微型實驗在中學化學課程改革中的應用及推廣：大學生研究性學習案例

姚如富， 姚得利， 方 璐

（合肥師范學院 化學化工系，安徽 合肥230601）

合肥師范學院化學化工系微型實驗開放實驗室建立于2003年，研究成果兩次榮獲安徽省教學成果二等獎。在前期研究的基礎上，我們又在08級、09級師范專業學生中組建了兩個研究性學習小組，成功地在應用及推廣方面做了初步嘗試。

1 微型化學實驗的應用及推廣意義

1.1 微型化學實驗有利于節約藥品，降低實驗成本

常用的實驗儀器在日常生活中很容易找到替代品［1］，如可以用注射器進行液體的移取、滴加或者改做啟普發生器；青霉素瓶作廣口瓶；廢棄的圓珠筆芯作藥匙，廢棄輸液管作長頸漏斗等等。類似于這樣的開發，在取得同樣教學效果的同時，既可以節約實驗的經費投入，又可以較好的培養學生可持續發展的思想觀念，為建立資源節約型社會做貢獻。例如，焰色反應，傳統的實驗程序復雜，而且需要貴重金屬鉑，現可采用微型化學實驗改進如下。具體操作：

（1）配制 NaCl、KCl、CuCl2、BaCl2的飽和溶液；

（2）將濾紙裁成小條，用筆在下端寫上對應的名稱。再將其分別泡到對應的溶液中，約5分鐘后取出，晾干；

（3）將干燥的濾紙條放入無水酒精中浸泡，然后分別放在酒精燈上燒，會有對應的焰色出現。

1.2 微型化學實驗有利于環境保護，減少污染

在化學實驗中，實驗后的一些剩余的酸、堿、有毒氣體等，不能及時很好處理，師生會深受其害。而微型化學實驗的推廣，使得試劑用量大大減少，這樣就會減少有毒有害物質的產生。

例如：根據鹽失水后顏色變化可驗證濃硫酸的氧化性和吸水性，用CuSO4和CoCl2的含結晶水的鹽做一組對比實驗可以很好地驗證濃硫酸的這兩個性質。原理：CuSO4·5H2O失去結晶水后，由藍色變為白色；CoCl2·7H2O失水后由紫色變為藍紫色，而且Cl－易被氧化。具體操作：

（1）分別在兩個六孔井穴板中分別放入CuSO4·5H2O和CoCl2·7H2O；

（2）再分別加入3ml濃硫酸，然后分別在上面放一張濕潤的淀粉碘化鉀試紙；

（3）可看到硫酸銅由藍變白，淀粉碘化鉀試紙不變色，而氯化鈷由紫色變成藍紫色，淀粉碘化鉀試紙變藍。

1.3 微型化學實驗易于操作，有利于培養學生創新能力

在課改中應用推廣微型實驗，可以為學生提供新的學習平臺；增加實驗化學的選擇范圍、趣味性、靈活性。而且由于常用實驗儀器在日常生活中很容易找到替代品，有利于學生開展家庭實驗和趣味實驗［1］，有助于學生發散思維和創新設計［2］；對于學生在實驗的技能、環保意識等方面的提高都有較好的效果［3］。

例如：水的電解和氫氧爆鳴微型實驗：

具體操作：

（1）用多功能滴管吸取0.1mol／L氫氧化鈉溶液半管1mL左右，在滴管尾端插入兩根被折成直角形狀的大頭針作電極，注意防止大頭針接觸引起短路；

（2）多功能滴管放入六孔井穴板的一個孔穴中，細長的頸部彎曲后沒入另一個已經盛有洗滌劑的孔穴中，注意要使開口沒入液面下；

（3）導線連接電極和電池，開始電解，洗滌劑溶液表面會產生大量泡沫；

（4）電解開始，在泡沫穩定一段時間后，停止電解，把多功能滴管的開口端移開，引爆泡沫，能夠清楚地聽到爆鳴聲。

實驗優點：

將水的電解和氫氧爆鳴兩個實驗設計成微型化學實驗，用微型儀器來完成，則可以使實驗操作簡單現象明顯，爆鳴聲清脆而且非常安全。女生也可以大膽放心操作該實驗。

2 微型實驗（ML）應用及推廣的理論依據

2.1 微型實驗對中學化學課改獨特的優越性

（1）微型化學實驗儀器具有實驗儀器成本低、體積小的優點，易于實現學生人手一套［8］，適用范圍較廣，有助于強化學生實驗動手能力和創新設計能力。由于用量少，所以有助于樹立節約資源的理念。

