高中化學微型實驗的開發和應用策略研究

張麗麗

一、 引言

化學是一門十分重要的學科，在化學科學研究中，化學實驗則是其中的重要組成部分，在教學中發揮了巨大的作用。然而，受到傳統應試教育觀念的影響，為了應對高考的壓力，許多教師仍采用傳統的教學理念。在高中化學教學活動中，由于課時少、實驗內容多，經常出現教師在課上給學生播放視頻或講述實驗現象的情況，學生很少能真正動手做實驗。在這一背景條件下，微型化學實驗的優勢也就凸顯出來了，例如儀器簡單、保護環境、試劑用量比較少以及安全性高等，因此，對微型實驗進行研究具有重要的應用價值。

在國家頒布的《普通高中化學課程標準(實驗)》中明確規定：以化學實驗為主，通過采取各式各樣的探究活動，可以讓學生積極參與進來，感受科研的力量，對化學知識的學習產生濃厚興趣，培養良好的動手能力與創新意識。通過開展化學實驗，可以幫助學生學習更多的化學知識，體驗探究過程，從而掌握更好的學習方法。

二、 高中化學微型實驗開發與設計原則

(一)科學性原則

化學微型實驗的設計方法、操作過程以及所得結論均要與科學研究方法以及化學實際理論的要求相符合。在這個過程中，可以鍛煉學生的精神品質，使其具備更加刻苦的鉆研精神。對學生來說，進行化學實驗時，必須要具備嚴謹、務實的精神，認真做好每一個環節的操作。所以，在整個實驗過程中，均要以科學性作為基本原則。

(二)綠色化原則

綠色化實驗指的是在實驗的設計、操作等環節，均要遵循綠色化學的指導理念，盡可能地減少資源浪費，避免對環境造成過多污染。在當今社會，隨著人們環保意識的不斷增強，逐漸形成了綠色化學的發展理念。所以，在實驗設計過程中，就要體現出這一思想理念，將綠色化要求融入其中。

(三)開放性原則

化學實驗并非局限于教材內容，也要加強與各門學科之間的聯系，挖掘與日常生活相關的素材。在實驗過程中要體現出開放性，引導學生分析問題時，從多個角度出發，敢于提出自己的意見想法，促進發散思維的形成。讓學生主動參與到實驗設計中，不但可以培養學生良好的實踐能力，也形成了嚴謹的科學態度，對學生未來的成長都是十分有利的。

(四)學生主體性原則

學生是實驗研究的主體，因此，教師應對學生的個體化差異予以尊重。在確定實驗目的時，無論是實驗步驟還是內容的選擇，均要遵循這一原則。每個學生均存在個性化差異，教師要對學生的實際狀況與最近發展區予以充分考慮，最大限度地發揮化學實驗的作用。

三、 高中化學微型實驗開發與設計策略

(一)明確實驗目的

首先，在開始實驗之前，必須要明確實驗目的是什么。不管是采用教師演示實驗的方式，還是學生自主探究實驗，前提條件均要確保實驗目的非常清晰。也就是說，在開展這項實驗活動時，與哪些知識內容是息息相關的，必須要讓學生清楚了解。舉例說明，在講解“氯氣制取及性質”這一內容時，前提條件就是要讓學生對氯氣的實驗室制法和化學性質有所了解，基于此，則可對氯氣的制備及性質進行微型實驗設計，同時考慮到氯氣的毒性，還要注意連接尾氣吸收裝置，培養環保意識。通過采用這種微型實驗，可以讓學生觀察到明顯的實驗現象，同時也可以節約藥品，避免產生過多的有毒氣體，最后完成實驗操作。

(二)精選合適的內容

通過對高中化學的教學現狀進行研究后發現，教材所涉及的化學實驗非常多，數量甚至多達上百個。但是，并非所有常規實驗都可以進行微型化改進。針對微型化學實驗而言，其所具有的優勢是非常明顯的，但是也具有一定的特征和局限性。比如說，涉及定量實驗時，就很難顯示出微型實驗所具有的優勢特征，如果生成物與反應物的劑量相差過多，微型實驗的應用效果并不顯著；在開展半定量與定量實驗的過程中，也需要充分考慮這一問題。

