微型實驗在高中化學教學中的運用研究

時曉霞

【摘要】高中化學知識具有很強的邏輯性，知識點煩瑣而復雜。而實驗能很好地幫助學生理清思路，讓學生快速理解相關知識點。微型實驗作為一種常見的實驗形式，不僅方便學生操作，還有利于加深學生對自然環境與科學技術的認識，發展學生的創新精神和實驗能力，對促進學生的全面發展大有益處。基于此，文章探討微型實驗在高中化學教學中的具體運用。

【關鍵詞】高中化學；微型實驗；組合實驗；綠色實驗

微型實驗，指的是使用微型的實驗儀器或者裝置進行的化學實驗，和普通的實驗相比，其化學試劑的用量更少，創新性更強。微型實驗有助于解決現存的實驗設備不齊全、實驗藥品短缺、實驗經費緊張、實驗教學方式單一等問題。教師要引導學生在課上和課下使用微型實驗輔助化學學習，凸顯學生的主體地位，促使學生形成實事求是、尊重科學的學習態度與精神。

一、設計替代實驗，開拓學生思維

微型實驗的本質是利用微型儀器裝置和極少的化學試劑開展實驗。在帶領學生開展實驗時，教師可從傳統的實驗出發，對實驗器材和藥品進行替代和優化，從而實現實驗的簡便化和安全化。替代實驗不僅對實驗本身具有改良作用，還有助于開拓學生的思維。

以人教版高中化學必修二第五章第二節“氮及其化合物”的銅片和稀硝酸反應實驗為例。以往，開展這個實驗需要用到的器材有燒瓶、三腳架等，這些器材不方便攜帶，且操作起來具有一定難度，所以教師一般都是自帶一套實驗器材在課堂上進行演示。由于整個實驗過程比較煩瑣，需要學生有足夠的實驗經驗才能操作成功，因此實驗失敗的概率很大。

為使實驗更為簡便、更易操作，教師可以選擇更簡單的工具來替代原本的器材，如將實驗器材簡化為到一個注射器、兩個小銅片、稀硝酸溶液和一個燒杯。實驗的過程也要簡化，學生可先將注射器上面的活塞取下來，將兩個小銅片放進注射器里，塞好活塞，吸入約15毫升的稀硝酸溶液，然后用橡皮塞密封好注射器細管一端。接著，在燒杯里加入適量的水并進行加熱，加熱完成之后，將注射器放入其中。漸漸地，可以觀察到生成的氣體富集在注射器筒內，溶液變成了藍色。最后，將橡皮塞取下來，輕輕拉動活塞，這時可以看到無色的氣體變成了棕色。由此學生可以得知：銅與稀硝酸反應時，銅逐漸被溶解，生成硝酸銅與一氧化氮，并釋放氧氣。

替代實驗是最基本的微型實驗，它只需將實驗系統的某個元件或者現象替代為具有相同功能和效果的元件或現象，就能夠使整個實驗過程更簡短、高效［1］。同時，學生對于各種化學試劑與器材也能有更進一步的了解和認識，達成開拓思維、提升學科素養的目的。

二、開展組合實驗，培養動手能力

傳統實驗往往耗時長，會拉長教學時間，不利于學生系統學習化學知識。對此，教師可充分發揮微型實驗簡易、便捷的特點，設計由多個微型實驗合并而成的組合實驗，使實驗之間相互聯系又層層遞進，助力學生建構系統的知識體系。

例如，在教學人教版高中化學必修二第五章第二節“氮及其化合物”的“酸雨及防治”這部分內容時，教師就可以將教學內容濃縮于以下幾個微型實驗之中。

一是二氧化硫與石蕊溶液以及氫氧化鈉的反應實驗。在這個微型實驗中，學生需要往紫色石蕊溶液和氫氧化鈉中注入二氧化硫氣體，通過觀察這兩種液體的變色情況探究二氧化硫與這兩種物質的反應情況。

二是探究二氧化硫的氧化性與還原性。在這個微型實驗中，學生要將二氧化硫氣體分別注射到紫色的高錳酸鉀溶液、橙色的溴水和裝有硫化氫氣體的礦泉水瓶中，通過觀察這些溶液、氣體的變色情況，得出二氧化硫導致高錳酸鉀褪色的結論，這說明二氧化硫具有還原性。

