微型化学实验在中学化学教学中的应用初探
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【中图分类号】G63.23 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2013）29-0-02
一、引言
化学是一门以实验为基础的科学，任何化学的原理、规律无不是从实验中得出的结论，实验是化学科学赖以生存和发展的重要基础，实验同时也是化学教学的重要基础，是培养学生综合素质和创新能力的重要环节之一。微型实验是一种新的实验教学方法，为了更好的提高中学化学实验的教学质量，可以将微型实验应用于中学化学实验课的教学之中，有效地提高中学化学的教学质量。
二、微型化学实验概述
（一）微型化学实验的由来与发展
微型化学实验――Microscale Chemical Experiment，简称M.L.或M.C.L。所谓“微型化学实验”，是指“用微小量的试剂在微型化的仪器装置中进行的化学实验”。我国最早开始开展微型化学实验研究在1988年。1989年我国高等学校化学教育研究中心把微型化学实验列入科研计划，由华东师大和杭州师院牵头成立了微型化学实验研究课题组，开展国内微型化学实验的系统研究和应用工作。据有关资料统计，在化学教育同仁近二十年来的共同努力下，迄今为止，全国已有800余所大、中学校在教学中应用微型实验，显示了微型化学实验在国内已进入了大面积推广阶段。
（二）微型化学实验的特点
微型化学实验是一种新兴的教学方法，概括起来主要有以下几个特点：
1.节省时间，降低实验人员的劳动强度，提高教学质量；
2.节省水、电等能源，大幅度降低实验经费的支出；
3.微型化学实验是常规实验的有益补充；
4.培养实验兴趣，激发学习欲望，提高教学效果；
5.减少污染，提高实验安全性。
（三）中学化学教学中开展微型化学实验的意义
中学化学教学中开展微型化学实验，存在诸多方面的实际意义。
1. 有利于培养学生的综合能力，提高学生的科学素质
（1）培养学生的创造性；
（2）培养学生的动手实践能力；
（3） 培养学生实验设计的能力；
（4）培养学生的经济思想和环保意识；
2. 有利于教学改革的推进
（1）教学内容的改革，精选经典的教学内容，充实最新的前沿成果；
（2）有利于优化课堂教学质量。
3. 降低实验成本，提高实验设施利用率
4. 简化实验，节省时间
5. 强化实验效果，提高实验安全性。
6. 减轻环境污染。
（四）开展微型化学实验的可行性和必要性
随着科学技术的飞速发展，以及21世纪对人才的素质和培养方法的更高要求，在保证化学基本理论、基本知识和技能训练的前提下，应增加一些应用型、综合设计型的近代化学实验。由于微型化学实验所具有的特点，可以有效地解决化学实验教学改革中存在的经费紧张、学时限制等矛盾，这就有利于将单一的验证性实验教学方式转变为验证型、应用型和综合设计型三阶段式教学模式。绿色化学中使用化学品的4R原则（4R：Reject―拒绝、Reduce―减少、Recycle―回收、Reuse―再利用）也是微型化学实验所要贯彻的。因此，微型化学实验是21世纪的一项重要技术是不容置疑的。所以，开展微型化学实验教学势在必行。
（一） 化学实验教学的改进――微型化学实验
根据微型实验的诸多优点，我从中学化学教材中选取了几个实验，进行微型实验设计，进而通过实例来验证微型化学实验在中学化学教学中所起的积极作用。通过实践验证，微型化学实验确实比常规实验有很多的优点，并可获得很好的教学效果。
1.盐酸与硝酸银的反应
此实验的微型实验方案设计为：仪器采用点滴板，药品剂量以滴计。取一滴盐酸滴在黑色点滴板的空穴中，再取一滴硝酸银溶液滴加在上面，立即可以看到有白色沉淀产生。然后再取一滴稀硝酸滴于沉淀中，沉淀不溶解。反应的化学方程式如下：
HCl + AgNO3=AgCl+ HNO3