(三)高中化學微型實驗的設計實例

按照實驗場景的不同，可以將高中化學微型實驗分成課堂教學類與課外生活類兩種類型。文章以此作為切入點，展開了深入的探討與分析，并設計了相關的實驗案例。

1. 課堂教學類化學微型實驗設計案例

在高中化學課堂教學中，課堂教學實驗起到了不可缺少的重要作用，在許多方面均發揮了重要的教學功能，包括學生對化學原理的理解、化學概念的形成以及化學現象的認知等。按照教學內容的不同，可以將其分成以下幾種類型：①基本操作實驗；②形成化學概念與基本理論實驗；③元素化合物性質與制備實驗；④實際生活生產實驗。通過開展基本操作實驗活動，能夠讓學生掌握更多的化學原理與實驗技能，了解常規儀器的操作方法，因此，這些實驗不能采用微型化的方式。在其他實驗類型中，關于微型化學實驗的應用十分普遍，并發揮了巨大的作用。

案例：

蛋白質的變性條件

實驗目標：

(1)采用實驗探究的方式，掌握雞蛋清的主要組成成分為蛋白質，并明確使蛋白質變性的外界條件有哪些。

(2)可以意識到在我們的生活中哪些物質是具有探究意義的；培養學生形成良好的問題意識，在生活中挖掘化學知識。

實驗原理：

蛋白質變性：天然蛋白質受物理或化學因素的影響，分子內部原有的特定構象發生改變，從而導致其性質和功能發生部分或全部喪失，這種作用稱作蛋白質的變性作用。蛋白質變性后理化性質發生改變，如溶解度降低而產生沉淀，喪失了生理活性。

經研究發現，對蛋白質變性產生影響的原因比較多，主要可以總結為以下幾點，即：強酸、強堿、強氧化劑、高溫、重金屬鹽、紫外線、乙醇、福爾馬林等，在這些物質的作用下，均可使蛋白質變性。

實驗器材：

藥品：蛋白質溶液(雞蛋清)、NaOH溶液、硫酸、KCrO溶液、乙醇以及醋酸鉛溶液。

實驗用具：微型試管、小燒杯、六孔井穴板、微型酒精燈、多用滴管、玻璃棒、支架、火柴以及石棉網。

探究情境：

在日常生活中，雞蛋是比較常見的一類食品，而且也是人類攝取營養物質的重要來源。一般情況下，人類食用的均是熟雞蛋，其蛋清呈現為白色固體狀，對生雞蛋來說，蛋清則呈現為液體狀，為什么加熱后蛋清會由液體變為固體呢？

實驗探究：

以蛋白質變性的基本原理為依據，準備好實驗所需的各種材料，對實驗流程進行合理設計。

(1)取蛋清液劑量為1mL，加入蒸餾水約為 4mL，利用玻璃棒將其輕輕攪勻。裝入燒杯中備用。

(2)用滴管吸取適量的蛋清，將其放入微型試管以及六孔井穴板的1#～5#井穴內。

(3)加熱微型試管，盡量采用水浴的方式；將NaOH溶液、硫酸、KCrO溶液、乙醇以及醋酸鉛溶液分別加入六孔井穴板的1#～5#井穴內。

對產生的實驗現象進行觀察并記錄。

討論交流：

(1)為什么甲醛、重金屬鹽等物質會對人體產生中毒反應，其原因是什么？

(2)民間曾有說法，如果出現重金屬鹽中毒反應，服用生蛋清可以起到解毒作用，這種說法合理嗎？

案例分析：

對蛋白質進行教學時，蛋白質的變性是其重要的化學性質之一。在本次研究中，主要以雞蛋作為實驗對象，這極大地激發了學生的興趣，學生更愿意了解日常生活與化學之間的關系。在設計探究實驗時，盡量與日常生活相結合，讓學生可以做到理論聯系實際。在創設教學情境的過程中，可以與比較常見的生活情境相結合，在此基礎上提出一些問題，讓學生積極探索，深入發掘其背后蘊含的化學原理。在實驗過程中，會應用到許多的微型實驗儀器，包括多用滴管、微型試管以及六孔井穴板等，通過設計這種微型實驗，既節約了藥品的用量，同時實驗現象還明顯，同學們又獲得了親自動手做實驗的機會，有利于提高學生的學習興趣和實驗操作技能。

2. 課外生活類化學微型實驗設計案例

在學習高中化學課程時，其目的不僅是培養學生的科學素養，與此同時，也要鍛煉他們的化學思維能力。國家頒布的《普通高中化學課程標準(實驗)》中明確提出，在開展化學課程教育的過程中，也要注重與現代科技和日常生活相結合。化學作為一門基礎學科，與我們日常生活的聯系非常密切，很多問題中均會涉及與化學相關的原理。所以，在高中化學教學過程中開展微型實驗探究活動，也要以此作為切入點，充分考慮與日常生活的聯系，組織開展一系列的實驗探究活動，讓學生能夠對身邊的化學物質和反應原理有所了解，激發學生的興趣愛好，從而使其更愿意學習本門課程。針對家庭小實驗，指的是學生利用自己在課堂上學到的知識內容，解決生活中存在的各類問題，并培養良好的學習精神與實踐能力。

