微型化学实验在中学化学教改中的实践（本科）

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　　目录

　　摘要（详见正文）

　　一    前言 
　　1.1 微型化学实验的起源
　　1.2 微型化学实验的发展现状 
　　1.3 选题的背景 
　　
　　二    微型化学实验的应用及推广意义 
　　2.1 微型化学实验有利于节约药品，降低实验成本
　　2.2 微型化学实验有利于环境保护，减少污染 
　　2.3 微型化学实验易于操作，有利于培养学生创新能力 
　　
　　三    微型实验（ML）应用及推广的理论依据 
　　3.1 微型实验对中学化学课改独特的优越性 
　　3.2 微型实验的局限性
　　
　　四    微型化学实验在中学化学教育改革中的应用举例 
　　4.1 问卷调查 
　　4.2 微型化学实验是中学化学实验教学改革的主要方向之一
　　4.3 中学化学教学中一些实验微型化应用举例 
　　
　　五    微型化学实验在中学化学教育改革中推广的措施 
　　
　　六    结论与展望
　　
　　参考文献
　　

　　以下是论文正文
 

　　摘    要：化学是一门以实验为基础的学科。随着中学化学新课程改革的深入，中学化学实验趋向于生活化、简单化和微型化。由于微型化实验具有较好的教学效果及显着的经济与社会效益，成为当前化学实验教学改革的方向之一。本文通过分析微型化学实验与教学改革的关系，总结了微型化学实验的优势和存在的问题。高中化学课程标准中包含的“实验化学”选修模块和教学改革中推进探究性学习的理念，为微型化学实验的应用和推广提供了机会和新的平台。本课题讨论的就是借助这一平台，如何从微型实验器材，微型实验教材，一线教师的引导，考试命题四个方面探讨应用与推广微型化学实验的途径。                                                                              
　　
　　关键词： 新课程改革  微型化学实验  推广  
　　
　　一    前言 
　　
　　1.1 微型化学实验的起源 
　　
　　微型化学实验（microscale chemical experiment or microscale laboratory 拼写，简写为M.L.）是化学实验方法创新性的变革。最早系统地研究微型化学实验是美国化学家Mayo等人，他们首先着眼于环境保护和实验室安全的需要，其研究成果在1984年美国化学会年会上得到普遍的关注。之后，他们不断地研究，出版了一系列的相关着作[1]。 
　　
　　1.2 微型化学实验的发展现状 
　　
　　近几十年来，伴随着人们生态环境的意识的不断提高，“绿色化学”理念应运而生。微型实验试剂用量省，对环境友好的化学新领域使其有了更大的生存空间，开始迅猛发展起来。现在全世界有超过六十个国家和地区开展微型化学实验研究，联合国教科文组织（UNESCO）开展微型实验全球项目，并在四十多个国家得到推广。而且近十几年来，历次国际化学教育大会（ICCE）都把微型实验列为议题[2]。      
　　
　　经过近几年的努力，我国高校化学教育研究中心已经发文正式同意成立了全国微型化学实验研究中心（CMLC）。希望通过中心的工作，深入开展微型实验在教学中应用与推广，使我国化学教育的质量提高，为化学课程改革和素质教育的实施做更大的贡献。目前我国已有近千所大中专院校和中学在应用微型化学实验。 
　　
　　1.3 选题的背景 
　　
　　微型化学实验是在专门微型化的仪器中进行的微剂量实验，这里提出了M.L.的两个基本特征：即仪器的微型化和试剂的微量化[1]。这两者是互为条件，缺一不可的。由于微型实验具有“操作简单、现象明显、节约试剂和时间、减少污染、安全可靠、效果良好”等优点，故在中学化学课程改革中应用并推广微型化学实验对于中学生化学实验技能等方面的提高具有突出的效果。在当今社会景下，我们在对学生进行科学教育的同时从生态环境和可持续发展方面强调绿色化学思想，也即进行人文素质教育，无疑具有深刻的现实意义。而大力倡导应用与推广微型实验正是实现这一结果最好的方式之一。
　　
　　二    微型化学实验的应用及推广意义 
　　
　　2.1 微型化学实验有利于节约药品，降低实验成本 
　　
　　常用的实验仪器在日常生活中很容易找到替代品[3]，如可以用注射器进行液体的移取、滴加或者改做启普发生器；青霉素瓶作广口瓶；废弃的圆珠笔芯作药匙，废弃输液管作长颈漏斗等等。类似于这样的开发，在取得同样教学效果的同时，既可以节约实验的经费投入，又可以较好的培养学生可持续发展的思想观念，为建立资源节约型社会做贡献。例如，焰色反应，传统的实验程序复杂，而且需要实验贵重金属铂，现可采用微型化学实验改进如下。 具体操作：  (1)配制NaCl、KCl、CuCl2、BaCl2 的饱和溶液；  (2)将滤纸裁成小条，用笔在下端写上对应的名称。再将其分别泡到对应的溶液中，约5分钟后取出，晾干；  (3)将干燥的滤纸条放入无水酒精中浸泡，然后分别放在酒精灯上烧，会有对应的焰色出现。 