（2）改變過去那種傳統的老師演示實驗學生被動觀察的局面，使大多數學生都能親自動手做實驗。這樣可以增加大家在“做中學”的實踐時間，對于學生學習化學興趣的提高、知識與技能的掌握和復習很有幫助。

（3）由于微型實驗試劑用量少，大大縮短了實驗的準備時間，這樣能夠很好地提高實驗安排的靈活性和實驗試劑的利用率。使得化學實驗開展更容易，為深化課程改革和開放式實驗教學提供基礎條件。

（4）有利于學生加強綠色化學的觀念，微型實驗能大幅度地減少實驗室“三廢”的排放，有助于培養學生關心自然環境、關心國家發展的情感。

2.2 微型實驗的局限性

作為新興事物，它還有一些地方不夠完善，有待發展。尤其就實驗教學而言，有些實驗不宜開展微型實驗［4］。例如：

（1）由于受器材本身規格和試劑用量的限制，如果采用微型實驗的方法來演示要求發光、劇烈燃燒放熱的實驗，則教學效果不是很好。如：鐵在氧氣中燃燒；白磷的燃燒，鎂條的燃燒，鋁熱反應等。

（2）目前在中學教學中用微型實驗的方法，一般不適宜做從大量原料中提取微量成分的實驗。因為微型化學實驗進行攪拌、分液、萃取、抽濾等實驗步驟有一定難度。

（3）對于一些需要稱量質量的制備、定量實驗，微型儀器的精確度不高。因為微型實驗反應物和生成物的量一般很少，但是卻有很大部分沾附在實驗儀器上。

古人云：知己知彼，百戰不殆。全面詳細了解微型化學實驗，有利于揚長避短；有利于在化學新課程改革中更好的應用及推廣微型實驗。

3 微型化學實驗在中學化學教育改革中的應用舉例

3.1 問卷調查

利用08級師范生在合肥一中和合肥世界外國語學校見習、實習的時間，對該校部分學生發放調查表——調查該校高一年級學生（因為高一學生已經經過1年系統的化學基礎學習，對化學實驗已較熟悉）對化學實驗是否感興趣，我們設計了以下的調查問卷：調查對象，合肥一中高一1班和合肥世界外國語學校高一5班。共發放并收回問卷60份。調查的目的是了解學生對于化學實驗是否感興趣。因為只有學生對化學實驗感興趣，在新課程改革中大力應用與推廣微型化學實驗才有實際意義與價值。

調查問卷

學生對于化學實驗是否感興趣

性別：（ ） A、男 B、女

1、你是否喜歡觀察奇妙的化學實驗現象（ ）

A、喜歡 B、一般 C、不喜歡

2、你喜歡自己動手做實驗嗎？（ ）

A、非常喜歡 B、喜歡 C、不喜歡

3、在教師做演示實驗的時候，我常常只對實驗的現象和裝置感興趣，而不考慮其它的。（ ）

A、我會考慮相關的其它問題 B、偶爾會考慮C、從來不考慮

4、我希望老師把演示實驗變成學生實驗，并且由學生自己得出實驗的結論。（ ）

A、很希望 B、無所謂 C、不希望

5、當在學一種新的物質的時候，我希望做與之性質相關的實驗。（ ）

A、很希望 B、無所謂 C、不希望

6、我會利用已有的條件做一些家庭實驗。（ ）

A、經常 B、偶爾 C、從來沒有

7、觀察老師演示的化學實驗現象后，我常積極思考為什么會發生這樣的現象，并想找出其中的實驗規律。（ ）

A、經常 B、偶爾 C、從來沒有

8、我希望學校增加化學實驗課的課時。（ ）A、很希望 B、無所謂 C、不希望

9、在實驗中，我經常思考是否可以改進實驗裝置，更換藥品，使實驗更簡單，現象更明顯。（ ）

A、經常 B、偶爾 C、從來沒有

3.1.1 問卷調查的數據處理：

表1 問卷調查的數據

3.1.2 結論和分析

從上表可以發現，高一學生對于化學實驗有很高的興趣；絕大部分學生希望能夠抽出一定的時間自己動手做實驗，能夠思考實驗中產生的疑問。但在實際實踐中碰到了一些困難，主要原因是考試的壓力、實驗室硬件跟不上新課程改革的要求等因素。解決這一問題最好的途徑就是在下階段的化學課程改革中大力推廣微型化學實驗。

3.2 微型化學實驗是中學化學實驗教學改革的主要方向之一

戴安邦院士曾指出：上好化學實驗課是實施全面化學素質教育的最有效的教學形式。因為化學學科的特征是“化學是一門以實驗為基礎的科學”。它決定了化學實驗既是化學課程教學中實施科學探究的基礎，也是進行科學探究的主要方式之一。化學實驗對提高學生的化學學科素養具有無法替代的重要作用。不僅是因為學生在化學實驗實踐中可以學到第一手化學知識和實驗技能，更重要的是學生通過親自動手實驗能夠受到科學的思維和方法訓練以及獨立鉆研、團隊協作等科學精神和品德的培養。

