論微型化學實驗在培育民族預科學生科學素養中的應用*

容學德（廣西民族大學預科教育學院）

少數民族預科教育是我國高等教育體系的重要組成部分，是高等教育的特殊層次，也是我國民族高等教育的特色之一。它是指對參加全國高考統一招生、適當降分錄取的各少數民族學生實施的預備性教育，是為少數民族地區培養各類人才而在高校設立的向本科教育過渡的適應性教育階段[1]。

科學素養是指人們身上與科學活動有關的一種綜合素質，包括科學知識與能力、科學過程與方法、科學行為與習慣、科學態度情感與精神、科學技術與社會的關系等方面[2]。科學素養的培育是普通高等院校少數民族預科教育教學工作的重要組成部分，科學素養的提升是民族預科學生學習發展以及直升本科進行專業學習的必然要求。微型化學實驗因其自身固有的特點和優勢，在培育少數民族預科學生科學素養的應用中，具有獨特的教學功能和作用。

一 微型化學實驗的產生、研究現狀及內涵

1 微型化學實驗的產生

微型化學實驗(Microscale chemical experiment)是20 世紀80年代初首先從美國發展起來的一種化學實驗技術和實驗方法。1984年美國的Bowdoin學院、Merrimack學院和Bown 大學等幾所高等院校在基礎有機化學實驗中進行微型制備實驗獲得成功，隨后許多高等院校紛紛效仿，并從有機化學逐漸被推廣應用到無機化學、普通化學以及中學化學等實驗領域的教學中。

2 微型化學實驗在我國的研究現狀

1989年，北京大學的周寧懷教授在國內率先開展微型化學實驗課題研究，其課題被正式列入高等學校化學教育研究中心的科研計劃，由此拉開了微型化學實驗在我國進行理論和實踐研究的序幕。近三十年來，微型化學實驗在我國的普及發展和推廣應用的速度很快。目前已有的研究和文獻報道表明，也有許多高校和研究人員利用微型化學實驗對有機物進行提取、合成所做的科學技術方面的研究，并取得了可喜的研究成果。

3 微型化學實驗的基本內涵

微型化學實驗是指用極少量的試劑在微型的儀器裝置中進行的化學實驗，它是以盡可能少的試劑來獲取所需化學信息的實驗技術方法[3]。微型化學實驗的試劑用量僅僅是常規化學實驗的1/1000～1/10，試劑用量比相應的常規實驗少90%以上[4]。但微型化學實驗并不是常規化學實驗的簡單縮微或減量，而是對化學實驗方法的創新性變革與發展[5]，并能達到常規實驗的實驗效果和實驗目的。微型化學實驗因其實驗儀器的微型化和實驗藥品的微量化特征，使得它具有節約實驗成本、減少實驗員課前工作量、降低實驗危險性、減少實驗“三廢”、縮短實驗時間等諸多優點。

二 通過微型化學實驗增強少數民族預科學生多方面意識

1 通過微型化學實驗增強學生的節能環保意識

微型化學實驗所用試劑的微量化能夠讓學生自覺地節約藥品、試劑，有效防止實驗藥品和試劑的浪費，且微型儀器要比相應的常規儀器更廉價，從而可以節省大量的實驗經費開支。微型化學實驗自始至終都體現著節能環保、綠色化學及可持續發展的思想理念，對于建設資源節約型和環境友好型化學實驗室具有重要的現實意義。

2 通過微型化學實驗增強學生的實驗安全意識

微型化學實驗由于實驗儀器的微型化，致使實驗所需試劑微量化，隨著反應物用量的大大減少，反應的劇烈程度與常規實驗相比被大大降低，實驗的危險性和危害性也隨之降低，因此微型化學實驗的安全性更好。因此，通過微型化學實驗的開展，既可以消除學生對常規實驗中一些腐蝕性或毒性較大的試劑的使用所產生的憂慮和畏懼心理，又可以讓學生親自體驗微型實驗所表現出的安全性能，有助于增強學生的實驗安全意識。

3 通過微型化學實驗增強學生的科學探究意識

化學實驗對于培養學生的科學探究意識具有十分重要的作用，而微型化學實驗作為一種新的化學實驗方法，其特征及所表現出來的優點，既容易讓學生產生通過開展微型實驗進行科學探究的興趣和欲望，也容易讓學生產生“微型實驗與常規實驗有哪些不同？微型實驗在儀器微型化以及試劑微量化之后，還能否保證實驗現象和實驗效果？”等疑問。科學探究的主要目的之一就是解決問題，而要解決問題就要先發現問題和提出問題，積極鼓勵學生善于發現問題并勇于提出問題，提高學生的問題意識，有助于增強其科學探究意識。

微型化學實驗還可以讓學生直接感受和體驗科學探究的過程，通過微型實驗與常規實驗的實踐，學生能夠真實感受到兩種實驗方法的差異，進一步讓學生理性、客觀地比較分析它們的優缺點，并能正確看待其優缺點，這有助于培養學生實事求是、嚴謹細微的科學態度和科學精神。

