微型化研究在高中化學實驗中的應用

摘要：通過微型實驗和常量實驗的對比，明確化學實驗微型化的優越性：藥品用量少（一般為常規量的1/10～1/1000）、儀器容量小、污染減少、操作簡單、方便省時、節約能源（70%左右）、實驗現象直觀明顯、實驗過程快速安全，并且也指出其儀囂不配套、實驗設計不足及產率低等局限性。

關鍵詞：高中化學實驗 微型化 實踐 優越性 局限性

化學是一門以實驗為基礎的學科，在化學學習中，實驗是不可或缺的內容和工具。然而，化學實驗的開展不但需要耗費大量的化學藥品，很多化學實驗藥品殘留和反應生成物還會給環境帶來一定的污染。雖然在學校中開展的實驗多為一些小型實驗，然而，由于學校眾多，實驗總量巨大，再加上很多學校都缺乏對化學污染的處理能力，因此，學校化學實驗帶來的污染問題是不容小覷的。鑒于學校化學實驗的污染問題，近年來，微型化學實驗逐漸走入了人們的視線。

起源于20世紀80年代的微型化學實驗是國際公認的一種在微型化的條件下進行化學實驗的新技術和新方法。簡單地說，就是以盡可能少的藥品用量來獲取最有效的實驗信息，其特點是：藥品用量少（一般為常規量的1/10～1/1000）、儀器容量小、污染減少、操作簡單、方便省時、實驗現象直觀明顯、實驗過程快速安全等優點，并以其良好的教學功能和教學效果，在化學實驗教學改革等領域扮演著重要的角色，引起世界各國化學界的高度重視。

一、什么是微型試驗

中學微型化學實驗就是把微型化學實驗的理念應用于中學化學實驗中，其基本特征是：①儀器微型化。藥品用量少；②微型化學實驗不是常規化學實驗的簡單縮微或機械減量，而是在微型化的條件下對實驗重新設計與探索，達到以盡可能少的藥品來獲取盡可能多的、最為有效化學信息的目標，是在微型化的條件下對常規化學實驗的創新性變革。

二、微型化學實驗的優勢

（1）有利于降低實驗成本。在微型實驗中，很多實驗器材尺寸會大大減小，藥品用量也會大大減少，這無疑會降低實驗成本。例如，在“乙烯的制取和性質”實驗中，我們在改換了小號的反應容器以后，將乙醇與濃硫酸的混合液由18ml的常規用量降到僅有2到3ml的微小用量，這樣藥品用量會大大減少，從而有效節約藥品成本。另外，在微型實驗中，我們還可以從日常生活中尋找一些物品替代實驗器材，例如，我們可以用青霉素藥瓶替代試劑瓶、集氣瓶，也可以用一次性的輸液器替代導氣管，這樣僅是在儀器上就可以節約很多成本。除了藥品和器材方面的成本下降，與實驗配套的一系列的能耗也會大大降低。由于微型實驗儀器體積小，藥品用量少，我們對實驗進行加熱、攪拌時所用的時間、冷卻回流的時間會大大縮短，這樣整體的實驗過程的時間就會有效縮短。以“乙烯的制各和性質實驗”為例，按照常規的實驗方式，整個實驗完成至少需要十分鐘以上，而采用微型實驗的方法則可以將實驗時間縮短至三分鐘左右，實驗時間的大量縮減會大大降低水、電等資源的消耗，這是節約實驗整體成本的有效途徑。

（2）有利于減少實驗污染。在各學科的實驗中，化學實驗無疑是污染最嚴重的實驗，很多化學實驗從藥品到反應物再到排放物都會給環境帶來很多污染，而在化學實驗中實施微型化的實驗卻可以將這種污染降到最低。在微型實驗中，很多試劑用量都是非常微型化的，這樣會有效減少試劑、藥品的殘留污染，與此同時，由于參與到化學反應中的藥品量減少，一些反應的生成物，乃至實驗過程中所排放的廢棄、廢水、廢渣的數量也會大大減少。從藥品到反應生成物再到實驗排放等，各個環節的污染量都在大大減少，這種微型化的實驗相較于常規的實驗顯然更加綠色、環保，與當前提倡的環保實驗理念相契合。

（3）有利于實驗安全性的提升。在化學實驗中，很多實驗都帶有一定的危險性，由于操作不當引起的爆炸、起火、藥品飛濺等會給實驗者帶來很大的危險性，并且很多化學實驗本身就存在有毒氣體排放、爆炸等危險的現象，因此，如何提高實驗的安全性，維護教師和學生的生命、健康始終是化學實驗非常關注的一個課題。微型實驗可以在實驗安全性方面作出很大貢獻。在微型實驗中，由于實驗藥品的用量很少，在化學反應中，有毒氣體的排放量會大大減少，一些危險的實驗反應現象如著火、爆炸等傷害程度會大大降低。以“氯氣的制取”實驗為例，在常規條件下，氯氣的制取會產生大量的有毒氣體，而在微型實驗下，有毒氣體的排放量會大大減少，從而有效保證實驗的安全性。由于微型實驗在安全性上大大提升了，使得很多原本不具備課堂實驗條件的實驗可以重新在課堂上演示，不僅如此，很多實驗還可以讓學生課外做，開展一些家庭小實驗，而不會存在過多的風險性，這樣就可以有效增加實驗數量。

（4）有利于增加學生親自實踐的機會。在中學化學教學中，受到實驗設備、藥品等方面的限制，有相當多的實驗學生無法自己完成，很多時候，只能由教師進行演示操作，學生在下面觀察。由于親自動手的機會有限，學生動手實踐能力的培養受到了一定的制約。如果引入微型化學實驗，由于所用的實驗藥品、實驗器材的微型化，使得每個學生都有條件充實實驗裝備，這樣就意味著學生能夠親自動手操作的實驗更多。例如，高中階段，一套周懷寧教授設計的塑料制儀器，再加上幾種微型的玻璃儀器，包括微型試管、微型燒杯、微型漏斗等，這樣一套實驗器材基本上就可以完成高中階段所有的化學實驗。一旦學生有了更多的動手機會，學生的實踐操作能力自然會大大提高，從而有效提高實驗教學的有效性。

三、微型化學實驗也存在一定的局限性

（1）微型化學實驗儀器需要進一步完善成套，以便實施與不同層次微型化學實驗教學的銜接。

（2）微型化學實驗儀器和實驗設計的不足。例如，微型塑料型儀器不能加熱。塑料本身能與一些化學試劑起反應而使其應用受到了影響。

（3）微型化學實驗制備物質的產率偏低。這是因為儀器粘附等損耗相對于原料用量的比例較大。因此必須要注意實驗技巧。否則實驗不易成功；微型化學實驗與一般實驗儀器差別很大，在進行微型化學實驗時一定要注意實驗條件的選擇。

微型實驗是近年來一個頗為熱門的話題，原因在于這種實驗方法在實際的操作中具有很多常規實驗所無法替代的優勢，包括實驗成本降低、實驗安全性提升、實驗污染減少等。在高中化學實驗教學中，教師要大力倡導這種新型的實驗方式，努力通過微型實驗優化化學實驗教學。本文簡單介紹了微型實驗的一些特點和在實施過程中的諸多優勢體現，希望廣大教師能夠重視微型實驗的研究和實施，提高化學實驗教學的有效性。