我省現在使用人教版的實驗化學教材第一單元“從實驗走進化學”就引入綠色化學的概念和使用化學品的5R原則，即不用危險品（Reject）、減少用量（Reduce）、再生（Regenerate）、循環使用（Recycle）、回收利用（Reuse）［5］。開展微型化學實驗是化學教育中實施綠色化學教育的一條非常有效途徑，并且開展微型化學實驗更能促進學生科學素養的發展，使師生的環保意識和可持續發展理念得到強化。

3.3 中學化學教學中一些實驗微型化應用舉例

3.3.1 乙烯的制取與性質微型實驗：

圖1 乙烯制取與性質常規和微型實驗裝置圖

3.3.1.1 兩組實驗儀器與裝置及藥品用量對比：

表2 兩組實驗對比表

3.3.1.2 實驗優點

（1）實現儀器微型化，更易于操作：以具支試管、小試管、尖嘴玻璃導管分別代替教科書上圓底燒瓶、常規試管、玻璃導管，添加了平底具支試管為洗氣裝置。

（2）乙醇與濃硫酸的混合液的體積由教科書上的15～20mL降為2～3mL。

（3）用5%NaOH溶液來洗氣既防止了實驗過程產生的SO2、CO2等氣體對本實驗的干擾，又在性質實驗前清除了污染。

3.3.2 氫氣和氯氣的見光爆炸實驗，實驗裝置如圖2：

圖2

3.3.2.1 具體操作步驟：

（1）在Y管一側放入4個鋅粒，另一側放入0.5gKMnO4顆粒；

（2）滴入5滴濃鹽酸，然后迅速蓋上一塊塑料片；

（3）在距離Y管3cm處點燃一根約2cm的鎂條，約10s鐘就會有爆炸聲，塑料片會跳起；

（4）滴入數滴5%的NaOH溶液來吸收有毒氣體。

3.3.2.2 實驗優點：

裝置簡單，操作簡便，反應迅速，污染少。

3.3.3 銅絲與濃硫酸的反應，實驗裝置如圖3：

圖3

3.3.3.1 具體操作步驟：

（1）在Y管一側加入3mL濃硫酸，另一側加入2mL品紅溶液，

然后將銅絲插入濃硫酸中；

（2）在試管口塞上一團棉花，滴上數滴5%的NaOH溶液；

（3）加熱濃硫酸一側，可以看到有氣泡冒出，品紅慢慢褪色；

（4）待品紅完全褪色，抽出銅絲，加熱品紅端，品紅恢復紅色。

3.3.3.2 實驗優點：

裝置簡單，操作方便，易于現象觀察，而且防止SO2溢出，避免污染，銅絲可反復使用。

4 微型化學實驗在中學化學教育改革中推廣的措施

4.1 微型器材的普及及推廣

應用推廣微型實驗，要首先推廣其器材；因為微型實驗器材是獨特的，是微型實驗開展的基礎。

表3 所列為最常見的微型實驗器材

微型化學實驗儀器無論材質和造型如何，它們都具備體積小、價格低廉、易操作、不易破碎、易選用替代品、功能多用等特點，比較符合綠色化學的理念。

實踐表明，當前我國批量生產的微型實驗儀器在經濟上是絕大多數學校能夠承受的。而且在實際教學實踐中，教師和學生可以用一些廢棄物改制實驗儀器替代品。這點在本文開頭已經舉例說明，因此具備在中學課改中大力推廣微型實驗的物質基礎。

4.2 化學課程標準中增加微型化學實驗內容

課程標準是教材編寫、教學、評估及考試命題的依據，是國家管理和評價的基礎。義務教學課程標準和高中化學課程標準是國家對化學教育、教學的基本規范［6］。現階段的中學化學課程標準中多處提及“綠色化學”，體現了新課程改革積極幫助教師和學生形成可持續發展的理念。如果在化學教材中增加系統化、具體化的“微型化學實驗”材料［7］，無疑會對學生在實驗實踐中貫徹“綠色化學”理念有極大地引導和幫助。可喜的是，我省目前使用的人民教育出版社出版的選修模塊“實驗化學”教材就引入了微型化學實驗。這體現了微型化學實驗在化學課程改革中具有良好的導向功能和一定的推廣度。但事實上這樣的案例還屬于少數，只有廣泛將微型實驗運用到中學化學知識領域，與教材中的常規實驗很好的融合，才能有助于微型化學實驗的應用和推廣。

