绿色化学理念下的高职化学微型实验探索

陈树贞 喻秀莲

摘 要：实验是重要的化学教学与学习形式，与常规化学实验相比，微型实验简便、低成本和无污染等优势完全符合绿色化学理念。文章基于高职化学微型实验基础理论，结合实际案例阐述了绿色化学理念下的化学微型实验的具体操作方法，提出了微型实验在教学、探索与实验三方面所具有的实际价值。

关键词：绿色化学;高职化学;微型实验;教学方法

中圖分类号：G712 文献标识码：A 收稿日期：2020-11-23 文章编号：1674-120X（2020）36-0089-02

化学学科揭示了很多宏观与微观层面的事物变化过程与变化规律，只依靠教材显然不能让学生达到理想的学习效果，借助实验才是高职化学课堂改革的可行之路。由于化学教学实验的持续革新需求，及人们对绿色化学理念的急切诉求，微型实验的价值日渐突显。本文将在绿色化学理念的指引下对高职化学微型实验的具体操作进行理论与实践探索。

一、对微型实验的认知

化学学科中的微型实验来源于对化学实验方法的变革需求，在20世纪80年代有机化学领域相关实验中被首先提及。1984年的美国化学年会上，第一次提出了微型实验的概念，不久之后，美国化学教育杂志对此做了系统性表述。1988年，我国的浙江省杭州师范学院第一次将微型化学概念引入国内，逐步为国内同仁与一线教育工作者所知晓。

微型实验是就其规模而言的，但与微量化学实验又是完全不同的概念，应当避免二者混淆。简单地说，微量化学实验侧重于化学试剂的数量之微，而微型化学实验力争用较少的试剂取得理想的实验效果，其实验过程、实验方法、实验人数、实验时间等都可以从“微”处着眼，具有省试剂、少污染以及安全、快捷等特点，正被越来越多的高职化学教师所青睐，因此具有更大的结合绿色化学理念的可能性。

二、高职化学微型实验过程案例分析

微型实验虽然要求只使用少量试剂却可以显现出同常规试剂用量相同、甚至效果更明显的现象，从而便于对实验原理进行分析，对实验技术进行验证。为此，要有与之相配合的微型仪器作为辅助，才能让实验的“微型化”理想成为可能。高职化学领域常见的微型仪器包括点滴板、微型试管和微型烧杯等，这些微型仪器如果只来源于“定做”的渠道是不可能的，因此需要教师从现实生活出发，把一些有价值的物品引入课堂或进行一定程度的改造，作为微型仪器。如医院里的注射器在医疗领域应用极广，便可以将其作为实验中“微型仪器”的替代品，从而在相当多的微型实验中发挥重要的作用，除具有实验现象明显的优点以外，还可以规避一些常规实验所受到的干扰。如可将改造过的注射器用于取用液体，从而取代分液漏斗，或者通过抽动针筒活塞的方式对装置气密性进行检查等，其效果都非常不错。下文以注射器的应用为例，对高职科教专业的《普通化学》教材中所涉及的几个重要实验案例进行分析。

案例一：钠和水的反应实验。

关于这个实验，一般教材所普遍认可的方法是：向一只盛水的烧杯内，滴加数滴酚酞溶液（一般酚酞溶液250毫升以上），接下来把绿豆大小的金属钠投入烧杯中，观察实验现象。如果基于绿色理念对实验进行探索改进，突出微型实验的“微”字，便可发挥出改进版的微型注射器的优势：将五分之一绿豆大小、已经吸干表面煤油的金属钠材料置于容量为50mL的塑料注射器之内，接下来多次挤压注射器活塞，使钠以“被压扁”的状态存在于注射器内，尽量避免其中的空气干扰，再抽取10mL水溶液（事先滴入酚酞）进入注射器内，便可以较清晰地看到活塞被推动的现象，而注射器内的溶液也有了明显的颜色改变。待反应结束之后，使注射器针头朝向酒精灯火焰，并缓慢推动活塞，直到有爆鸣声出现。

该微型实验的关键点在于：所取钠块、酚酞水溶液应当符合“微”的原则，这样可防止由于钠块过大出现剧烈反应，注射器活塞冲出的问题，从而得以顺利观察到明显的实验现象，分析实验结果得到结论。由此可见，该微型实验既验证了钠与水反应生成氢气，又大大减少了反应物质的耗费，体现了绿色化学理念，培养了学生的科学态度与社会责任兼具的化学核心素养。

案例二：氯气性质实验。

学生分组做实验对氯气性质进行验证是常规的做法，同样可以改进实验，引入注射器，显现出实验的微型化效果。

具体实验操作如下：实验者可以在两根玻璃棒上分别粘贴湿润的红纸与淀粉碘化钾试纸（可用双面胶），并把其置于单孔橡胶塞之内，接下来把玻璃棒插入事先放了高锰酸钾晶体的试管底部。然后，在橡胶塞上分别插两个针头，其中一个针头连接已抽取了浓盐酸的注射器，另一个针头连接已抽取了氢氧化钠的注射器，并顺次完成浓盐酸注入试管、等待完全反应、氢氧化钠注入试管几个步骤。如此，在绿色化学理念的指引下改造实验装置，利用一次实验便能够全面观察到湿润的红纸褪色和湿润的淀粉碘化钾试纸变色两种现象，且保证尾气处理的便捷度。

