高中化学实验的微型化研究

摘要：该文通过对中学化学实验微型化研究的阐述与实践，通过微型实验和常量实验的对比，明确化学实验微型化的优越性：药品用量少(一般为常规量的1／10～1／1000)、仪器容量小、污染减少、操作简单、方便省时、节约能源(70％左右)、实验现象直观明显、实验过程快速安全，并且也指出其仪嚣不配套、实验设计不足及产率低等局限性。
　　关键词：高中化学实验；微型化；实践；优越性；局限性
　　
　　以教师演示实验为主的化学实验教学，已经不能适应新课程的要求。化学是一门以实验为基础的学科，在中学化学实验中，更应注重对学生动手动脑能力的培养。如果把化学教材中的实验改为以学生自拟实验方案的启发性、探索性为主的微型实验(microscale laborato—ry，简称m.l.)。在教学中打破“照方抓药”的传统实验模式，就能有针对性的解决这一问题，培养学生的环保意识、资源意识、安全意识、创新意识。因此，要深入的进行中学化学实验微型化的研究，开发新型的化学实验教学方法。
　　起源于20世纪80年代的微型化学实验是国际公认的一种在微型化的条件下进行化学实验的新技术和新方法。简单地说，就是以尽可能少的药品用量来获取最有效的实验信息，其特点是：药品用量少(一般为常规量的1／10～1／1000)、仪器容量小、污染减少、操作简单、方便省时、实验现象直观明显、实验过程快速安全等优点，并以其良好的教学功能和教学效果，在化学实验教学改革等领域扮演着重要的角色，引起世界各国化学界的高度重视。
　　
　　一、微型化试验的概括况
　　
　　(一)什么是微型试验
　　中学微型化学实验就是把微型化学实验的理念应用于中学化学实验中，其基本特征是：(1)仪器微型化。药品用量少；(2)微型化学实验不是常规化学实验的简单缩微或机械减量，而是在微型化的条件下对实验重新设计与探索，达到以尽可能少的药品来获取尽可能多的、最为有效化学信息的目标，是在微型化的条件下对常规化学实验的创新性变革。
　　(二)常规化学实验与微型化学实验的比较
　　常规化学实验课要求规范统一，往往是一堂实验课，学生用一种方法做同一实验，这种千人一面的实验课抑制了学生的个性化和创造思维的发展，而微型实验的实验方法灵活多样，可一种仪器多种功能。也可以一功能多仪器，学生有较大的自主发挥空间，学生人手一套微型实验仪器，更能促进学生自主学习，学会自主地发现问题、设计实验、观察实验，学会用学过的知识来解决问题或发现新的规律。微型化学实验在强化学生实验技能和提高学生的创新意识上有特殊的功效。
　　
　　二、化学试验微型化的实践与探索
　　
　　在实验教学过程中，利用小试管、点滴板、多用滴管、井穴板等微型化的仪器，如高一的《氯、溴、碘的性质氯离子的检验》、《同周期、同主族元素性质的递变》、《浓硫酸的性质 硫酸根离子的检验》，高二的《镁、铝及其化合物的性质》、《乙烯的制取和性质》、《铁及其化合物》、《化学反应速率 化学平衡》等实验中均以12×70mm的小试管来代替常规试管，仪器成本低，而且一些仪器在日常生活中很易找到代用品，如青霉素药瓶可以做试剂瓶、集气瓶，一次性输液器可做导气管等，所以比常量仪器可节省成本费60％。左右。