　　
　　2.2 微型化学实验有利于环境保护，减少污染 
　　
　　在化学实验中，实验后的一些剩余的酸、碱、有毒气体等，不能及时很好处理，师生会深受其害。而微型化学实验的推广，使得试剂用量大大减少，这样就会减少有毒有害物质的产生。  例如：根据盐失水后颜色变化可验证浓硫酸的氧化性和吸水性，用CuSO4和CoCl2的含结晶水盐做一组对比实验可以很好的验证浓硫酸的这两个性质。原理：CuSO4?5H2O失去结晶水后，由蓝色变为白色；CoCl2?7H2O失水后由紫色变为蓝紫色，而且Cl-易被氧化。具体操作：  (1)分别在两个六孔井穴板中分别放入CuSO4?5H2O和CoCl2?7H2O； (2)再分别加入3ml浓硫酸，然后分别在上面放一张湿润的淀粉碘化钾试纸； (3)可看到硫酸铜由蓝变白，淀粉碘化钾试纸不变色，而氯化钴由紫色变成蓝紫色，淀粉碘化钾试纸变蓝。
　　
　　2.3 微型化学实验易于操作，有利于培养学生创新能力 
　　
　　在课改中应用推广微型实验，可以为学生提供新的学习平台；增加了实验化学的选择范围，趣味性，灵活性。而且由于常用实验仪器在日常生活中很容易找到替代品，有利于学生开展家庭实验和趣味实验[3]。有助于学生发散思维和创新设计[4]；对于学生在实验的技能、环保意识等方面的提高都有较好的效果[5]。 例如：水的电解和氢氧爆鸣微型实验： 具体操作：  (1)用多功能滴管吸取0.1mol/L氢氧化钠溶液半管1mL左右，在滴管尾端插入两根被折成直角形状的大头针作电极，注意防止大头针接触引起短路；  (2)多功能滴管放入六孔井穴板的一个孔穴当中，细长的颈部弯曲后没入另一个已经盛有洗涤剂的孔穴当中，注意要使开口没入液面下；  (3)导线连接电极和电池，开始电解，洗涤剂溶液表面会产生大量泡沫；  (4)电解开始，在泡沫稳定一段时间后，停止电解，把多功能滴管的开口端移开，引爆泡沫，能够清楚地听到爆鸣声。  实验优点：  将水的电解和氢氧爆鸣两个实验设计成微型化学实验，用微型仪器来完成，则可以使实验操作简单现象明显，爆鸣声清脆而且非常安全。女生也可以大胆放心操作该实验。
　　
　　三    微型实验（ML）应用及推广的理论依据 
　　
　　3.1 微型实验对中学化学课改独特的优越性 
　　
　　(1)由于微型化学实验仪器具有：实验仪器成本低，体积小，易于实现学生人手一套[8]，适用范围较广，有助于强化学生实验动手能力和创新设计能力.由于用量少，所以有助于树立节约资源的理念。  (2)改变过去那种传统的的老师演示实验，学生被动观察的局面，使大多数学生都能亲自动手做实验。这样可以增加大家在“做中学”的实践时间，对于提高学生对化学的兴趣，知识与技能的掌握和复习很有帮助。  (3)使得化学实验开展更容易。由于微型实验实际用量少，大大缩短了实验的准备时间，这样能够很好地提高实验安排的灵活性和实验试剂的利用率。为深化课程改革和开放式实验教学提供基础条件。  (4)有利于学生加强绿色化学的观念，微型实验能大幅度地减少实验室“三废”的排放，有助于培养学生关心自然环境、关心国家发展的情感。 
　　
　　3.2 微型实验的局限性 
　　
　　作为新兴起事物，它还有一些地方不够完善，有待发展。尤其就实验教学而言，有些实验不宜开展微型实验[7]。例如：  (1)受器材本身规格和试剂用量的限制。如果采用用微型来演示要求发光，剧烈燃烧放热的实验，则教学效果不是很好。如：铁在氧气中燃烧；白磷的燃烧，镁条的燃烧，铝热反应等。  (2)目前在中学教学中用微型实验的方法，一般不适宜做从大量原料中提取微量成分的实验。因为微型化学实验进行进行搅拌、分液、萃取、抽滤等实验步骤有一定难度。  (3)在一些需要称量质量的制备、定量实验，微型仪器的精确度不高。因为微型实验反应物和生成物的量一般很少，而沾附在实验仪器上的试剂量较大。  古人云：知己知彼，百战不殆。全面详细了解微型化学实验，有利于扬长避短；有利于在化学新课程改革中更好的应用及推广微型实验。
　　
　　四    微型化学实验在中学化学教育改革中的应用举例 
　　
　　4.1 问卷调查 
　　
　　在合肥世界外国语学校实习期间，为了调查该校高一年级学生（因为高一学生已经经过1年系统的化学基础学习，对化学实验已较熟悉）对化学实验是否感兴趣，我设计了以下的调查问卷：调查对象，高一1班和5班。共发放并收回问卷60份。调查的目的是了解学生对于化学实验是否感兴趣。因为只有学生对化学实验感兴趣， 在新课程改革中大力应用与推广微型化学实验才有事件意义与价值。 
　　
　　4.1.1问卷调查的数据处理：【表1】