案例三：铜与稀硝酸反应实验。

常规的铜与稀硝酸反应实验，一般是把铜片放在试管底部，再加入稀硝酸，然后让生成的气体通入集气瓶得以收集。

当引入微型实验的概念之后，可作如下改进：将两小块铜块置于干燥管之内，并在粗口端插入玻璃导管，再以单孔橡胶塞塞紧，将导管的另一端同橡胶管（带止水夹）相连，把细口端插入烧杯之内（烧杯内有稀硝酸），与此同时，橡胶管同注射器相连，然后在打开止水夹的情况下拉动注射器。当稀硝酸在干燥管内充满之后，完成关止水夹与拔注射器的动作。这样改造后的实验能够便于将无色气体排出干燥管内。而接下来将注射器同橡胶管相连，并在打开止水夹的情况下抽取干燥管内气体等操作后，又可以使实验者看到气体自无色转变为红棕色等，得以顺利完成实验。

需要说明：用注射器对稀硝酸进行抽取，目的在于取得真空状态，防止实验装置中的空气对实验产物及验证结果产生不利影响。 而注射器的合理应用，恰好可以满足取得真空状态的理想要求，还可以有效防止一氧化氮泄露造成的空气污染等问题，将绿色化理念淋漓尽致地体现出来。

三、绿色化学理念下的高职化学微型实验的价值说明

通过上面三个案例，可以见得高职化学微型实验与绿色化学理念的高度契合性，同时展现出其无与伦比的价值：

（一）教学价值

高职化学课堂对培养学生的实验设计能力、观察能力、操作能力和创新能力等一直比较关注，然而常规实验步骤之烦琐，操作之严格，对实验指导工作的顺利进行造成影响。此时，以绿色化学理念为依托的微型实验恰恰可以使这一不利局面得到化解，让化学实验教学效果的提升成为可能。具体来说，以“微型化”为理念的实验，一般在器械和试剂的使用上既简便又安全，在实验现象和实验效果上既明显又直观，教师和学生对某项实验内容进行研究时，可以使大家都有实践操作的机会，甚至达到人手配备一套实验仪器的状态，这样学生便可以边听讲解、边完成操作，从根本上解决实验仪器不足、实践操作等能力不过关等问题。例如，在涉及对氢氧燃料电池的研究时，如果采取常规实验策略，不但器材难得，而且失败的可能性很大，而若引入绿色理念下的微型实验策略，师生可以将六孔井穴板、滴管、带玻璃管石墨电极的作用发挥出来，实现简化实验操作的目标。

（二）探索价值

在高职化学微型实验支持下，学习者可有意识地从探究式学习中获取实践探究的灵感和机会。反观传统的高职化学灌输式教学策略，教师取代学生进行思考、探究的情况比比皆是，长期如此，学生则会因为过于被动地接受知识，无法发挥出其学习潜能，探索能力更将无法得到培养。与之相对比，绿色化学理念下的高职化学微型实验之所以受到重视，正是因为其具有较强的探究性，该模式一方面可以调动学习者将被动学习的状态变为主动学习的状态，另一方面还会因为实验的“微型化”“绿色化”，更积极地投入化学探究的氛围中来，使自身以探究为核心的各项能力得到培养与提升，为其未来的深入学习奠定坚实的思维能力基础。举例而言，高职化学教师可以给学生提供规范化的指导，让大家有机会亲自动手操作，把碱溶液与葡萄糖置于亚甲基蓝内，依序观察溶液从蓝色到无色再到蓝色的过程。在整个过程中，高职学生可以在教师的指导下，分小组对实验现象进行合作探究与思考，分析是什么原因导致上述种种反应的发生。总而言之，这种促化学实验微型化的做法，对化学探究式学习的开展是非常有价值的，培养了学生的合作学习、自主探究的精神，从而培养了以科学探究和创新意识为核心的化学核心素养。

（三）实验价值

绿色化学理念下高职化学微型实验的价值还体现在对实验本身的促进。在高职化学课程体系中，实验的重要性非常突出，是化学教学中的一个非常重要的环节，而实验对学生动手能力等的要求较高，教师必须勇于、善于摒除常规的教学策略，将绿色化学理念支持的微型化实验方式引入其中，只有这样才能保证学生接近实验，从实验设计、实验仪器及试剂、实验过程等多个角度感受到化学的魅力。因此师生可一起制作以微型实验为目标的仪器或试剂，寻找实验仪器的替代品，如通过改装药剂瓶当作微型酒精灯，将滴管当作反应器等，这些都能够对学生的实验起到较大的帮助作用，让学生的实验思维得到合理延伸。而笔者在大量实验实践中发现：经常投入微型化学实验探索中的学生，确实会在实验认知、实验能力等各个方面取得非常明显的进步。

绿色化学理念强调了在对环境无害的前提下化学实验存在和发展的方向。教学与实验应突出绿色化学理念，这对学生形成自主探究意识、环境保护意识等均有很大益处。因此高职教师要从实验的绿色化学理念和调整改进着手，在保证实验操作规范化的前提下，极力避免化学实验与环境保护间产生矛盾。化学微型实验的应用，正可以满足这一要求，本文在进行了大量的案例分析后，总结了绿色化学理念下的高职化学微型实验在教学、探索与实验等三个方面的重要价值，希望可以使教學效果与绿色化学理念共同进步。

参考文献：

[1]周业虹，王 晶.素养为本的化学教学设计——以“铝及其化合物”为例[J].化学教学，2018（12）：36-40.

[2]余雪松.绿色化学理念在高中化学实验教学中的渗透[J].求知导刊，2016（13）：37.