淺談初中化學教學中實驗的微型化

淺談初中化學教學中實驗的微型化摘

要

在國家大力提倡綠色化學、低碳生活、新能源新材料，節(jié)能減排的環(huán)境下，研究了中學化學幾種常規(guī)實驗的微型設計，對微型實驗跟常規(guī)實驗進行比擬后，描述了微型實驗具有的不可替代的優(yōu)點和微型實驗在中學化學實驗教學中的重要應用價值。關鍵詞：微型化學實驗，常規(guī)實驗，化學實驗教學，綠色化學，藥品用量少，污染小，實驗平安引言微型化學實驗，英文名稱為microscalechemicalexperiment或microscalelaboratory，簡寫為M.L。美籍華裔化學家馬祖圣教授提出微型化學實驗是以盡可能少的試劑，獲取所需化學信息的實驗原理和技術。其試劑用量一般為常規(guī)實驗的1/10至1/1000，儀器微型化和試劑微量化是它的兩個根本特征。因而，微型化學實驗是指用微量的藥品在微型的儀器中進行的實驗?；瘜W是一門探究物質的組成、結構、性質和變化規(guī)律且以實驗為根底的科學，可見化學實驗在中學化學教學中至關重要，最好能給每個學生親自動手做實驗的時機。目前國家大力提倡綠色化學、低碳生活、新能源新材料，節(jié)能減排，近幾年化學教材改版的特點之一就是大力改革實驗內(nèi)容，使實驗生活化、簡單化和微型化，以適應21世紀綠色化學的開展到來。例如：教材P42第4〔2〕小題“尋找新的催化劑”探究實驗：〔2〕設計制取氧氣和試驗其性質的實驗方案〔下表可供參考，你也可以利用一些其他代用品自行設計其他方案〕，征得教師同意后實施你的方案，實驗后進行小結。目標1、尋找新的催化劑2、制取氧氣3、試驗氧氣性質儀器、藥品方案〔可畫簡圖〕步驟結論學生設計的方案大體2種：一種以試管作反響容器，另一種以點滴板為反響容器。兩組學生實驗后均成功，隨后我要求學生對兩種方案作比擬，通過學生討論小結出，后者較前者，藥品用量少，簡便易行，便于實驗比照，易清洗等優(yōu)點。在此根底上我又將學生思維觸角伸向生活，尋找替代微型儀器〔如盛西瓜霜含片的吹塑板〕，試驗后，效果良好。使用微型儀器實驗，可讓學生養(yǎng)成節(jié)約意識，也可培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識。為了要能在縮短實驗時間及節(jié)省消耗藥品之情況之下，又要能夠提高實驗的正確性，我覺得微型實驗在中學化學實驗教學中有著舉足輕重的地位。一、幾種常規(guī)演示實驗的微型化設計近幾年的教學，備課中我始終在思考一個問題，教材中的一些演示實驗尤其是一些可能會對環(huán)境造成污染的實驗，能否使其裝置更微型化、實驗藥品更微型化、實驗步驟更簡單，實驗時間更短等。因此我在課前實驗準備中對教材中的一些演示實驗，嘗試著在保持科學性根底上，做了改良。下面結合本人平時教學中如何使實驗微型化與同行進行探討與交流，談談我的一些不成熟的設計想法。例1：“氧氣的性質實驗”：用燃燒匙盛硫或紅磷進行實驗，存在的問題是用量過大，燃燒時間長，做完實驗后仍有剩余物質，同時產(chǎn)生大量的SO2、P2O5等物質污染環(huán)境。對這個實驗我將燃燒匙進行改良，取一細玻璃棒的一端燒至半融后用鑷子壓出一個小凹槽，微型燃燒匙就制成了；再用青霉素瓶替作微型反響容器。實驗現(xiàn)象明顯，節(jié)約藥品，污染非常小。