高中化學(xué)微型實驗的實施

陳偉　李華帝　袁旗棟

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實驗是化學(xué)的靈魂，是學(xué)生認(rèn)識化學(xué)世界的窗口，是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要手段。以綠色理念為指導(dǎo)興起的微型化學(xué)實驗，以優(yōu)異的實驗功能給新課程的化學(xué)實驗預(yù)示著樂觀的前景，它是在微型化儀器裝置中對化學(xué)實驗進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計的一種新的實驗?zāi)Ｊ剑嗄陙碓趪鴥?nèi)外發(fā)展很快，被國際公認(rèn)的一種在微型化條件下對化學(xué)實驗創(chuàng)新性變革的新技術(shù)和新方法。微型化學(xué)實驗儀器微型化、試劑用量少，這使學(xué)生可以在教室、甚至在家庭做實驗。它為實施素質(zhì)教育，開展研究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力提供了一條有效的途徑。如何充分發(fā)揮微型化學(xué)實驗的功能作用，筆者談?wù)勛约旱囊恍┛捶ā?/p>

一、 微型化學(xué)實驗的內(nèi)涵

微型化學(xué)實驗，英文名稱為microscale chemical experiment或microscale labotatory（簡寫為M.L.），是20世紀(jì)80年代經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的高校為解決化學(xué)實驗環(huán)境污染、實驗操作安全以及節(jié)省開支等方面考慮而發(fā)展起來的一種化學(xué)實驗新方法和新技術(shù)，它的明顯優(yōu)點為各國化學(xué)工作者接受并得到推廣。微型化學(xué)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，而是在綠色化學(xué)思想指導(dǎo)下，用預(yù)防化學(xué)污染的新思想、新方法和新技術(shù)對常規(guī)實驗進(jìn)行改革和發(fā)展的成果。

二、 微型化學(xué)實驗的特點

與常規(guī)化學(xué)實驗相比較，微型實驗具有體積小、省時間、反應(yīng)快、效果好、易操作、較安全、動手操作機會多、趣味性高、用藥少、污染低等特點。微型儀器通常價格低廉，實驗耗費成本較低，易于實現(xiàn)人手一套儀器，使學(xué)生能夠人人動手做實驗，有利于拓展化學(xué)教育的功能，激發(fā)學(xué)生對化學(xué)的興趣，強化學(xué)生實驗操作能力，培養(yǎng)良好的科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生綜合素質(zhì)起到積極作用。

三、微型化學(xué)實驗在中學(xué)課堂教學(xué)的實踐探究

根據(jù)學(xué)習(xí)的循序漸進(jìn)的過程，剛開始時，老師通過示范和設(shè)計好實驗步驟，讓學(xué)生根據(jù)實驗步驟自行驗證。經(jīng)過一段時間，等學(xué)生大致了解儀器連接，對微型儀器有個全面的感知之后，在開展實驗教學(xué)時可靈活安排，哪些實驗需要給出實驗步驟讓學(xué)生重復(fù)驗證一些化學(xué)實驗。哪些實驗可以設(shè)計為探究實驗，讓學(xué)生根據(jù)已經(jīng)掌握的知識，經(jīng)過查資料、討論后，開展自主的實驗探究。又或者有的實驗可以給出部分實驗過程，剩下的讓學(xué)生自主探究。總之，老師在這里要充當(dāng)引導(dǎo)者，讓學(xué)生由原來的被動接受轉(zhuǎn)化成主動探究，由模仿變?yōu)閯?chuàng)造，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度，學(xué)會做科研。下面，以《乙烯的制備及性質(zhì)》為例作探究。

儀器和藥品：

V型反應(yīng)管、直角形通氣管、酒精燈、具支試管、U型管、尖嘴管、塑料滴管、0.05 % 酸性KMnO4、1 % Br2/CCl4溶液、95 % 乙醇、濃硫酸、磷酸等。

1. 教學(xué)設(shè)計思路及目標(biāo)

乙烯作為中學(xué)階段一個重要的有機物，其化學(xué)性質(zhì)是重要的知識點之一，作為有機合成的一個中間產(chǎn)物，在進(jìn)入高二的《有機化學(xué)基礎(chǔ)》這本書的學(xué)習(xí)之后，會更深入學(xué)習(xí)。因此開展乙烯的制備和性質(zhì)實驗非常有必要。通常是加熱濃硫酸和乙醇的混合物，在溫度達(dá)到 170℃使乙醇發(fā)生消去反應(yīng)脫水制得。通過微型實驗的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以深刻了解乙烯的實驗室制備方法，對其具有的化學(xué)性質(zhì)會更加熟悉和掌握。另外學(xué)生又可以增加對微型儀器的感知，掌握實驗的原理及操作方法，提高學(xué)生動手能力。