　　微型仪器其反应物用量以取得明显的实验现象为宗旨，可将试剂用量降低到最低限度，在达到理想的实验效果的前提下，可比常量实验少加80％左右，节约药品费85％，左右。如在《乙烯的制取和性质》的实验中，改换反应容器后使得乙醇与浓硫酸的混合液由课本上的18ml降为2~3ml；铜与浓硝酸反应的实验，可以用铜丝代替铜片，耗酸量少，试剂用量大大节省；再如《同周期、同主族元素性质的递变》这一实验中进行如下微型实验设计：(1)在1张滤纸的中心处，滴上1滴饱和nabr溶液，待其润湿之后，再滴上1滴氯水，滤纸呈现黄色的斑点： (2)在呈黄色的斑点处，再滴上1滴饱和nai溶液，滤纸上的斑点颜色又变成浅褐色；(3)浅褐色的斑点处，再滴上1滴淀粉溶液，滤纸上的斑点再变为蓝色。以上实验药品的减量都增强了实验效果。因此，在保证获取最有效实验信息的前提下，应尽可能地降低实验药品用量，减少药品损耗，预防环境污染。
　　由于微型仪器体积小，试剂加量少，所以微型实验加热、搅拌等所用的时间短，回流冷凝等过程缩短，大大降低了水电能源的消耗，比常量实验节约能源70％左右。
　　微型实验还能缩短实验时间，如《乙烯的制各和性质实验》，按常量实验，完成性质实验的全过程一般需十多分钟。现在只需三分钟左右即可。
　　微型化学实验仪器的微型化及试剂用量的微量化，将使实验所排放的废气、废水、废渣等污染物数量大大减少，从而减小对环境的污染，同时也降低了实验操作过程中的危险性，例如爆炸、起火、液体飞溅等实验事故发生的可能性大大降低，提高了安全系数，对保护实验室周围环境、为实验教学提供安全和舒适的环境起到重要作用。

　　三、中学化学实验微型化的评价
　　
　　微型实验仪器具有小巧便携、不易破碎、液体试剂在多用滴管中不易流出等优点，微型实验与常量实验相比具有独到的特点，对学生的综合素质具有更高的要求，应用在教学上，效果十分突出，在知识技能、过程方法、情感态度和价值观念等方面都对学生有很好的教育意义，能更好地培养学生的良好品质，提高学生各方面的能力。微型化学实验的优越性主要体现在：
　　(一)有利于激发学生学习兴趣。由于微型化学实验仪器微型化，操作简捷，经济省时，安全便携，使得人人都能动手实验、全面提高学生科学素质、培养学生的探索精神、实践能力和创造能力。
　　(二)有利于提高实验的科学性，培养学生严谨求实的科学态度。微型仪器精巧细小，加入量少，所以实验过程学生必须小心装拆，规范操作，注意力高度集中，密切注意观察实验现象。随时记录反应过程中出现的变化，方能获得预期的结果；有利于培养学生规范化的操作技能，培养严谨科学的工作态度。
　　(三)有利于传播绿色化学观念，增强学生的环保意识。常量化学实验不仅严重污染环境，而且实验中废气、废液的排放也不可避免地人为造成污染。微型化学实验由于尽可能少的用试剂，尽可能的减少了实验的“三废”，把预防化学污染的思想贯穿于化学教育的全过程中，有利于从小对学生进行环境保护意识教育。
　　微型化学实验也存在一定的局限性：
　　(一)微型化学实验仪器需要进一步完善成套，以便实施与不同层次微型化学实验教学的衔接。
　　(二)微型化学实验仪器和实验设计的不足。例如，微型塑料型仪器不能加热。塑料本身能与一些化学试剂起反应而使其应用受到了影响。
　　(三)微型化学实验制备物质的产率偏低。这是因为仪器粘附等损耗相对于原料用量的比例较大。因此必须要注意实验技巧。否则实验不易成功；微型化学实验与一般实验仪器差别很大，在进行微型化学实验时一定要注意实验条件的选择。
　　总之，中学微型化学实验不是常规实验的简单微缩，也不是对常规实验的补充，更不是与常规实验的对立，而是在整个实验过程中贯穿了绿色化学的思想，有效实现“尽可能小剂量实验、省资源、少污染、减成本”，还能增强学生的环境保护意识，是对中学化学常量实验进行的改革和发展。