国外高中化学开展的特色微型实验

孙立泽+韦柳娅

摘 要 针对高中化学实验教学现状，着眼于学生未来发展，培养符合时代要求的高素质人才，重点介绍及改進国外教材或文献中与其他学科联系、与人类生活密切相关的特色微型实验，以期为我国化学课程改革实践提供参考。

关键词 高中化学；实验教学；微型实验

中图分类号：G633.8 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）22-0166-03

Necessity and Examples of Developing Characteristic Micro-

scope Experiments in Senior High School Chemistry Experi-ment Teaching//SUN Lize， WEI Liuya

Abstract In view of the present situation of high school chemistry experiment teaching， focusing on the future development of the stu-dents and training high quality talents to meet the requirements of the time， we introduce and improve some characteristic microscope experiments linked to other disciplines and closely related to human life from foreign textbooks or references. It can provide reference for the practice of chemistry curriculum reform in our country.

Key words chemistry in senior high school； experimental teaching； microscope experiment

1 前言

化学是一门以实验为基础的自然学科。化学实验能激发学生学习的兴趣，有助于学生巩固化学知识，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，尤其对于培养学生的动手能力、创新精神及全面提高学生的素质起着重要的作用。因此，化学实验是化学素质教育和化学创新教育的良好载体，有着培养学生实践能力和创新精神形成的重要功能，并且影响着学生情感态度价值观的养成。

2 开展微型实验的必要性及意义

高中化学新课程标准[1]强调化学教学应“从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发，帮助学生认识化学与人类生活的密切关系，关注人类面临的与化学相关的社会问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力；通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力”。这是高中化学新课程的基本理念，然而化学教学特别是实验教学在实践中存在诸多困境。

对新课程标准的应用上，邵政[2]通过对高中学校化学教学的调研统计发现，从2004年开始至今，由于学校化学实验室不足、缺乏实验员以及教学急促的节奏，导致化学实验在教学中一带而过，难以落实。吴晗清[3]对来自11个省市的341名高中化学教师的调查表明：由于对实验价值缺乏足够的认知，加之高考升学压力、实验硬件条件等因素限制，仅有约1/3的教师能够正常开展实验教学，且实验过程中学生积极性并不高。

吴润[4]比较了美版高中主流教材《化学：概念与应用》与我国“人教版”新教材实验部分发现，美国教材中微型实验所占比例最高，而我国教材中观察实验占据大部分比例。这一比例反映了化学实验教学存在以教师演示、学生观察的实验方式为主导，不注重学生参与的问题。除此之外，美国教材注重化学与其他学科的联系、化学与实际生活的联系，就地取材，注重环保意识，变废为宝，节约化学药品。

微型化学实验是20世纪80年代初在美国几所高等院校基础有机化学实验室里试验成功的，并在大学和中小学推广。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。开展微型化实验具有积极意义[5]：

1）有利于激发学生的学习兴趣，有利于培养学生的探究能力、创新能力；

2）省钱、省时、省力；

3）减少污染、保护环境。

针对目前化学实验教学表现出来的不足，笔者将从化学与其他学科联系、与人类生活联系的角度，介绍及改进国外教材或文献中试验成功的某些微型化的常规实验，或者一些微型化的交叉学科实验，改变原有的以教师演示为主、学生观察为辅的传统实验教学方式，让学生摆脱传统枯燥的化学学习，并在此过程中培养学生的创新精神和科学探究能力。

3 微型实验实例

DNA的粗提及鉴定 对于DNA这样看不见、摸不着的物质，可以用化学的方法从细胞中提取出来。DNA的粗提及鉴定在美国高中生自编教材中的设计如下[6]。

1）细胞膜的溶解：烧杯中放入45 mL自来水，将烧杯置于50～60 ℃水浴中加热；称约2 g生的小麦胚芽置于研钵中研磨成粉末状，加入烧杯中，再加入3 mL家用洗涤剂；水浴加热10 min，加热过程中不断搅拌。