2. 教學(xué)過程

引入：介紹乙烯是一種重要的基本化工原料，對一個國家的重要性，從而引入乙烯的實驗室的制法原理，并且開始介紹本節(jié)課做的乙烯制備和性質(zhì)一體化的微型實驗。

學(xué)生馬上按照教師事先設(shè)計好的方案進(jìn)行實驗。實驗期間，按照給出的實驗步驟，教師提出問題，讓學(xué)生邊做實驗邊思考：①具支試管里的NaOH溶液起什么作用？②在實驗中若只用乙醇與濃硫酸反應(yīng)而不加磷酸來制取乙烯，反應(yīng)混合液容易變黑色。其中會發(fā)生哪些副反應(yīng)？所制得的乙烯氣體會有哪些雜質(zhì)氣體產(chǎn)生？應(yīng)采取什么措施來獲得純凈的乙烯氣體？

實驗操作方法：

①在U形管中加入約0.6 mL乙醇和0.2 mL磷酸，然后邊搖動邊慢慢滴加約1 mL濃硫酸，再加入一小粒沸石（碎瓷片）。在具支試管中加入約1.5 mL NaOH溶液，在V形反應(yīng)管的側(cè)泡上分別加入2滴Br2/CCl4溶液、酸性KMnO4溶液，在V形反應(yīng)管末端連接尖嘴管，如圖1連接儀器裝置。②加熱反應(yīng)混合液，使溫度迅速升至170℃。觀察U形管、具支試管和V形反應(yīng)管各處的現(xiàn)象。③在尖嘴管的管口處點燃?xì)怏w，觀察火焰顏色及燃燒情況。

在實驗過程中，教師可以根據(jù)學(xué)生們在實驗操作中，出現(xiàn)的各種問題及時地進(jìn)行有針對性的介紹和輔導(dǎo)，如微型儀器的正確安裝、各儀器間的連接等，并提醒同學(xué)們做實驗時將觀察到的實驗現(xiàn)象作記錄。

3. 微型化學(xué)實驗與課堂教學(xué)情況分析

通過該實驗，學(xué)生能夠自己掌握到較多的知識：制備乙烯的原理、乙烯的除雜、乙烯化學(xué)性質(zhì)的檢驗等，教學(xué)效果良好。通過微型實驗，學(xué)生的動手能力得到極大提高，創(chuàng)新精神有所發(fā)揮。實驗微型化后乙醇用量很少就可以足夠驗證乙烯的性質(zhì)，大大縮短了開展實驗時間，可以看出在教學(xué)適當(dāng)引入微型實驗，變枯燥的文字知識為立體可以動手操作得到的實驗現(xiàn)象，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

4. 結(jié)論

通過微型化學(xué)實驗，學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的模式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生交流與合作的能力、探究能力和創(chuàng)新思維能力。將微型化學(xué)實驗運用在中學(xué)課堂，改進(jìn)了以往教學(xué)模式，促進(jìn)了學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)，并實際教學(xué)中取得了較好的結(jié)果。讓學(xué)生領(lǐng)悟到做實驗不僅要關(guān)注實驗結(jié)果，更重要的是關(guān)注實驗過程。微型化學(xué)實驗為化學(xué)實驗加入了新內(nèi)容，對培養(yǎng)學(xué)生興趣，鞏固知識和提高能力都有重要的意義。

四、化學(xué)課堂教學(xué)與微型實驗結(jié)合的效果評價

將微型實驗與化學(xué)課堂教學(xué)結(jié)合起來，其目的是為了改變在目前的課堂教學(xué)中大部分老師都是做演示實驗甚至只是單純的播放實驗視頻學(xué)習(xí)具體實驗操作的現(xiàn)狀，利用微型實驗讓學(xué)生盡可能多的做實驗，將部分演示實驗改變?yōu)閷W(xué)生實驗，將驗證性實驗改變?yōu)樘骄啃詫嶒灒_(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)興趣、提高動手實踐能力、形成主動學(xué)習(xí)的方式、培養(yǎng)探索求真的科學(xué)態(tài)度的目的。

責(zé)任編輯徐國堅