微型組合實驗讓學生認識到，導致酸雨形成的物質是二氧化硫。要解決酸雨問題，則要通過化學反應將二氧化硫轉化為無害物質。在組合實驗中，學生充分發揮自己的動手能力，積累了豐富的實驗經驗。

組合實驗環環相扣，能加深學生從化學原理到實際應用的認知，提高學生的學習效率，同時豐富的實驗能使教學過程更為生動和直觀，在給予學生深刻感受的同時加深他們對相關知識的印象。

三、開展綠色實驗，培養環保意識

《義務教育化學課程標準（2022年版）》指出，要引導學生樹立人與自然和諧共生的科學自然觀和綠色發展觀，培育綠色化學和環保意識。微型綠色化學實驗強調使用少量的實驗試劑開展實驗，體現了綠色化學與化學污染防治的原則。

以人教版高中化學必修一第二章第二節“氯及其化合物”的氯氣制作與性質檢驗實驗為例。傳統實驗通常會用到酒精燈、燒瓶、漏斗、鐵架臺等實驗器材，這些器材裝置過于煩瑣，操作不易，而且實驗試劑用量非常大，加上酒精燈加熱燒瓶的過程中生成的氯氣過多，極其容易泄露，不僅對環境有不利的影響，還會危害到周圍人的身體健康。

此時，微型實驗的優勢就能很好地體現出來。微型實驗所需的試劑有濃鹽酸、紅紙條、高錳酸鉀、溴化鈉試紙、氫氧化鈣顆粒、石蕊試劑、淀粉試紙等。組裝實驗裝置時，學生要找一個干凈且干燥的空瓶，在瓶蓋上打兩個孔，注入50毫升的氫氧化鈣溶液，將一根玻璃棒穿進蓋子上的孔中，將其固定好之后，從上到下粘貼濕潤的紅紙條、淀粉KI試紙、NaBr試紙以及藍色石蕊試紙。然后，將膠頭滴管塞入瓶蓋上的另一個孔，膠頭滴管內置濃鹽酸。再另外準備一個試管，將其固定在瓶子中，試管內裝有5克高錳酸鉀，最后將瓶蓋擰緊。

操作實驗時，學生可以觀察到，滴管中的溶液滴出來會發生化學反應，接著產生黃綠色的氣體，當氣體量多到一定程度并溢出來后，就會進入飲料瓶，令玻璃棒上的多張試紙的顏色發生變化。學生通過觀察這些變化，結合之前學習過的物質性質，就可以推斷出氯氣的產生及其性質。

最后，實驗產生的廢氣也不需要人工處理，它通過與瓶子中的氫氧化鈣進行反應就能被吸收。相較于傳統實驗，整個實驗從器材裝置到材料反應都更加安全環保，這不但能夠保障學生的安全，還能夠于無形中向學生傳遞綠色環保的理念。

四、問題驅動實驗，促進自主思考

開展微型實驗時，教師可設計相關的實驗問題，讓學生帶著問題觀察實驗現象，從而得出結論。

例如，在教學人教版高中化學必修一第三章第一節“鐵及其化合物”中“鐵的重要化合物”這部分內容時，教師就可以設計相關問題，讓學生帶著問題開展微型實驗。首先，教師給學生演示傳統實驗的操作方式，即用沉淀的方式檢測二價和三價鐵離子。通過觀察實驗，學生發現這樣的方法有一定的缺陷。

于是，教師讓學生結合之前學過的知識，想一想有什么物質可以阻隔空氣。在教師的提示之下，學生很容易就想到苯這種物質，其密度小于水且不溶于水，所以可以將苯溶液加入氫氧化鈉溶液之中。解決這一問題后，教師引導學生進一步自主探索，完成檢測和區分兩種鐵離子的微型實驗。

這個微型實驗需要用到的材料有稀硫酸、硫酸亞鐵溶液、氫氧化鈉溶液、氨水、鐵粉、煤油和KSCN溶液，器材則是常規的導管、試管等。學生拿到材料和器材后，按照教師先前演示的操作，將實驗裝置組裝好。在學生正式開始實驗之前，教師提出了幾個問題，讓學生在實驗過程中觀察實驗現象并找到答案。

