微型化学实验在化学教学中的研究及应用

刘晶晶铁岭师范高等专科学校，辽宁 铁岭 112000



微型化学实验在化学教学中的研究及应用

刘晶晶
铁岭师范高等专科学校，辽宁 铁岭 112000

摘要

关键词

微型化学实验是当前国际实验改革的一个前沿方向和热点，是在绿色化学思想的指导下，逐渐发展起来的能够减少化学污染的一种新的化学实验方法和技术。在化学教学中，开展微型化学实验，这既可以降低实验成本、减少污染物的排放，又能为学生提供大量动手操作的机会，利于激发学生的兴趣，而且由于微型化学实验试剂用量少、仪器简单等特点，可以让更多学生参与其中，成为实验的主体，有效地激发学生的求知欲和动手能力。

一、微型化学实验的发展概况

美籍华裔化学家马祖圣教授提出，微型化学实验是以尽可能少的试剂，获取所需化学信息的实验原理和技术。目前，关于微型化学实验的名称、定义和试剂的用量界限，国际上还没有一致的说法。其常见的英文名称有三个，分别是microscope chemical experiment（微型化学实验），microscope laboratory（微型实验）和microscope chemistry（微型化学）。［1］上世纪80年代初，微型化学实验首先出现在美国的大学。美国May和Pike等人在做基础有机化学实验的时候，为减少试剂用量和环境污染，将主要试剂的用量限制在mmol量级上进行微型制备，并取得了实验的成功。从而对微型化学实验的研究与应用变得流行起来。进入90年代以来，微型化学实验的研究也日趋广泛，许多国家也开始就微型化学实验开展了研究和应用工作，并取得了大量的研究成果。国际化学教育大会和IUPAC大会均把微型化学实验列为议题。我国微型化学实验的研究起步于90年代初，在我国化学界将微型化学实验简称为ML，定义为“在微型化的仪器装置中进行的化学实验，其试剂用量为常规用量的1/1 000～1/ 10，用量比对应的常规实验节省90%左右”。这一定义是在我国早期开展微型化学实验的周宁怀教授提出的。［2］1989年，我国高校化学教育研究中心把微型化学实验列入研究计划，经过努力，微型化学实验取得了一定成果。现在我国已有千余所大学、中学采用了微型化学实验来进行化学实验教学。

二、微型化学实验的教学功能

（一）实验仪器简单，降低实验成本

微型化学实验要用到微型实验仪器。主要有：教学仪器设备公司研制出的成套的微型化学实验仪器，或者是微型烧杯、微型试管、井穴板、微型两用吸滤瓶、点滴板、微量滴定管、双口烧瓶、微型蒸馏头、微型分馏头、真空冷指及微型酒精灯，等等。同时还可以利用注射器，青霉素瓶，一次性输液器等自制一些微型实验仪器。这些仪器的主要优点是仪器简单，价格便宜；用料少，缩短了反应时间并减少了对环境的污染；同时，有些微型化学实验仪器可由学生们亲自动手制得。在这个过程中，既能培养学生的创新能力和动手能力，也能增强学生的环保意识。［3］

（二）节省试剂，降低成本

微型化学实验仪器微小，因此，所用的试剂量少，一般来说常规实验试剂的几十到几千分之一就能满足实验的需要，［4］目前，在国际上对微型化学实验试剂的用量没有统一的标准，但在不影晌实验现象和实验结论的前提下，用少量试剂完成化学实验，是微型化学实验突出的、公认的主要特征。在常规化学实验中，有时需要消耗大量的试剂，因而对环境造成了影响。而在微型实验过程中，试剂用量少，使得实验成本大大降低，节省了实验的开支，为一些不发达地区开展实验提供了可能性，使更多学生可以接触到化学实验，并能亲自动手完成实验。

（三）降低排放，保障安全

在常规化学实验中，有些试剂用量大，因此，对环境有一定的污染。微型化学实验反应中产生的废气、废液、废渣的物质的量非常少，也更容易加以处理，这就减少了因为化学实验对实验室以及周边环境所产生的污染。微型化学实验在近几十年中的蓬勃发展也提高了人们的环保意识。常规实验中有些试剂大量采用会严重的污染环境，还有一些危险性较高的实验，为了确保安全，在教学中很难得以实施。微型化学实验的出现，使这些实验成为可能。微型化学实验的两大优点，仪器微型化和试剂用量微量化，使实验过程中产生的污染物大大的减少，由于污染物量少，处理也变得相对简单，这对师生身体的健康和对实验室周围环境都起到了保护作用。同时，由于微型化学实验所用的药品量少，实验室要储存的易燃、易爆、剧毒品的总量减少，对实验药品库的储存安全提供了保障。因此，微型化学实验能够解决环境污染和实验设施损耗等问题，它所带来的好处是显著而长远的。此外，利用微型化学实验仪器进行实验教学，实验操作过程中的危险性也得到了降低，增加了实验的安全系数。例如，试管炸裂、液体飞溅等。实验的安全性得到提高，实验室环境得到改善，学生也会更加放心、大胆地做实验，更有利于培养学生动手能力和创新能力。

（四）节省实践，开展简便

微型化学实验采用的装置和操作简单，节省了时间，使实验易于开展。［5］微型化学实验仪器比常规实验仪器体积小得多，有些仪器可以用日常生活中的物品作为替代品，既节省了开支又解决了因为没有实验仪器无法开展实验的问题。在操作过程中，有些常规实验所用的仪器装置复杂，实验前要做大量的准备工作，从仪器的装配和试剂的配制到实验后仪器的拆卸和试剂瓶的洗涤用去大量的时间，课堂上学生往往完不成实验，这就要占据学生们的休息时间甚至耽误学生们下节课的正常进行。而微型化学实验仪器简单易得、装置简单易行，由于实验试剂用量少，配制起来相对容易，同时也缩短了时间（一般可节省1/3时间），解决了在实验中因为时间不足而限制实验开展的问题，既节省了时间，又完成了教学要求。