学生可以从上述实验中得出以下结论：盐酸与硝酸银的反应，生成不溶于稀硝酸的白色沉淀AgCl。本实验中每个学生使用的盐酸、硝酸银、稀硝酸的量各约0.05ml，假设全班有50个学生，共用三种试剂各2.5ml。这个实验几秒钟就能完成，而且实验现象十分明显。
而本实验中传统的常规实验是：仪器采用20ml试管，药品用量每
个同学用三种试剂各4ml，假设全班50人，共用三种试剂各200ml，相对而言此做法试剂用量大，反应需要的时间远远比上述实验的时间长，现象也不如上述实验明显。
由此可见，微型化学实验较常规实验大大减少了药品的用量，而且，实验简单，容易操作，现象明显，节省时间。
2.钠与水反应的实验
根据本实验反应的特点及原理，我设计了两种实验方案。
方法（一）：取1g表面新鲜的金属钠，放在装有酚酞指示剂和水的水槽中，然后用一个小的三角漏斗倒过来把金属钠罩上。漏斗的尖端用一胶管连接，胶管的另一断装一个针头，用于氢气燃烧实验。学生可以观察到钠在水面不停的游动，且有气体产生，水槽中水的颜色由无色逐渐变成粉红色，证明溶液显碱性，点燃针头的一端会看到有气体燃烧，从反应物分析生成的应是氢气。化学反应方程式为：2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
在本实验的传统常规做法为：取表面新鲜的金属钠2g，放在水槽中，看到金属钠在水面上不停的运动，并有气体产生，没有做氢气燃烧实验，也没有做氢氧化钠的验证实验。
由此可见，该微型实验的设计比常规实验具有以下的优点：
一是钠的用量减少。钠用漏斗罩着，可提高实验的安全性，并且使产生的氢气能够完全充分利用于燃烧。二是实验步骤被简化。把钠与水的反应、氢氧化钠的验证实验及氢气的燃烧实验并为一个实验。
三是实验效果更明显。因为滴加酚酞的水溶液变为粉红色可证明钠与水反应生成氢氧化钠，且注射器的使用使氢气燃烧效果更明显，实验时间也缩短了。
方法（二）：取一个100ml集气瓶，装入水（占总容积的2/3），滴几滴酚酞试剂，切一小块黄豆粒大小的金属钠，吸干表面的煤油，放入集气瓶中，立即将带尖嘴玻璃管的配套塞子塞紧，并取一支小试管倒扣到玻璃尖嘴上，用向下排空气法收集反应生成的气体。估计气体收集满时，将试管口移至玻璃尖嘴口上，用右手拇指堵紧试管口，再将试管口朝下移近酒精灯火焰，放开拇指点燃，可听见爆鸣声，证明该气体是氢气。集气瓶中溶液变红，证明生成了碱性物质。反应的化学方程式为：2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
这个装置的优点是：操作简便，收集及点燃氢气比教材中介绍的实验方法要容易科学得多（手指皮肤不需接触反应生成的氢氧化钠溶液），便于学生的观察，还使观察钠与水反应的实验现象及检验其生成物的两个实验一次完成，节省了时间和药品，而且实验效果好。
3.氢气的制取实验
微型实验设计为：用装青霉素针剂的废药瓶做反应器，用圆珠笔芯的空管代替玻璃导管，用自行车气门芯上用的乳胶管代替胶管，用装眼药水的软塑料瓶做滴管。在青霉素药瓶中装几粒锌粒，在瓶塞上钻两个小孔，按照氢气制取装置的顺序把这些替代品连上，用眼药水瓶充当的滴管滴加盐酸，就可以制取氢气了。集气瓶装满水倒置于水槽中，用排水取气法收集氢气。这样既能节省开支，又能引起同学极大的兴趣，还有利于培养学生的创造能力和勤俭节约艰苦奋斗的精神，且实验的效果不受任何影响。这种微型气体发生器可用于液体与固体作用生成气体的反应，如氢气、二氧化碳、乙炔等气体的制取。
4.碘升华实验的微型设计
用废针剂蒸馏水的空瓶，在加入少许碘密封后做成碘的升华实验装置。用点燃的火柴加热，很快就可以观察到现象。
这个设计的优点有以下几方面：
（1）所用的药品少，便于取材，
（2）简便易行，节省实验时间，只要用一根火柴，2min便可完成实验内容。
（3）节约药品，避免污染环境。
将微型化学实验应用到中学化学教学中的研究，任重而道远，希望广大的化学工作者能以开拓创新的精神投身于化学教学工作的研究和探索中来，使化学学科在教学技能和教学方法的创新等方面更上一层楼，为培养具有一定科学素养和创新意识的二十一世纪人才奠定坚实的基础。