初中化學實驗的微型化

義務(wù)教育化學課程標準2011年版與2001年實驗稿相比，在“實施建議”中有一處發(fā)生了顯著的變化，讓微型實驗名正言順地登上了初中化學教學的殿堂：“教師應(yīng)根據(jù)學校實際情況合理地選擇實驗形式，……條件有限的學校，可采取教師演示實驗或利用替代品進行實驗，鼓勵開展微型實驗、家庭小實驗等……”化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，實驗對于完成化學課程的任務(wù)具有不可替代的作用。化學實驗是化學教學的基礎(chǔ)和精華，是認識化學科學的源泉，是訓練科學方法的有效途徑，是科學素養(yǎng)形成和發(fā)展的必由之路。當然，開展化學實驗教學，必須有充足的實驗儀器和藥品作為后盾。

2007年江蘇省全面啟動了包括理化生實驗設(shè)備在內(nèi)的農(nóng)村中小學四項“配套工程”建設(shè)，大大改善了農(nóng)村學校的辦學條件，化學實驗教學一度生機盎然，令人欣喜。但隨著實驗儀器、藥品尤其是易耗品的不斷減少，加之農(nóng)村初中教學經(jīng)費的匱乏，無力添置實驗器材和貴重藥品，學生實驗已經(jīng)難以正常開展，只能重新回到講實驗、寫實驗、記實驗的尷尬境地，至于進行科學探究，則更難做到。化學實驗資源的缺乏與新課程改革實施之間的矛盾日益突出，甚至在動搖化學教師實驗教學的信念。在此情況下，行之有效的解決辦法是師生開發(fā)化學實驗替代品，進行化學微型實驗教學，以達到科學探究的目的。在農(nóng)村初中的化學課堂教學中，我們不僅要做實驗，更應(yīng)改進實驗和創(chuàng)新實驗，增強學生探究實驗的樂趣，使他們熱衷于化學學科的學習。微型實驗為農(nóng)村初中實驗教學常態(tài)化提供了可能。下面筆者結(jié)合平時的教學實踐談?wù)勥M行化學微型實驗的做法，權(quán)作引玉之磚。

一、學生實驗微型化

化學實驗是進行科學探究的重要方式，化學教師在教學中應(yīng)高度重視和加強實驗教學，充分發(fā)揮實驗的教育功能。認真組織學生完成新課標中規(guī)定的8個必做實驗是教師義不容辭的責任。在實驗條件欠缺的農(nóng)村初中，實施微型實驗很有必要。開發(fā)和利用化學實驗替代品進行化學微型實驗，符合“綠色化學”對使用化學藥品所倡導(dǎo)的“4R”原則，即：不用危害品、減少用量、循環(huán)使用和回收利用。微型實驗具有實驗儀器微型化和實驗藥品微量化的特點，這不僅能減少藥品消耗及實驗污染物的排放，而且能大大提高原料的利用率。化學實驗替代品的使用能極大地激發(fā)農(nóng)村初中學生學習化學的興趣，促使學生主動地、創(chuàng)造性地學習，真正使學生領(lǐng)悟到學習化學知識技能的過程也是理解化學、進行科學探究、聯(lián)系自己社會生活實際和形成科學價值觀的過程。

案例1：實驗室制取常見氣體

實驗室制取氧氣、二氧化碳、氫氣等常見氣體是初中階段重要的化學知識，我們可以從這些具體物質(zhì)的制法推出一般氣體制備的設(shè)計思路，以此來解決實際問題。我們知道，氧氣、二氧化碳、氫氣等氣體都可采用固液常溫型發(fā)生裝置（圖1）來制取。

在中學化學實驗中氣體的制取及其性質(zhì)實驗占有較大的比重，目前人教版、滬教版中的實驗都采用常規(guī)實驗的設(shè)計思路來編排，其原因主要是考慮到實驗操作的規(guī)范性。因此，設(shè)計并制作出價格低廉、效果良好且操作較為規(guī)范的微型氣體實驗裝置，是化學教師的一項重要任務(wù)。遵循化學微型實驗的設(shè)計思想，筆者收集了醫(yī)院廢棄的青霉素藥瓶（或阿司匹林藥瓶）、一次性輸液管、注射器。為防止病菌的傳染，用3%的過氧乙酸將這些材料浸泡24h，然后用水沖洗干凈。學生收集了礦泉水瓶、墨水瓶等。實驗前，截下一段輸液管做成導(dǎo)管，輸液管中間的滴壺一端剪去少許，另一端根據(jù)需要截下一段做長頸漏斗，滴壺下加上控液器就成了分液漏斗，礦泉水瓶的底部剪下就是水槽，墨水瓶、青霉素藥瓶可以做反應(yīng)器、集氣瓶或酒精燈座。