2）DNA与蛋白质分离：溶液中加入2 g含有木瓜蛋白酶的嫩肉粉，再加1 mol/L NaHCO3溶液，加入过程中缓慢搅拌，搅拌时避免产生气泡；继续在水浴中加热10 min，最后将混合物转移至冰水浴中快速冷却至室温，此过程需要缓慢摇匀。

3）DNA的析出：用塑料吸液管沿着杯壁缓慢加入20 mL

冰的95%乙醇，溶液出現明显分层；静置2～3分钟，界面处出现白色丝状沉淀；用玻璃棒沿一个方向搅拌，将DNA缠绕在玻璃棒上，并用滤纸吸去上面的水分。

4）DNA的鉴定：试管中加入5 mL 2 mol.L-1 NaCl，再加入DNA丝状物，最后加入新鲜配制的二苯胺试剂4 mL，混合均匀后，将试管置于沸水中加热5分钟，待试管冷却后观察颜色变化。

该实验内容属于交叉学科，所用药品主要源自日常生活中常见的物品，不仅成本低，还可让学生对实验产生浓厚的兴趣。

本文在美国教材原有DNA粗提的基础上，加入DNA的鉴定实验，不但使学生在理解实验原理的同时巩固理论课所学知识，而且培养学生学会观察实验现象，根据实验现象发现问题、分析问题及解决问题。该实验虽然操作过程简单，耗时短（约为40～60 min），但能让学生体会到化学与生命科学的联系。

氯气的制备和性质 经常看到这样的报道：有人清洁马桶时，倒入洁厕灵后又加了84消毒液，结果导致中毒。原因为氯气的中毒：洁厕灵是酸性洗涤剂，主要成分是盐酸（HCl）；84消毒液是碱性洗涤剂，主要成分是次氯酸钠（NaClO），二者反应，产生氯气。因此，有必要在高中化学中开展与人类生活有密切关系的化学实验。

制备氯气和氯气的性质实验在高中实验课中具有重要地位。人民教育出版社出版的高中化学教材第一册第四单元将其作为演示实验，但由于氯气是一种对人体有危害的物质，即使是教师演示实验，也会给教师及周围学生带来不利影响。微型实验是可以把对环境的不利影响降到最低的实验。有关该实验的微型化设计也在不断改进中。对比分析其中两个较好的实验[7-8]，总结如下。

1）氯气的制备：切掉塑料吸液管部分吸泡，如图1a所

示，备用；试管中倒入家用漂白剂（约含有20%的NaClO），

用3.5 mL塑料吸液管吸出如图1b所示体积的漂白剂，备用；在12 mm×100 mm试管中加入1 mL 10% NaOH溶液，把试管放到试管架上，试管口塞上带有两个口的胶塞，按图2所示安装微型启普发生器；用2 mL注射器吸入0.5 mL浓盐酸缓慢注入吸液管中（图2Ⅱa），盐酸与ClO–反应产生约2 mL Cl2，试管中的NaOH溶液可防止Cl2逸散到空气中。

2）氯气的性质实验：取5 mL注射器吸入2 mL含有淀粉指示剂的稀碘化钾溶液，从图2Ⅱa位置吸管中吸出Cl2；用注射器塞子塞住注射器（图3a所示），上下摇动注射器使试剂混合（图3b所示），Cl2与I–反应生成碘单质，碘遇淀粉变蓝；将注射器活塞朝下，拔掉注射器塞子（图3c所示），将注射器里的溶液推到塑料杯中。

该实验装置简易、安全、成本低，且实验器材和实验药品均源自日常生活中常见的物品，可达到让每个学生动手实验的目的。注重实验与生活的联系，使学生知道更多的生活常识，有助于学生认识化学与人类生活的密切关系，促进学生对日常生活中化学现象本质的思考，培养学生的实践能力。