　　
　　4.1.2 结论和分析：  从上表可以发现，高一学生对于化学实验有很高的兴趣；绝大部分学生希望能够抽出一定的时间自己动手做实验，能够思考实验中产生的疑问。但在实际实践中碰到了一些困难，主要原因是考试的压力、实验室硬件跟不上新课程改革的要求等因素。解决这一问题最好的途径就是在下阶段的化学课程改革中大力推广微型化学实验。 
　　
　　4.2 微型化学实验是中学化学实验教学改革的主要方向之一 
　　
　　戴安邦院士曾指出：上好化学实验课是实施全面化学素质教育的最有效的教学形式[1]。因为化学学科的特征是“化学是一门以实验为基础科学” 它决定了化学实验既是化学课程教学中实施科学探究的基础，也是进行科学探究的主要方式之一。化学实验对提高学生的化学学科素养具有无法替代的重要作用。不仅是因为学生在化学实验实践中，可以学到第一手化学知识和实验技能，更重要的是学生通过亲自动手实验能够受到科学得方法和思维训练，以及独立钻研、团队协作等科学精神和品德的培养。 
　　
　　我省现在使用人教版的实验化学教材第一单元“从实验走进化学”就引入绿色化学的概念和使用化学品的5R原则，即不用危险品（Reject）、减少用量（Reduce）、再生（Regenerate）、循环使用（Recycle）、回收利用（Reuse）[11]。开展微型化学实验是化学教育中实施绿色化学教育的一条非常有效途径；并且开展微型化学实验更能促进学生科学素养的发展，使师生的环保意识和可持续发展理念得到强化。 
　　
　　4.3 中学化学教学中一些实验微型化应用举例
　　
　　4.3.1乙烯的制取与性质微型实验： 【图4-2】