在教學時筆者曾考慮用注射器滴加液體藥品更為方便，但為了增強微型實驗操作的規(guī)范性，還是采用了圖2、圖3的方法。

這樣的微型實驗裝置能做到人手一套，1人或2人一組均可完成實驗。節(jié)省了藥品，現(xiàn)象明顯，還不失操作的規(guī)范性。

案例2：酸堿的化學性質(zhì)

課本中探究常見酸堿的化學性質(zhì)的實驗大多在試管中進行，藥品的用量較多，加之試管是易z9s55VHx1aitSOW9pb+YjQ==耗品，2人一組的大量實驗往往難以實現(xiàn)。基于以上情況，筆者發(fā)動學生自找盛裝片藥的板殼做點滴板，將輸液管的滴壺剪下，一端封口做成滴管。教學常見酸的化學性質(zhì)時，先在片藥板殼的5個凹坑內(nèi)依次操作：滴加2滴紫蘿卜皮提取液（替代石蕊試液），放1小片廢電池鋅皮，少許鐵銹（或1根小銹鐵釘），米粒大小的氫氧化鈉固體并滴上2滴石蕊試液，少許純堿。再向5個凹坑內(nèi)分別滴入2～3滴稀鹽酸，觀察現(xiàn)象，書寫化學方程式，歸納常見酸的化學性質(zhì)。

利用廢棄的片藥板殼進行酸、堿的化學性質(zhì)實驗，現(xiàn)象明顯，方便快捷，人人可做。

二、演示實驗微型化

實踐表明，大多不涉及規(guī)范操作的化學實驗都可以在不影響實驗性能的前提下朝著微型化方向改進，許多演示實驗也可以改成微型實驗，使學生人人動手操作成為可能，發(fā)揮常規(guī)實驗難以發(fā)揮的教育功能。

案例3：測定空氣中氧氣的含量

課本采用在密閉容器內(nèi)燃燒紅磷生成五氧化二磷固體來消耗氧氣，使容器內(nèi)壓強減小導(dǎo)致外界的水進入容器，依據(jù)進入容器內(nèi)水的體積來測量空氣中氧氣的體積分數(shù)，實驗如圖4所示。該實驗有以下不足：紅磷在空氣中點燃，會污染環(huán)境；燃著的紅磷伸入集氣瓶時速度再快，空氣也會外逸，易造成實驗結(jié)果的誤差；裝置冷卻時間長等。

針對以上問題，筆者帶領(lǐng)學生作了如下改進：預(yù)先測出青霉素藥瓶的體積約15mL，用20mL的注射器吸入15mL水，再向青霉素藥瓶中放入綠豆大小的白磷（吸去水），塞上瓶塞，插上注射器，將青霉素藥瓶底部放入熱水中，一會兒白磷燃燒（圖5所示）。使裝置冷卻（可放入冷水），注射器內(nèi)的水自然流下（圖6所示）。改進后實驗的優(yōu)點是：裝置簡單，操作方便；反應(yīng)始終在密閉容器中進行，不會污染空氣；注射器中水的體積變化明顯（不需給青霉素瓶標刻度），精確度高；實驗時間短，提高了課堂效率。

案例4：一氧化碳還原氧化鐵

一氧化碳還原氧化鐵是初中化學課本中的重要實驗。此實驗涉及一氧化碳有毒氣體的制取及尾氣處理問題，在初中教學中一般進行教師演示實驗，甚至有老師采用多媒體演示，這往往會使學生對一些涉及有毒物質(zhì)的實驗產(chǎn)生恐懼感。另外，按照課本進行實驗（圖7），在實際操作過程中有以下弊端：實驗前需預(yù)先制取并收集一氧化碳氣體并貯存在儲氣瓶中，裝置復(fù)雜，操作繁瑣；所用的氧化鐵較多，加熱時間長，產(chǎn)生的一氧化碳廢氣較多；學生因無從知曉一氧化碳的制取過程，對一氧化碳有陌生感、神秘感，還有些許恐懼感。