阿司匹林的微量合成 阿司匹林，化学名为乙酰水杨酸，具有治疗感冒和解热镇痛的作用。制备乙酰水杨酸最常用的方法是在催化剂作用下水杨酸与乙酸酐发生乙酰化反应：

美国路易斯安那泽维尔大学有机实验室成功试验了阿司匹林的微量合成[9]。

1）阿司匹林的合成：烧杯中加入自来水，加热至80～

90 ℃，备用；称0.15 g（记录到小数点后四位）水杨酸置于干燥的小试管中，加入1滴85% H3PO4，用注射器加入0.3 mL

乙酸酐，胶塞塞住试管；轻轻摇匀，将试管放在80～

90 ℃水浴中加热，加热过程中不断摇匀，直到所有的固体溶解，再继续在水浴中加热5 min；从水浴中取出试管，趁热将溶液倒入含有1.5 mL冷的蒸馏水的10 mL烧杯中以除去过量的乙酸酐，然后置于冰水浴中冷却10 min，即有阿司匹林结晶形成。

2）阿司匹林的收集：将小漏斗放在50 mL烧杯上，将一张滤纸对折两次后，展成圆锥形，用水润湿倒贴在漏斗内壁；用小药勺将阿司匹林溶液转移到滤纸中，用少量蒸馏水洗涤烧杯2～3次，尽量把所有的结晶都转移到滤纸

中；用冷水洗涤产品3次（每次约4～5滴），过滤结束后，将滤纸取出，放到新的滤纸上，吸掉残留的液体；将滤纸上的晶体摊开，将滤纸放入烘箱中于50 ℃下干燥10 min左右；待滤纸变干，将其从烘箱中取出，得到白色阿司匹林粗产品。

3）阿司匹林的产率计算：称滤纸和阿司匹林的总质量，减掉滤纸的质量即为制备的阿司匹林的质量，计算反应的产率。

该实验内容既与生活密切相关，又属于交叉学科，易赢得学生的认同，激发学生兴趣，开阔学生视野。与美国高中教材MERRILL CHEMISTRY[10]中阿司匹林合成的微型实验相比，该实验增加了去除乙酸酐、乙酸的过程，更科学化，也让学生了解药物生产过程中要考虑杂质的去除，否则将会带来毒副作用，培养学生的社会责任感。当学生拿到自己合成的阿司匹林时，获得极大的成就感，有利于培养参与意识及增加对自己动手能力的认同。

4 展望

微型实验操作简便又安全，易于实现人手一套，有利于解决目前化学实验教学存在的不足。把常规实验设计为微型实验，就是创新的过程。而且实验内容的设计也有待改进，这就给学生提供了广阔的创造空间，将是培养学生创新能力的良好途径。更为重要的是，微型实验可以减少污染、保护环境，可以培养学生的环境保护意识，逐步树立可持续发展的思想，是实施环境可持续发展战略的一部分，必将产生巨大而长久的社会效益。

因此，本文结合目前化学实验教学存在问题，提出在高中化学实验教学中开展与其他学科联系、与人类生活密切相关的特色微型实验，不但可以解决化学实验教学存在的问题，而且能更好地实现高中化学新课程标准的教学目标，达到培养学生社会责任感、参与意识，提高学生的动手能力、创新精神，以及全面提高学生的综合素质的目的。

参考文献

[1]普通高中化学课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2004：1.

[2]邵政.高中化学实验教学的现状与对策[J].现代阅读，

2013（11）：80-81.

[3]吴晗清.高中化学实验教学实践症结与对策探析[J].中国教育学刊，2013（2）：68-72.

[4]吴润.中美两版高中化学教材实验部分的比较研究[D].成都：四川师范大学，2015.

[5]李耀军，胡筱岩.在中学开展微型化学实验的必要性探微[J].教育革新，2013（4）：54-55.

[6]Sidwell Friends School. The Virtual Lab Book （5th Edition）[EB/OL].http：//classic.sidwell.edu/us/science/vlb5/Labs/DNA_Extraction_Lab/dna_extraction_lab.html.

[7]Najdoski M. Gas Chemistry： A Microscale Kipp Apparatus[J].

Chemical Educator，2011（16）：295-298.

[8]Bruce Mattson. Microscale Gas Chemistry， Educational Innovations[EB/OL].http：//www.teachersource.com/.

[9]Synthesis of Aspirin Notes[EB/OL].http：//www.xula.edu/chemistry/documents/orgleclab/24Aspirin.pdf.

[10]Smoot R C， Smith R G， Price J. MERRILL CHEMISTRY[M].

Glencoe/McGraw-Hill，1998.