高中化學微型實驗設計與創新

陳偉 李華帝 袁旗棟 龍曉峰 陳強均 梁麗君

摘要：高中化學微型實驗，絕不是常規實驗儀器和化學藥品的用量的縮小版，其目的是改進常規實驗，在教學中創新出優秀的實驗的方案，更好地體現高中化學微型實驗的教學的優勢。能直觀有效體現實驗現象，更重要的是能很好地培養學生的實驗操作能力和創新能力，不僅在課堂上開展，更須要在課外活動下開展，充分調動學生的積極性。

關鍵詞：高中化學;微型實驗;設計與創新

在這里所提的“化學微型實驗”，具體來說是指在進行化學實驗過程中使用微型的儀器或者裝置的一種實驗方式，此種實驗通過盡可能用最少的試劑，來減輕化學實驗對環境的污染以及減少試劑在器皿上的附著用量。這樣一種實驗方式，能夠在達到原有的實驗效果基礎上，極大地減少實驗的“三廢”，進而在化學實驗教學中將“可持續發展戰略”很好地體現出來。在微型實驗中，其本質的目的是對常規實驗進行改進，在教學中創新出優秀的實驗的方案，更好地體現高中化學微型實驗的教學效果。現將我們在教學過程的化學實驗微型化的一些創新寫出與大家共勉。

1. 在“氯氣的性質”測試實驗中，往往存在著需要現制造現使用的問題，而反應物的用量也不好控制，造成氣體容易外泄從而導致污染環境。但是如果在這測試實驗中采用“微型實驗”方式，則可以對原本的實驗過程進行有效的改進。在“微型實驗”中，教師可以引導學生在全學段只進行一次制取，并且讓學生利用多個注射器將一定量的氯氣分別收集起來，再用橡膠塞將其進行封閉，這樣一來，便能夠將這些氯氣隨時取用。不僅可以在一定程度上避免試劑的消耗浪費以及氯氣多次制造與浪費后出現的環境污染，更關鍵的是通過對比性實驗讓學生對氯氣的性質形成一個系統性的、整體性的認識。

2. 鹵素單質間的置換反應：在一張濾紙的中心處滴一滴飽和NaBr溶液，然后在此處滴一滴稀氯水，觀察實驗現象為黃色，再在此處滴一滴較濃的NaI溶液，此處顏色變為淺褐色，再滴一滴淀粉溶液，變為藍色。此設計操作簡單，現象明顯，教學直觀易懂，減少試劑的消耗和環境污染。

3. 與此同時，教師需要注意的一點便是需要將物質的制取和性質實驗盡可能地合并同時進行，采用此種方式能夠在減少反應物用量的同時，使實驗生成的排放盡可能地減少。而且，在這個實驗階段，教師還可以引導學生對實驗進行進一步摸索，圖1使得學生探究出能夠用最低用量來獲取實驗反應的方式。此后，教師便可以將相關的實驗用量手冊進行整理編冊并有效推廣，最終使得實驗資源能夠得到節約，進而將綠色環保的目的予以實現。利用V、W、Y形玻璃曲管組成反應容器，如圖1：

仔細觀察下圖，能夠發現這樣一個特點，即對于是需要少量氣體的反應實驗而言，這個實驗自身具備這樣一些特征，分別是試劑用量少、串聯反應管道化、反應現象明顯、能夠加熱且雖然依舊存在有害氣體泄漏，但是分量極少，以及對環境的污染少等。例如，氯化氫的制備和性質通過簡單的實驗組合形成了一個完整的知識體系，以此來使得學生的探究欲望被有效地激發出來。然后教師再借助一定的啟迪，讓學生對實驗組合與現有儀器進行重新設計，使最終的教學目的更加簡單、環保以及科學合理。其他的實驗，如氨的催化氧化，苯的溴化和香煙中的有害物質，可以通過這些組合的微儀器進行，以達到環保的效果。