我們設(shè)計了如圖8所示的實驗裝置，采取邊制取一氧化碳氣體（濃硫酸催化分解甲酸）邊進行其性質(zhì)實驗的方式。用玻工制作的方法（將玻管繞線、加熱、驟冷再熔光），切取一段細玻管（內(nèi)徑約3mm左右，長約8cm），在酒精燈火焰上將玻管彎曲成“V”型，尾部拉尖（見裝置圖），制成發(fā)生反應(yīng)的玻璃管。課堂教學時，在靠近“V”型的一端利用滴管將澄清石灰水擠入使其聚于“V”型底部，再用少許玻璃毛（即玻璃纖維）粘取適量氧化鐵粉末，通過探針將其從另一端送入細玻璃管中。然后向用作氣體發(fā)生器的青霉素藥瓶中加入5mL濃硫酸，再用自制滴管吸滿甲酸，最后按照圖8連接好裝置（用木質(zhì)試管夾固定）。擠壓自制滴管，使甲酸與濃硫酸接觸，反應(yīng)便開始了。該實驗現(xiàn)制現(xiàn)用一氧化碳，并且將一氧化碳對人體和環(huán)境造成的危害降到最低，消除了學生的恐懼心理。本微型實驗操作簡單，安全環(huán)保，現(xiàn)象明顯，節(jié)約實驗時間和藥品，同時達到了預(yù)期的教學效果。

三、家庭實驗微型化

教學實踐表明，家庭小實驗的引入使課堂教學延伸至課外，它對激發(fā)學生學習興趣、鞏固知識技能、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、開發(fā)智力起到一定作用。微型實驗的教學涉及到實驗儀器潛在功能的開發(fā)、微型實驗儀器的設(shè)計制造，為學生開展家庭實驗提供了一個載體。開展家庭小實驗有助于把課程內(nèi)容與學生生活以及社會科技發(fā)展聯(lián)系起來，擴充學校教育資源，使學生形成積極主動的學習態(tài)度，從而實現(xiàn)拓寬實驗素材的功能。

譬如，在學習對人體吸入空氣和呼出氣體的比較探究時，由于是初學化學，學生動手能力差，即使教師對一些實驗操作進行了演示，有的學生也會由于操作不熟練而使實驗失敗。為了使學生熟練掌握一些基本操作，讓他們體驗到成功的快樂，筆者布置學生回家后利用廢棄的飲料瓶代替集氣瓶，用飲料吸管代替導(dǎo)管，用面盆代替水槽，進行檢驗氧氣含量高低的實驗。第二天上課時一了解，大多數(shù)學生在家里動手做了這個實驗，并且在課堂上對自己的實驗講得頭頭是道，有的同學甚至還從自己的小實驗中發(fā)現(xiàn)了一些新問題。這樣，同學們既體會到實驗成功的快樂和成就感，又對自己實驗成敗的原因得以充分的探討，學生都不同程度地獲取了知識，增強了創(chuàng)造欲望。再如，我們有時候會感覺到由于課堂教學的時間有限，上一節(jié)有探究性實驗的化學課，不免顯得緊張而忙亂，有時只能草草收場，根本達不到預(yù)期效果。為彌補這一缺憾，筆者在教學“二氧化碳的實驗室制取”前，先指導(dǎo)學生回家小組合作做家庭小實驗，用青霉素藥瓶代替集氣瓶，用注射器代替長頸漏斗，用輸液管代替玻璃導(dǎo)管，利用小石塊（或小水泥塊）與白醋反應(yīng)，再用澄清石灰水檢驗氣體。第二天課堂上再采用微型實驗與常規(guī)實驗相結(jié)合進行教學。實踐證明，這樣做課堂效果明顯好于以前不做家庭小實驗。在探究中通過親手做實驗，培養(yǎng)了學生的觀察能力和實踐能力，提高了學生學習化學的興趣，隨之產(chǎn)生強烈的求知欲，激發(fā)創(chuàng)造熱情。

微型化學實驗作為一種與常規(guī)實驗相輔相成的實驗方式，能夠開發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，提高學生的思維品質(zhì)、創(chuàng)新意識和科學素養(yǎng)。課本中的一些實驗，諸如分子的運動實驗、微粒間隔實驗、鐵銹蝕條件的探究實驗、酸雨模擬實驗、溶液的酸堿性實驗、常見鹽的性質(zhì)實驗，等等，我們都設(shè)計成微型實驗進行教學。當然，微型實驗也有其缺點，主要表現(xiàn)為操作規(guī)范性不高，嚴謹性不夠；在攪拌、過濾、控溫加熱等操作上難度較大。鑒于此，課堂教學中應(yīng)該根據(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)實驗與微型實驗相結(jié)合，兩者取長補短，提高學生化學實驗的動手率及實驗操作能力，更好地發(fā)揮微型實驗的特點和它特有的功能。

參考文獻

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