1.在試管中加入鐵粉的作用是什么？

2.在試管中加入KSCN溶液的作用是什么？

3.在試管中加入煤油的作用是什么？

學生帶著問題正式開始實驗。首先，往A試管中倒入硫酸亞鐵溶液，然后加入鐵粉，可以明顯觀察到，與傳統實驗不同的是，二價鐵離子沒有氧化，這是實驗優化的體現；接著，在B試管中加入煤油和KSCN溶液，在A試管中加入稀硫酸，再分別滴入氫氧化鈉溶液，觀察A試管和B試管中有何變化。

在整個實驗過程中，學生觀察試管內溶液的變化情況，能清晰地得出問題的答案—鐵粉的作用是防止二價鐵離子的氧化，加入KSCN溶液是為了確認B試管中有三價鐵離子，加入煤油是為了避免空氣進入試管內。通過一步步的動手操作，學生不僅檢測出鐵離子，更觀察到兩種鐵離子的轉化，加深對這部分內容的認知。

與傳統的實驗相比，這樣的微型實驗在節省試劑的同時，能夠增強實驗的可操作性，促使學生主動思考、主動探究。此外，教師設計的問題能推動學生從被動的知識接收者變為主動的探知者，有效激發學生的好奇心與探究欲，促使學生提高學習能力。

五、完成對比實驗，提升觀察能力

微型實驗的成本和資源需求較低，教師可利用微型實驗引導學生開展對比實驗，讓學生于對比實驗中選出實驗的最優方案，提高實驗的可行性與可操作性。

例如，在教學人教版高中化學選修二第二單元課題1“獲取潔凈的水”時，教師可以引導學生開展河流水樣檢測的對比實驗。學生需要掌握水樣檢測的方法，比較不同試劑治理污水效果的差異，從而選出最佳的污水治理試劑。

這一微型實驗所用的實驗試劑和實驗器材很簡單，試劑方面只需準備污水水樣、過氧化氫以及高鐵酸鉀溶液，器材方面只需準備青霉素瓶、針筒和激光筆。實驗操作同樣非常簡便，第一步是取三份等量的污水放置于三個相同的青霉素瓶子中，往第一個瓶子中注射過氧化氫，往第二個瓶子中注射高鐵酸鉀，兩種溶液都是5毫升。第二步是將三個瓶子一起振蕩，對比其中的變化。通過比較，學生發現三個瓶子中的污水都在一定程度上變得更加清澈，其中高鐵酸鉀凈化水質的作用最為明顯。

教師可以由此展開教學，高鐵酸鉀本身具有強氧化性，在水處理過程中，其氧化作用是其他消毒劑的十倍以上，它不僅可以迅速消滅水中的各種病毒和細菌，而且在處理過程中還不會產生氯酚、三氯甲烷等副產物，且它的還原產物是無機絮凝劑。總而言之，高鐵酸鉀在其強氧化性時期是集氧化吸附、助凝絮凝、除臭殺菌等多種功能于一體的多效處理劑。

在微型對比實驗中，學生能夠更好地控制試劑的用量，準確控制其他變量的影響，消除不必要的干擾，在對比參照中更加清晰地觀察到高鐵酸鉀對水的凈化能力，使實驗比較結果更加可靠和合理。在此過程中，學生仔細觀察，對比不同的實驗現象，思考現象產生的原因，能夠鍛煉觀察能力，形成比較思維，發展化學核心素養。

結語

總而言之，微型實驗的實驗器材價格低、便于攜帶，能夠實現學生全員參與實驗的目的，通常運用等效替代品，具有簡便、易操作、綠色、環保、低能耗的特征，使化學實驗更加安全。教師要將微型實驗融入日常化學課堂中，創新微型實驗形式，在激發學生主動性的同時激發他們的創新創造意識，提高學生的學習效率。

【參考文獻】

［1］嚴志燁，黃華文.大概念統攝下的高中化學微型實驗主題式教學：以“二氧化硫的性質”為例［J］.中小學教學研究，2022，23（5）：13-18.

［2］劉亮.高中化學實驗教學的微型化實踐［J］.中學化學教學參考，2021（16）：65-66.

［3］韓波.基于“綠色化學”理念的高中化學實驗探究［J］.高中數理化，2021（20）：56-57.

［4］譚強.微實驗在教學中的實踐應用：以“二氧化硫的制取與性質檢驗”為例［J］.中學化學教學參考，2020（12）：72-73.