高中化學“微型化學實驗”教學模式的實施及案例分析

宋瓊

【關鍵詞】高中化學 微型化學實驗 教學模式 案例分析

微型化學實驗（Microscale Chemical Experiment簡稱M.L）是美籍華裔學者馬祖圣在其編著的《化學中的微型操作》首次提出的。中國微型化學實驗研究中心主任周寧懷教授認為微型化學實驗是在微型化的儀器裝置中進行的化學實驗，其試劑用量近為常規用量的1/1000-1/10，用量比對應的常規實驗節省90%左右。微型化學實驗在設計時要依據綠色化學的教育理念，科學、規范的設計實驗原理、試驗裝置和實驗操作。實驗方案盡可能簡單，做的試劑省、時間短、效果好、無污染。“微型化學實驗”是對原有常規實驗的改進，所以其設計過程更注重學生的創造性思維，其過程本身就是一個創造性地探究過程。所以，在新課程高中化學實驗教學中引入“微型化學實驗”，對激發學生的學習實驗的興趣，培養學生的動手、觀察、動腦、創新、自學等能力有很好的促進作用。

一、“微型化學實驗”的特點及意義

近幾年，“微型化學實驗”在高中化學實驗教學中得到了快速的發展，很多研究者將高中化學實驗進行了微型化的改進和設計，較多的有氯氣的制備及性質微型實驗探究，銅與稀硝酸的反應微型實驗探究，Fe（OH）2制備微型實驗探究，碘的升華及性質檢驗微型實驗探究，濃硫酸吸水性和脫水性實驗的微型化研究，碳還原氧化銅的微型實驗設計，等等。從這些改進實驗中可以看出，微型實驗除具有安全性高、污染小等突出優點外，還充分顯示出“少、快、靈”的特點。

“少”：試劑用量少，如在銅與稀硝酸反應實驗中一個空注射器就可以代替原本試管進行實驗，實驗藥品節約80%以上，成本降低，因而增加了學生動手機會，同時，也對學生的實驗規范性提出較高的要求，要求學生操作更加認真，態度更加嚴謹。

“ 快”：實驗時間縮短，效率提高。如氯氣的制備及性質實驗，利用小型的青霉素瓶盛裝試劑進行實驗，氯氣無須提前收集，將氯氣的制備、性質、氣體的回收處理融為一體，既節省時間，又保證實驗環境不受污染。

“靈”：微型實驗儀器配合巧妙，使用靈活，如小漏斗加玻璃釘可組成減壓過濾裝置，小漏斗放在小燒瓶上加熱可起到回流作用，減少加熱過程中溶劑的揮發，點滴管可用于吸取液體，還可用于過濾，注射器可以代替試管做反應容器，青霉素瓶子口插尖嘴玻璃管就是一個簡單的制備氣體裝置…… 小巧玲瓏的儀器一方面可激發學生的興趣，使學生注意力集中，另一方面，儀器的巧妙組合，不同功能的發揮對發展學生的發散思維，培養創造思維極為有利。

由于微型實驗“小、快、靈”的特點，為實驗課教學的全面改革提供了時間和空間，同時，因其對學生觀察能力、動手能力、思維能力培養所發揮的獨特功能，也為高中化學實驗教學的全面改革創造了積極條件。

二、“微型化學實驗”教學模式的實施

傳統化學實驗教學方式重驗證輕探究，將教材上出現的常規實驗改進為“微型實驗”可以在一定程度上改變這種傳統模式，“微型化學實驗”的設計過程就是一種探究和創新的過程，它強調了學生能力的生成，學生通過參與實驗設計、討論實驗方案、進行實驗操作、交流實驗成果這樣的方式，不僅發散思維和創造性思維得到提高，化學實驗的研究能力、操作能力和實驗能力均獲得發展。為了使“微型化學實驗”教學模式更方便的應用與高中化學教學，筆者根據文獻查找和自身實際課堂教學情況，將這種教學模式主要分為分為以下幾步：確定實驗→篩選和優化→設計實驗→操作實踐→展示交流成果。

第一，在確定一個實驗是否進行微型化改進時，教師要給與學生指導，并不是所有的常規實驗都可以進行改進，那些實驗現象本來就非常明顯、使用試劑量又適中、符合綠色化學原理的反應就可直接按照教材的要求去做，如乙醇的催化氧化、鈉與水的反應等。

那么，到底哪些實驗可以進行微型化設計呢？筆者認為第二步篩選和優化就可幫助我們解決這個問題。篩選和優化的主要任務有：缺點排除，即在改進某實驗前，先去努力尋找原方案的缺點，在此基礎上設定微型實驗的改進目標，這需要先按照原本常規實驗的設計進行實驗，在實驗過程中觀察、尋找可能存在的缺點;優點綜合，即針對之前所找的缺點，進行創造性想象，對要開發的實驗的缺點提出各種希望。此時，便可將學生分為小組，以小組合作的方式，集思廣益，學生可以通過思考“如果這個實驗如何，如何該多好！”來一一列出優點，然后從化學原理和微型實驗儀器方面判斷這些優點實現的可能性，把有可能實現的實驗綜合起來，達到改進的目標。

第三，小組內部根據找出的實驗可改進的地方及確定的優化方案就可進行實驗的設計，設計內容為實驗儀器和藥品、實驗裝置圖、實驗步驟、實驗注意事項。小組內部進行合作、交流、設計，因為實驗方案的構思、設計是一種開放式、創造性的思維活動，更是一種科學探究活動的過程，小組中各成員獨立對實驗進行思考，小組內部集中討論和論證，討論設計結果提交教師審核，這樣就營造出一種寬松、自由、和諧的實驗創新環境。

在化學實驗上，任何理論上可行的方案都必須經過實踐的檢驗，微型化學實驗方案也不例外。方案經過教師審閱通過后，各小組開始進入實驗室進行操作實踐。高中化學課時較緊，而這樣的探究實驗又比較花費時間，所以建議各學校可以利用課外活動時間開放實驗室。教師要加強對實踐過程的監控工作，了解學生實驗操作中可能存在的問題，及時提供方法指導，幫助解決超出學生能力范圍的困難。實踐證明，幾乎每個小組都會在實踐過程中發現原設計方案的不足，根據這些不足之處進行思考，再改進，直到達到預期的實驗目標。這樣學生就會體驗到理論與實踐的距離，經歷和感受挫折與成功的歷程，使化學實驗教學也突出了情感價值目標。

最后，微型化學實驗的設計與實踐活動結束后，教師要重點要求學生來總結研究過程對自身的啟發以及解決相關問題的思路。各小組長輪流進行實驗的匯報，這個匯報不僅是整個實驗的全面回顧，更是學生心得體會提煉、升華的過程。同時，各小組展示自己的微型化學實驗設計裝置，并進行現場演示實驗，說出實驗創新之處，交由全班交流評價，反思其是否確實達到了優化實驗的目的。