例2：“探究分子運動性質”實驗：教材設計實驗如下左圖所示：在A燒杯中倒入約10mL濃氨水，在B燒杯的蒸餾水，滴加數(shù)滴酚酞試液，用大燒杯罩住A、B燒杯，觀察。一會兒后，可見B燒杯中溶液變紅色。該實驗現(xiàn)象明顯，操作簡便，是比擬好的實驗方案。但缺點是，由于濃氨水有較強的揮發(fā)性，大燒杯口不平，環(huán)境中會彌漫著難聞的氣味。為解決以上問題,我設計了一套進行分子運動實驗的微型化裝置，如下右圖所示：在Y形管左支管中加少量無色酚酞試液，右支管中加少量濃氨水。一會后可見左支管的酚酞試液變紅。該實驗裝置簡單,易于操作,實驗現(xiàn)象明顯，藥品用量少，便于攜帶走動。例3：“物質溶解時的吸熱和放熱現(xiàn)象”實驗：我先讓學生課前設計出新方案，后小組討論，再由小組長在全班表達設計思路，最后由學生評選出較理想的方案。其中學生設計的常規(guī)方案大致如下：分析完學生設計的各套方案后，我又鼓勵并帶著學生使用微型儀器〔青霉素瓶、輸液管、注射器等〕設計出以下幾種微型實驗方案：例4：“二氧化碳的實驗室制取與性質”實驗：備課時我曾在某省的一道中考題中看到一套制取裝置〔如下左圖所示〕，當時我就在思考教材中有關“二氧化碳的實驗室制取與性質”這一常規(guī)實驗的改良，經(jīng)過一段時間的思索與搜尋，我發(fā)現(xiàn)用青霉素瓶、輸液管、注射器、塑料袋、娃哈哈飲料瓶、一礦泉水瓶半截、滴眼液瓶〔扎有許多針孔〕等儀器可組裝二氧化碳的制取裝置〔如下右圖所示〕，同時在試驗階段，我還嘗試著用以下三套裝置組合來驗證二氧化碳的性質，ABC利用A和B組合來驗證二氧化碳的密度比空氣密度大、不能燃燒和不支持燃燒的性質，利用A和C組合來驗證二氧化碳與水〔紫色石蕊試液〕及澄清石灰水的反響情況，實驗中藥品用量少且現(xiàn)象明顯。二、微型化學實驗的應用價值通過具體實驗的微型實驗與常規(guī)實驗比擬可以看出微型化學實驗同常規(guī)實驗相比具有很大的優(yōu)越性：①藥品用量大大地減少；②實驗時間明顯地縮短；③實驗污染大大降低；④實驗平安性大大地提高。在中學化學教學中，由于受設備、藥品等的限制，大量的實驗都無法由學生親自實踐而是由教師演示完成，影響了學生動手及思考能力的開展。因此，采用微型化學實驗來輔助中學化學教學，有著很大的應用價值，具體表達在：1、有利于學生樹立環(huán)保意識微型化學實驗試劑用量少，這樣既節(jié)約了藥品、保證了實驗效果，又減少了環(huán)境污染。這本身就是一個很好的保護環(huán)境的意識。如果我們再在化學微型實驗教學中將節(jié)約藥品、尾氣的吸收、循環(huán)利用藥品、妥善處理廢棄物等思想滲透到實驗的每一個過程中，對學生來說這不僅是一節(jié)化學課還是一節(jié)非常好的環(huán)境保護教育課。2、有利于激發(fā)學生學習化學的興趣枯燥的書本知識難免不讓學生產(chǎn)生厭學情緒，微型化學儀器體積小方便攜帶，可拿在手上走動，可以將整套儀器帶入教室而不用再去實驗室上化學課，而且可以人手一套儀器自由設計實驗方案，不再受書本實驗的約束。這樣每個學生都可以動手實驗，觀察豐富多彩的實驗現(xiàn)象，最終提升化學學習興趣。3、有利于提高學生的實驗能力微型化學實驗能夠培養(yǎng)學生的實驗能力。在中學化學教學中引入微型實驗，將使大多數(shù)的演示實驗變成學生邊聽邊實驗，學生對實驗表現(xiàn)出較大的興趣，在接受新知的同時完成實驗。教師對學生進行引導，讓他們觀察現(xiàn)象、分析問題，增加學生動手操作的時機。同時微型實驗儀器體積小、價格低，因此學生可以做到人手一套，再也不用盯著眼睛看實驗，聽老師“講實驗”。使絕大多數(shù)學生都有時機動手做實驗，改變過去“一人做，大家看”的局面。4、有利于加強實驗的平安性