　　
　　4.3.1.1两组实验仪器与装置及药品用量对比： 【表4-2】
 

　　4.3.1.2实验优点：  （1）实现仪器微型化，更易于操作：以具支试管、小试管、尖嘴玻璃导管，尖嘴端分别代替教科书上圆底烧瓶、常规试管、玻璃导管，添加了平底具支试管为洗气装置。  （2）乙醇与浓硫酸的混合液的体积比由教科书上的 混合液的用量由教科书上的 合肥师范  8  15~20mL降为2~3mL。  （3）用5%NaOH溶液来洗气既防止了实验过程产生的SO2、CO2等对本实验的干扰，又在性质实验前清除了污染。 
　　
　　4.3.2氢气和氯气的见光爆炸实验，实验装置如右图： 
　　
　　4.3.2.1具体操作步骤：  （1）在Y管一侧放入4个锌粒，另一侧放入0.5gKMnO4颗粒；          （2）滴入5滴浓盐酸，然后迅速盖上一块塑料片；                      （3）在距离Y管3cm处点燃一根约2cm的镁条，约10s钟就会有爆炸声，塑料片会跳起；  （4）滴入数滴5%的NaOH溶液来吸收有毒气体。
　　
　　4.3.2.2实验优点：  装置简单，操作简便，反应迅速，污染少。 
　　
　　4.3.3铜丝与浓硫酸的反应，实验装置如右图：  4.3.3.1具体操作步骤：  （1）在Y管一侧加入3mL浓硫酸，另一侧加入2mL品红溶液， 然后将铜丝插入浓硫酸中；  （2）在试管口塞上一团棉花，滴上数滴5%的NaOH溶液；  （3）加热浓硫酸一侧，可以看到有气泡冒出，品红慢慢退色 ；    （4）待品红完全褪色，抽出铜丝，加热品红端，品红恢复红色 。
　　
　　4.3.3.2实验优点：  装置简单，操作方便，易于现象观察，而且防止SO2 溢出，避免污染，铜丝可反复使用。         
　　
　　五    微型化学实验在中学化学教育改革中推广的措施 
　　
　　5.1 微型器材的普及及推广 
　　
　　应用推广微型实验，要首先推广其器材；因为微型实验器材是独特的，是微型实验开展的基础。  【表5-1】 