（五）激发学生兴趣，提高动手能力

在微型化学实验中，很多实验仪器可用一些生活中的用品制得，同学们对此感到很新鲜，会产生强烈的好奇心，积极主动地参与制作的过程。在实验教学前，教师可以查阅搜集相关资料做好充分的准备，取材于生活中的物品，变废为宝。在实验教学过程中，以学生为主体，教师从旁引导协助，让每一名学生都能充分发挥想象力和创造力，做一些简单的实验仪器，增强动手能力。在这个过程中，学生通过亲自制备仪器和动手实验，不仅激发了学生对化学实验的兴趣，同时也发展了学生的创新思维，提高了学生的动手能力。

三、微型化学实验是绿色教育与创新教育的结合

微型化学实验之所以有强大的生命力，成为国际化学的发展趋势。分析其原因，除了微型化学实验有仪器简单、试剂用量少等优势外，还有一个重要的原因，即微型化学实验对环境污染小，它是在绿色化学思想指导下有创新的一项技术和方法。微型化学实验正是在绿色教育思想的指导下，能够减少化学污染并能有效地避免或减少“三废”的产生，增强人们的环保意识，使人们能够自觉地对废气、废液、废渣进行妥善处理，使绿色化学理念得到渗透和实施。微型化学实验还可以让每个学生亲自动手参与到化学实验中来，发挥主观能动性，制作出一些简易的微型化学实验仪器，发挥创造性思维；同时微型化学实验还有助于学生动手能力和探究能力的培养，从而改变常规教学中教师演示实验为主体，学生只是被动接受的传统实验教学模式，让学生有更多的机会参与到实验当中去，这是全面实施素质教育的有效途径。

四、设想与展望

（一）编写效果好的微型化学实验讲义

微型化学实验是在保障实验效果的前提下，试剂的减量和仪器的微缩。在实验微型化、实验试剂低浓度化、微型实验系列化的同时，还要保证实验效果可以达到准确、明显、安全、节时、节能、环保和方便等目的。同时，在实验过程中，还要激发学生对化学学习的兴趣、培养学生的动手能力、创新思维和观察能力，增强学生的环保意识，在实验过程中对于有毒有害的物质进行处理。基于这样的目的，教师应编写出目标明确、满足教学要求和减少环境污染的具体操作的讲义或教材。

（二）微型化学实验设备系统化

目前，市面上有很多成套的微型化学仪器。学校可以根据教学大纲的要求选用一些仪器，也可以用一些简单的原料进行制作、改造、开发等，从而锻炼学生的动手能力和创新能力。应用这些微型化学仪器使其操作与常规实验基本一致，以保证实验的顺利进行。逐步积累，最后形成适合自己学校教学目的的系统的微型化学实验仪器。

（三）扩大微型化学实验的适用范围

首先，以无机普化实验为切入点，对实验微型化、环保方面进行设计。在取得一定的进展之后，再将微型化学实验的理念向物化、有机、分析化学等实验渗透，使微型化学实验能够应用到更多的化学领域。微型化学实验的普及，既可以节约教学经费，还可以减少环境污染，为实现绿色化学打下良好的基础。微型化学实验的开展是艰巨的任务，应受到普遍重视。在努力形成微型实验的完整体系的同时，还要不断地总结经验，积极与其他教师与学者交流，从而推广微型化学实验的广泛应用。

［参 考 文 献］

［1］蔡亚萍.中学化学实验设计与教学论［M］.杭州:浙江教育出版社，2005.

［2］周宁怀.微型无机化学实验［M］.北京:科学出版社，2000.

［3］王霞晨.自制微型仪器，开展微型实验教学［J］.化学教育，1996（1）.

［4］陈志高.新课程背景下的高中化学实验微型化［J］.武汉工程大学学报，2011.

［5］苗深花，孟庆喜.微型化学实验的研究［J］.德州学院学报（自然科学版），2005（6）.

（责任编辑：彭琳琳）

Researchandapplicationofmicroscopechemicalexperimentinchemicalteaching

LIU Jingjing
College of Science，Tieling Normal College，Tieling 112008，China

Abstract：Microscope chemical experiment is an emerging new technology and new method of chemical experiments under green chemistry concept that is praised highly by home and abroad.It is an important way and means to implement the strategy of sustainable development in the field of chemistry. It introduces the development of microscope chemical experiment at home and abroad and applies microscope chemical experiment to chemical teaching in this article that being contribute to reform China's chemical experiments and improving students' innovation capacity and increasing students'environmental awareness.

Key Words：microscope chemical experiment；teaching function；green chemistry；innovation

微型化学实验是在绿色化学理念下新兴的一种化学实验的新技术和新方法，受到国内外的大力推崇。是在化学领域实施可持续发展战略的重要方法和手段。通过介绍国内外微型化学实验的发展情况，并将微型化学实验应用于教学中，从而有助于我国化学实验教学的改革，对提高学生的创新能力和增强学生的环保意识都有重要的作用。

微型化学实验；教学功能；绿色化学；创新能力

作者简介：刘晶晶（1984-），女，辽宁铁岭人，铁岭师范高等专科学校讲师，硕士，研究方向：化学教学。

收稿日期2016-03-09

中图分类号O6-3

文献标识码A