在題材選擇方面，可以從學生生活中的事物著手，選擇與日常生活有關的化學現象或內容。與此同時，教師也要對學生進行正確引導，對日常生活中比較常見的用品進行改造，作為家庭實驗的基本儀器。通過對微型實驗儀器進行研究后，可以選擇與生活息息相關的物品或廢棄品，對其進行適當改造之后使用，不但可以增強學生的創新意識，而且也可以培養學生的科研興趣。

案例：

食鹽與亞硝酸鈉的區分方法

實驗目標：

(1)查閱資料了解亞硝酸鈉的物理性質和化學性質。

(2)設計實驗鑒別氯化鈉與亞硝酸鈉。

實驗原理：

亞硝酸鈉與硝酸銀溶液反應生成亞硝酸銀，沉淀可溶于稀硝酸。

實驗器材：

藥品：亞硝酸鈉、氯化鈉、酸性KMnO溶液、AgNO溶液、稀硝酸、淀粉KI溶液、酚酞。

實驗用具：多用滴管與井穴板。

探究情境：

工業鹽的主要成分為亞硝酸鈉，從外觀上來看，與食鹽相似。新聞媒體上經常報道有人因為誤食工業鹽后出現中毒的現象，癥狀較輕者伴有嘔吐、頭暈反應，嚴重者將會出現腹瀉，或者危及生命。那么，如何鑒別這兩種鹽呢？就是我們化學上需要探究的一個問題。

實驗探究：

(1)向井穴板1#和2#孔穴內分別滴加3滴亞硝酸鈉和氯化鈉溶液。再向其中加入2滴硝酸銀和稀硝酸，觀察現象。

(2)將KMnO溶液、淀粉KI溶液、酚酞分別加入井穴板3#～5#孔穴內，滴加亞硝酸鈉，觀察現象。

(3)再將步驟2的試劑加入另一個井穴板中，滴加氯化鈉，對比觀察。

討論交流：

(1)針對亞硝酸鈉中氮的化合價，如何設計實驗進行鑒別？

(2)如果誤食亞硝酸鈉出現中毒現象，該如何急救？

案例分析：

在鑒別食鹽與亞硝酸鈉時，操作十分簡單。在高中化學課程的學習中，亞硝酸鹽并非其中的重點內容，很少在課堂上進行深入討論；但是在生產生活中亞硝酸鈉的應用十分廣泛，不僅是建筑行業中的混凝土摻和劑，還是生活中常見的食品添加劑。可以讓學生結合生活經驗進行研究，更有利于培養學生的思維能力。在食品安全方面，亞硝酸鈉的應用劑量也是需要考慮的一項關鍵指標。通過進行本次研究，可以激發學生的探究欲望，從而使其對化學課程產生濃厚的興趣。

四、 結語

通過對微型化學實驗進行研究后發現，與傳統的常規實驗相比，其最突出的優點是儀器的微型化和試劑的微量化。常規實驗的儀器規格較大，為了達到明顯的實驗效果，試劑的用量必然增多，會給學校帶來較大的經濟支出，而且多人合用一套或者直接由老師演示實驗，學生操作的機會很少。

相對比，微型實驗的儀器較小，攜帶方便，并且很多儀器的設計是具有多功能的，可以一器多用。而且針對微型儀器的特點，在生活中還可以找到替代品，便于開發學生的動手能力和創造能力。在進行實驗時，需要用到的試劑劑量小，既節約成本，又環保。尤其對有毒氣體的制備和性質實驗進行微型化改進后，更加適用于學生分組實驗，因此其價值優勢十分明顯。

文章基于對高中化學微型實驗內涵特點和設計原則的歸納總結，提出了高中化學微型實驗開發與設計的有效策略。設計與開發高中化學微型實驗，首先應明確實驗的目的，然后對實驗內容進行合理選擇，并篩選出恰當的微型儀器。根據實驗應用的場所，分別對高中化學微型實驗的課堂教學類和課外生活類化學微型實驗進行了開發與設計。通過實際教學應用可以發現，采用這種實驗方式，可以加深學生對知識的印象，學生之間也可以展開良好的互動交流，激發出大家的學習興趣，取得了較好的效果。