　　
　　微型化学实验仪器无论材质和造型如何，它们都具备体积小、价格低廉、易操作、不易破碎、易选用替代品、功能多用等特点，比较符合绿色化学的理念。  实践表明，当前我国批量生产的微型实验仪器在经济上是绝大多数学生能够承受的。而且在实际教学实践中，教师和学生可以用一些废弃物改制实验仪器替代品。这点在本文开头已经举例说明，因此具备在中学课改中大力推广微型实验的物质基础。 
　　
　　5.2 化学课程标准中增加微型化学实验内容 
　　
　　课程标准是教材编写、教学、评估及考试命题的依据，是国家管理和评价的基础。义务教学课程标准和高中化学课程标准是国家对化学教育、教学的基本规范[2]。现阶段的中学化学课程标准中多处提及“绿色化学”，体现了新课程改革积极帮助教师和学生形成可持续发展的理念。如果在化学教材中增加系统化、具体化的“微型化学实验”材料[6]，无疑会对学生在实验实践中贯彻“绿色化学”理念有极大地引导和帮助。可喜的是，我省目前使用的人民教育出版社出版的选修模块“实验化学”教材就引入了微型化学实验。这体现了微型化学实验在化学课程改革中良好的导向功能和一定的推广度。但事实上这样的案例还属于少数，只有广泛运用微型实验到中学化学知识领域，渗透入教材，与教材和常规实验很好的融合，才能有助于微型化学实验的应用和推广。 
　　
　　5.3 充分发挥一线化学教师的价值 
　　
　　应用和推广微型化学实验是绝对不能离开一线教师[6]。而现在中学许多化学教师可能还不具备开展、应用微型化学实验的意识和能力。因此，一些师范院校，教师培训单位和教师进修机构需要加强合作。职前教育培训中，师范院校要在师范生在校培养时，引导化学师范生开展微型实验的能力和研究，为其以后的教学工作打好铺垫。在教师入职后的教育培训中，培训机构和有关部门要通力合作，把微型化学实验的相关课程加入进修或培训计划中。有关部门要做好宣传工作，大力倡导微型实验与课堂教学设计的结合与实践。只有充分发挥化学教师这一宝贵资源的巨大价值，在化学新课程改革中才能更好的应用和推广微型化学实验。 
　　
　　5.4 在升学考试中从微型实验选材进行命题 
　　
　　虽然现阶段微型化学实验的研究引起了广泛的重视，但要想在中学化学课程改革中更加广泛的应用和推广微型实验，必须增加其在考试命题[6]，尤其是升学考试命题中的地位。对于现在的教育，统一性的考试尤其是升学考试是检验学生学习能力的一个重要的指标。由于目前在化学考试中基本上都是采用常规实验的方法和装置。因此有一些学校的师生对微型化学实验缺乏足够的认识，甚至出现排斥心理。所以在考试命题中增加微型化学实验的试题案例是十分必要的。否则微型化学实验只会被当做“鸡肋”，不能很好的达到培养学生“绿色化学”理念的目标。
　　
　　六    结论与展望 
　　
　　6.1 结论 
　　
　　因为频繁出现的环境污染问题，以及大量使用添加剂带来的食品安全问题。例如：毒奶粉、毒韭菜、红心蛋、“化学豆芽”等，使得化学在公众心目中“形象不佳”。导致许多人直接将化学实验等同于有毒、爆炸、污染。这不得不引起广大从事化学相关行业，尤其是化学教育工作者的重视和反思。改变人们对化学的错误认识，将是我们学习化学者的责任。  当前的课程改革，对于教师和学生来说，都面对着不少的压力和挑战，所以需要大家共同努力，积极获取新的知识和理念，不断取得新的进步。通过对比常规化学实验，我们可以轻易发现：微型实验的仪器精致、小巧，学生拿到手中会明显感到兴趣盎然，操作简便安全，加上不少微型实验设计十分巧妙，师生可以充分发挥自己的聪明才智。因此微型化学实验对于激发学生学习化学兴趣、强化学生动手能力、培养学生科学创新思维[12]、培团队间的合作精神、树立绿色化学观念[10]、改善公众对化学的错误认识等方面将会起到独特的功效和更加积极的作用。所以在化学课程改革中，应用与推广微型化学实验具有深远的意义。 
　　
　　6.2 前景展望 
　　
　　微型实验无疑是中学化学实验改革的一大趋势，如果在化学新课程改革中加大其应用和推广的力度，将来必定会掀起中学师生共同开发和研究微型实验的热潮。所以，戴安邦院士要求：“大力推行微型化学实验，使我国中学化学教育皆有单人作业的实验[1]”。当然，推广微型化学实验并不是用微型化学实验完全取代常规化学实验，而是要将微型实验与常规实验进行有效组合，优势互补，取“二者之所长”更好的为化学新课程改革出力；为我国化学教学质量的提高和化学素质教育的更好实施作出更大的贡献。     
　　
　　参考文献 
　　
　　［1］ 周宁怀. 微型无机化学实验[M]. 北京: 科学出版社, 2001, 2~14. 
　　［2］ 王后雄, 姚如富等. 新理念化学教学论[M]. 北京: 北京大学出版社, 2009, 13~37
　　［3］ 张晓霖. 中学化学实验微型化探究[J].学周刊, 2011 , 27 : 5.  
　　［4］ 叶飞. 推广微型化学实验适应新课程新变化[J]. 内蒙古民族大学学报, 2009 , 4: 166~167.