圖24. 采用常規實驗制備有毒二氧化氮氣體，導致環境污染嚴重。利用微型實驗儀器的優勢，設計新實驗方案，如圖2：

首先微型實驗制備出二氧化氮氣體，該氣體與水反應生成稀硝酸，再利用稀硝酸與銅反應，這樣的實驗操作;第一，減少NO2的排放量，第二，將NO2轉化為稀硝酸，這樣可以培養學生運用知識能力，同時培養學生保護環境的意識。通過改進微型實驗方案來完成產生污染物這關實驗，從而有效地減少污染物，也可以減少反應的藥品的用量而降低對環境的污染。由此可知這個實驗巧妙地將銅與濃硝酸，銅與稀硝酸和一氧化氮轉化為二氧化碳的實驗有機結合起來，同時藥品用量少，污染物少甚至沒有污染物，做到真正意義地保護環境。

5. 由于一些易操作的常規實驗所用的藥品用量對環境造成污染，我們可以利用微型實驗優勢解決這類的問題。例如關于二氧化硫、乙烯、乙炔與溴的四氯化碳溶液和酸性高錳酸鉀溶液實驗探究，常規實驗中的溴水的用量多，對學生、教師的健康有危害且容易揮化污染環境。

6. 在具體實驗過程中，教師需要對學生進行鼓勵，以此來使得學生的動手實踐能力得到鍛煉。然后在這一情況下，培養學生觀察生活的能力，讓他們懂得將生活中的廢舊物品有效地利用起來，懂得將這些物品進行消毒處理并加以改制。在經過這樣的鍛煉與制作后，一些微型儀器代用品便被學生制作出來。此種方式能夠使學生的課外活動得到豐富，也能夠對他們的動手能力進行針對性的鍛煉以及提升學生的科學實驗素養。例如二氧化硫制備和性質實驗，讓學生利用如下材料和藥品設計實驗：（1）材料：小型塑料試管架1個、醫用小藥瓶2個、注射器1個、小橡皮塞4個、醫用輸液管若干、橡皮筋、滴管若干等。（2）藥品：Na2SO4（固體）、H2SO4（1∶1）、紫色石蕊試液、Ba（OH）2溶液、溴水、酸性KMnO4溶液、NaOH溶液。學生設計如圖3：

實驗操作：緩慢地控制注射器活塞，使硫酸注入玻璃瓶中，通過觀察氣泡的數量控制硫酸的量，直至各塑料瓶的現象明顯才停止硫酸加入，記錄實驗現象并分析現象，從而得出結論。

該裝置的特點及評價：①這個實驗巧妙地將制二氧化硫氣體與驗證二氧化硫的性質的實驗有機結合。而且做到配備氣體發生裝置，凈化裝置，防倒吸裝置。②實驗藥品用量少，成本低。③操作簡單，有利學生實驗成功，調動學生學習的積極性，培養學生動手能力和創新能力。④能有效地吸收二氧化硫氣體，防止污染環境。⑤能夠為學生學習二氧化硫減少實驗時間。⑥學生可根據自己的個人水平來調整實驗的操作，從而使得實驗具備創新性。

微型實驗不能僅僅作為獲得直觀實驗現象的手段，還要作為培養動手能力、創造能力的手段，不僅在課堂上開展，更須要在課外活動下開展，充分調動學生積極性。不能完全擯棄常規實驗的基本操作去照搬微型實驗，是學習化學的關鍵。由此，在“微型實驗”過程中，教師需要借助此種實驗，來對學生的探索能力、實踐技能以及綜合素養進行提升，要使微型化實驗真正成為中學實驗的發展趨勢。

參考文獻：

[1]顧文海，劉和平.談高中化學部分實驗微型化設計[J].中學生數理化，2014：11.

[2]劉長勝.對中學化學實驗微型化策略的探究[J].中國教育技術裝備，2011：17.

作者簡介：

陳偉，李華帝，袁旗棟，龍曉峰，陳強均，梁麗君，廣東省湛江市，吳川市第三中學。