三 利用微型化學實驗培養少數民族預科學生多方面能力

1 利用微型化學實驗培養學生的觀察能力

觀察能力是思維能力、實驗能力和自學能力的基礎，也是學習化學、學好化學必須具備的一種重要技能。

微型化學實驗由于儀器體型小、試劑用量少，其反應速度相對更快，反應時間相對更短，實驗現象持續的時間也相對更短，因此這提高了對學生觀察能力的要求，要求學生在實驗過程中務必認真操作、仔細觀察，同時也進一步強化了學生主動集中注意力去觀察的能力。

2 利用微型化學實驗培養學生的創新思維

普通化學實驗是培養少數民族預科學生創新思維和創新能力的重要途徑。微型化學實驗作為對化學實驗方法的一次創新與變革[4]，相對于常規化學實驗其蘊含著培養學生創新思維能力的更多因素，微型化學實驗其設計、過程、方法本身就是一個創新的過程，包含著許多的創新思維和創新元素。微型化學實驗各種儀器的設計、改進、革新為學生提供了創新的靈感。

微型化學實驗教學平臺讓學生有機會將一些常規化學實驗改進或設計為微型化學實驗，也為學生提供了一個可以親自動手制作實驗器材的機會，這為培養學生的創新思維和創新能力創造了條件，通過對一些實際問題的思考和解決，進一步拓寬了學生認識和解決問題的思路，增強了學生對于創新的信心和動力，有助于學生創新能力和創新精神的培養。

3 利用微型化學實驗培養學生的批判性思維能力

開展微型化學實驗的過程就是學生不斷發現問題、分析問題和解決問題的過程，也是鍛煉和發展學生批判性思維的過程。面對零散、繁多的實驗現象和實驗數據以及錯綜復雜的各種實驗信息，要完成好實驗內容，實現實驗目標要求，學生必須通過比較、分析、綜合、評價、篩選等批判性思維技巧來形成實驗的最優方案以及科學的實驗結果和實驗結論。

對常規化學實驗長期的學習實踐讓學生對它的了解和認識形成了一定的思維定式，這種固化、僵化的思維模式會限制學生眼界和視野的拓展，會削弱學生思維的靈活性和創新性，阻礙了學生思維深度和維度的拓展和創新。常規化學實驗存在的不足和微型化學實驗的優點為學生的批判性思維的培養提供了素材，而微型化學實驗存在的不足與常規化學實驗的優點也為學生的批判性思維的培養提供了內容。將常規化學實驗與微型化學實驗的各自特點及優勢相互補充和并存，既離不開學生的批判性思維，也需要發揮學生的批判性思維能力。

四 微型化學實驗在教學中面臨的問題及應對策略

1 實驗儀器的微型化導致實驗操作不方便，容易忽視對學生基本操作和基本技能的訓練。因此，須重視微型實驗基本操作的規范化，教師應在學生進行實驗之前盡可能多做演示實驗，同時還應加強課中督查和指導。

2 實驗試劑的微量化導致一些實驗現象不夠明顯，實驗效果不甚理想。因此，并不是所有的化學實驗都適合以微型實驗的方式進行，并不能用微型實驗完全代替常規實驗。教師應根據實驗的要求和需要充分發揮主導作用，選擇實驗現象和效果不受微型條件影響或者影響不大的實驗指導學生進行微型實驗。

3 儀器的微型化和試劑的微量化導致反應條件較難控制，對實驗操作的要求較高，增加了學生做好實驗的難度[6]，這就要求教師在課上加強指導，而且不能一味強調儀器微型化和試劑微量化，須視情況而定。

4 儀器的微型化和試劑的微量化導致攪拌、分液、萃取、抽濾等一些實驗基本操作難以通過微型實驗得到訓練[6]，因此只能依靠常規實驗才能進行這些實驗基本操作。

五 結語

微型化學實驗是對傳統常規化學實驗的有益補充，也是提升民族預科學生科學素養的有效途徑。微型化學實驗因其具有常規化學實驗所不具備的諸多優點，在增強學生的環境保護意識、實驗安全意識和科學探究意識以及培養學生的觀察能力、批判性思維能力和創新思維能力等科學素養方面表現出了優勢作用。微型化學實驗優點固然很多，但微型實驗同時也不完全具備常規實驗的一些優勢，因此必須客觀地認識其不足之處，正確處理好微型化學實驗與常規實驗之間的關系。在開展民族預科普通化學實驗的教學時，仍需堅持以常規化學實驗為主，但在進行常規實驗的同時，可以適當將微型化學實驗與常規化學實驗相結合，有選擇性地開展一些微型化學實驗，充分發揮微型實驗在培育學生科學素養中的教育教學功能和作用，以提高少數民族預科學生的科學素養。