药品还可以回收利用。例如实验室乙醇氧化成乙醛的微型实验(见图4)。

图4 乙醇氧化成乙醛的微型实验

步骤：(1)用学生自制的玻璃弯曲管，在弯曲处加入5滴5%的重铬酸钾溶液，同时滴加2滴稀硫酸溶液，并且使之摇匀。(2)在上述溶液中继续加入2滴乙醇溶液，并且用酒精灯加热弯曲管底部。(3)加热反应并观察反应现象，液体颜色由橙红色变为绿色，用银氨溶液检验生成的物质为醛类物质。交警检验司机酒后开车的监测仪就是根据这个原理制成的。

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

又如在弯曲管内加入少量的二氧化锰，用滴管滴加几滴浓盐酸，进行氯气的半微量制取。利用这套装置还可以进行亚硫酸氧化成硫酸的实验等等。

3.微型实验使实验更加安全

在实验操作的过程中，有毒有害的气体对操作者产生较大的危害。而微型实验的操作，可以改善实验室环境更有利于实验操作的安全性。

例如：在化学实验中二氧化硫是常用的气体，采用微型实验的装置就可以减少废气的排出。

步骤：(1)在一只小试管中加入少量的固体亚硫酸钠，并且在试管口处塞上一双孔橡皮塞；(2)在一孔内插入带有稀硫酸的胶头滴管，在另外一孔内插入玻璃导管；(3)用胶头滴管逐渐滴加浓硫酸，并少许加热；(4)用湿润的品红试纸放到玻璃管口处，当品红试纸变蓝时证明有二氧化硫气体产生，开始收集气体。该反应是从反应的量上减少，并且操作起来相对传统实验要简单的多，可以简易的制取少量的SO2。

反应原理：Na2SO3(固)+ H2SO4Na2SO4+H2O+SO2

4.微型实验在操作的过程中减少了剩余废液的排放

例如实验室制取氢气并验证氢气的爆鸣实验。

步骤：(1)用丢弃的医药塑料瓶作为反应溶液，在瓶口处加一个双孔橡皮塞，并在瓶中加入少量的锌粒；(2)用少量洗涤剂配成洗涤液，在一孔处插入一装有稀硫酸的胶头滴管，另外一孔插入细玻璃管，挤压胶头滴管逐渐加入硫酸；(3)在玻璃管口处蘸取少量洗涤液，待有气泡产生时，点燃气泡、观察现象。

该实验不会产生太多酸性废弃液，并且现象明显，安全性较高，还具有较高的趣味性，并且产生的气泡会在空中上升，这样也就证明了氢气比空气轻，有利于学生自己进行操作。

5.利用微型实验还可以做到实验组合的绿色化。即在有机化学实验的教学过程中，尽量寻找各单元或者实验之间的联系，确立其一实验产物与另外一实验产物的联系，以减少废弃物的排放，提高试剂的利用率。例如环己烯环已酮、己二酸的制备其原料都是环己醇。在教学过程中培养学生的环保意识。

除此之外，在实验教学的过程中我们还开展了利用注射器的密闭性作为反应容器，如Cu和稀硝酸的反应等；药片压膜代替点滴板开展众多小型实验，如食盐或食品中碘的检测；将收集的输液管改为实验中所用的导管；丢弃的喷雾香水瓶和花露水瓶作为生活小实验中的喷雾器等等。

三、结束语

实验仪器具有体积小质量轻造价低等特点，部分仪器还可以从现实生活中寻找替代品。让学生自己组装实验仪器装置，为他们提供了实验操作的机会，采用微型实验教学模式，更能够促进学生学习如何自主地发现问题，如何设计实验，如何用学过的知识来解决问题或者发现新的规律等，同时也能够更加激发学习的动力。

另外，在微型化学实验中，尽量使用最小量的药品，符合绿色化学的要求。当然微型实验本身也具有一定的局限性，就其仪器来讲，相对于常规仪器比较小，在清洗方面要有微型的用具，一些需要定性定量测定的物质还必须采用常规实验。微型实验的仪器与操作和实际生产工艺的差距较大，由微型实验探索得到的反应条件，应进行放大试验后方可应用。所以在实际教学过程中，不能完全用微型实验替代常规实验，而是两者相互结合。总之，微型实验教学在高等院校很有必要开展，它符合新一轮课程改革的理念。

[1]王祖浩.化学问题设计与问题解决[M].北京：高等教育出版社，2003

[2]苗深花.高师化学实验设计研究[D].曲阜师范大学，2004，3～4

[3]潘鸿章.中学化学实验研究与创新[M].海南：南方出版社，2001

[4]李广洲,陆真.化学教学论实验[M].北京：科学出版社，2005(第二版)

[5]袁华,吴莉,邓惠文,等.有机化学实验中的绿色化学教育[J].科技创新报，2008，16：211

[6]陈晨.高师开展微型化学实验研究型课程的实践研究[D].南京师范大学，2004

2009-09-28

窦丽娜，硕士研究生。靳建华(通讯作者)，理学硕士，副教授，硕士研究生导师。

*本文系河南省教育厅教基[2009]252号河南省高中新课程实验研究项目。