化學實驗除了有的時候會釋放出有害氣體以外，有時還可能會引起爆炸，所以許多中學化學教師和學生都覺得實驗不平安，減少了實驗數(shù)量，甚至不做實驗，這對實驗教學產(chǎn)生了極大的負面影響。采用微型實驗就可以把實驗的危險系數(shù)降低，讓學生能近距離的觀察實驗而無須擔憂平安。5、有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力傳統(tǒng)的化學實驗教學中，限于儀器的數(shù)量及組裝儀器的復雜性，學生往往需要多人合作才能完成實驗，難以培養(yǎng)學生的主觀能動性及獨立思考問題的能力。但是微型化學實驗能很好的解決這一問題。微型實驗由于只使用了較少的藥品，為了保證良好的實驗效果，必須對實驗從實驗技術、方法、儀器等方面進行重新設計，才能到達實驗的目的。微型實驗的儀器與實驗方法的設計，將會給師生們提供更多的參與時機，激發(fā)創(chuàng)造欲望，發(fā)揮學生與老師的創(chuàng)新能力。三、微型化學實驗的缺乏微型化學實驗不是萬能的，與任何新生事物一樣，應該一分為二地看待，它也不可防止地存在缺乏之處，這主要表現(xiàn)在：1、由于儀器、裝置及實驗規(guī)模小，實驗的可見度低，如果不采用放大實驗現(xiàn)象的補救措施，不宜用于演示實驗；2、微型化學實驗反響物及產(chǎn)物的量都小，沾附在容器壁上的藥物占整個反響物或生成物的比偏大，在定量實驗〔粗鹽提純〕中因產(chǎn)率過低使實驗無法得到準確的結果；3、現(xiàn)行的微型化學儀器主要以塑料制品為主，表達出其方便易于操作等優(yōu)點。但塑料儀器不耐高溫，塑料本身能與一些化學試劑起反響導致其推廣應用受到阻礙。由于上述缺乏之處，微型化學實驗目前在中學化學教學實驗中的推廣受到了一定的限制，微型化學實驗有它獨特的優(yōu)點，在教學中，應根據(jù)實驗的內(nèi)容、目的、現(xiàn)象和定量要求等進行選擇，使常規(guī)實驗和微型實驗相結合，兩者取長補短，這樣可以發(fā)揮更好的效果?？傊?，中學微型化學實驗不是常規(guī)實驗的簡單微縮，也不是對常規(guī)實驗的補充，更不是與常規(guī)實驗的對立，而是在整個實驗過程中貫穿了綠色化學的思想，有效實現(xiàn)“盡可能小劑量實驗、省資源、少污染、減本錢”,還增強學生的環(huán)境保護意識，是對中學化學常規(guī)實驗進行的改革和開展。當前的新課程改革和新課程標準的實施為微型化學實驗的推廣普及提供了良好的機遇。作為化學教師的我們應該更多的想一想如何設計微型實驗并使其在化學實驗教學中發(fā)揮它應有的作用。讓我們每一位中學化學教師都為此做出新的、更大的奉獻！參考文獻：[1]李琳.《微型實驗在中學化學實驗教學中的作用和地位[J]》，安順師專學報，1996，〔2〕：65～66[2]