4.3 充分發揮一線化學教師的價值

應用和推廣微型化學實驗是絕對不能離開一線教師［7］。而現在中學許多化學教師可能還不具備開展、應用微型化學實驗的意識和能力。因此，一些師范院校，教師培訓單位和教師進修機構需要加強合作。職前教育培訓中，師范院校要引導化學師范生開展微型實驗并培養該方面的能力，為其以后的教學工作打好鋪墊。在教師入職后的教育培訓中，培訓機構和有關部門要通力合作，把微型化學實驗的相關課程加入進修或培訓計劃中。有關部門要做好宣傳工作，大力倡導微型實驗與課堂教學設計的結合與實踐。只有充分發揮化學教師這一寶貴資源的巨大價值，在化學新課程改革中才能更好的應用和推廣微型化學實驗。

4.4 在升學考試中從微型實驗選材進行命題

雖然現階段微型化學實驗的研究引起了廣泛的重視，但要想在中學化學課程改革中更加廣泛的應用和推廣微型實驗，必須增加其在考試命題［7］，尤其是升學考試命題中的地位。對于現在的教育，統一性的考試尤其是升學考試是檢驗學生學習能力的一個重要的指標。由于目前在化學考試中基本上都是采用常規實驗的方法和裝置，因此有一些學校的師生對微型化學實驗缺乏足夠的認識，甚至出現排斥心理。所以在考試命題中增加微型化學實驗的試題案例是十分必要的，否則微型化學實驗只會被當做“雞肋”，不能很好的達到培養學生“綠色化學”理念的目標。

5 結論與展望

5.1 結論

因為頻繁出現的環境污染問題，以及大量使用添加劑帶來的食品安全問題。例如：毒奶粉、毒韭菜、紅心蛋、“化學豆芽”等，使得化學在公眾心目中“形象不佳”。導致許多人直接將化學實驗等同于有毒、爆炸、污染。這不得不引起廣大從事化學相關行業，尤其是化學教育工作者的重視和反思。改變人們對化學的錯誤認識，將是我們化學教育工作者的責任。

當前的課程改革，對于教師和學生來說，都面對著不少的壓力和挑戰，所以需要大家共同努力，積極獲取新的知識和理念，不斷取得新的進步。通過對比常規化學實驗，我們可以輕易發現：微型實驗的儀器精致、小巧，學生拿到手中會明顯感到興趣盎然，操作簡便安全，加上不少微型實驗設計十分巧妙，師生可以充分發揮自己的聰明才智。因此微型化學實驗對于激發學生學習化學興趣、強化學生動手能力、培養學生科學創新思維［8］、培養團隊間的合作精神、樹立綠色化學觀念［9］、改善公眾對化學的錯誤認識等方面將會起到獨特的功效和更加積極的作用。所以在化學課程改革中，應用與推廣微型化學實驗具有深遠的意義。

5.2 前景展望

微型實驗無疑是中學化學實驗改革的一大趨勢，如果在化學新課程改革中加大其應用和推廣的力度，將來必定會掀起中學師生共同開發和研究微型實驗的熱潮。所以，戴安邦院士要求：“大力推行微型化學實驗，使我國中學化學教育皆有單人作業的實驗［10］。當然，推廣微型化學實驗并不是用微型化學實驗完全取代常規化學實驗，而是要將微型實驗與常規實驗進行有效組合，優勢互補，取“二者之所長”更好的為化學新課程改革出力；為我國化學教學質量的提高和化學素質教育的更好實施做出更大的貢獻。

［1］張曉霖.中學化學實驗微型化探究［J］.學周刊，2011，27：5.

［2］葉飛.推廣微型化學實驗適應新課程新變化［J］.內蒙古民族大學學報，2009，4：166－167.

［3］潘麗霞.在中學推行微型化學實驗勢在必行［J］.內蒙古民族大學學報，2009，4：184－85.

［4］陸軍.關于中學微型化學實驗的幾點思考［J］.讀與寫（教育教學刊），2011，7：132－160.

［5］宋心琦，周寧懷等.實驗化學［M］.北京：人民教育出版社，2007，1－12.

［6］王后雄，姚如富等.新理念化學教學論［M］.北京：北京大學出版社，2009：13－37

［7］陳凱，周志華.推廣微型化學實驗的新舉措［J］.內蒙古民族大學學報，2009，4：28－30.

［8］王劍峰，張亞非.微型化學實驗在化學教學中的應用［J］.教學研究，2011，4：13－114.

［9］施敏育.化學教學應該重視微型實驗的開展［J］.新課程研究，2010，5：77－78.

［10］周寧懷.微型無機化學實驗［M］.北京：科學出版社，2001，2－14.