微型化学实验在化学教学中的功效

微型化学实验在化学教学中的功效

江西萍乡二中 周积纯（337055）

化学微型实验即“实验药品微量化，实验仪器微型化”。根据微型实验的要求，我们可以将许多普通实验朝着微型化方向改进。实践表明，大多数的学生常量实验都是可以朝着微型化方向改进的，许多教学演示实验也可以改成微型实验或补充微型实验。从而体现普通实验在化学教学中难以发挥的教学功能。

一、微型化学实验的特征和意义

微型化学实验的两个基本特征：仪器微型化和试剂用量少。但是微型实验不是常规实验的简单缩微或减量，而是在微型化的条件下，对实验重新设计和探索，以达到以尽量少的试剂获取尽可能多的化学信息的目标。微型化学实验与微量实验不是同一个概念，微量化学实验是指微量分析化学。

微型化学实验具有重大的现实意义。用尽量少的试剂做实验，既可节约开支，又能避免污染环境，同时又保证了实验室的安全。微型化学实验使用试剂为常规量的（十分之一～百分之一），体现了绿色化学预防化学污染的原则，它体现了化学实验由“粗放型”到“集约型”的发展趋势。中学的学生人数远大于大学人数，因此在中学倡导微型化学实验更有现实意义。

微型实验在中学的应用最重要是仪器更换上。我们可以理解要想把原来的设备换为新的一套设备的难处。但微型化学实验毕竟是一种趋势。对于中学实验来说，使用的仪器都较为简单，在价格上微型化仪器比一般仪器经济，易于实现学生每人一套，个个动手。所以有条件的中学从某些实验开始尝试微型化学实验是可行的。教师与学生的能力将是在中学实行微型化学实验的重要因素。这需要教师和学生从原来的实验思维中转变过来，培养一套全新的微型实验观念。这些条件一旦具备，那么微型化学实验将会很顺利地在中学实行开

二、微型化学实验的好处

（一）替代常规实验，环保又节约

微型实验则要求实验药品微量化和实验仪器微型化，这不仅减少药品消耗及实验污染物的排放，而且能提高原子利用率。因此，无论是教师演示实验还是学生实验，开展微型实验都是绿色化学教学理念在教学实践中的体现。

由于微型实验操作要求和方式大多与常量实验相当，所以，将部分常量实验改成微型实验，不会影响对学生实验技能的培养。

1、节约用量，减少排污。微型实验的优点体现在减少实验试剂用量但不影响实验现象，从而节省开支减少废弃物的排放。比如，点滴板代替试管可广泛应用于元素及其化合物的溶液性质与离子检验实验，具有试剂用量少，对比现象明显，滴加试剂和洗涤简便等优点。而试纸具有制作使用简便和污染少，处理易等特点可广泛应用于学生实验。同样，在滤纸上进行某些实验也能达到常规实验难以实现的优点。例如，在一张滤纸的中心处，滴一滴饱和的溴化钠溶液，待其湿润之后，再滴上一滴氯水，滤纸呈现黄色的斑点。在呈黄色的斑点处，再滴上一滴碘化钾溶液，滤纸上的斑点颜色变为浅褐色。在浅褐色的斑点处，再滴一滴淀粉溶液，滤纸上的斑点变为浅蓝色。该系列实验用滤纸代替了常规的试管，变间歇实验为连续实验，节约了时间，实验现象明显而又有趣，不象常规实验那么呆板沉闷。

微型化学实验仪器小，携带方便，而且大部分时间也用的少。所以它不仅适用于大部分的学生实验，而且也适用于很多课堂演示实验。老师完全可以让课堂成为实验室。这为理论更及时和实际结合提供了条件。下面将用一个重要的中学实验——硝酸的性质，中学的常规实验法和改进后的微型实验法的比较，来阐述后者的优越性

《1》实验步骤

常规实验

1. 浓硝酸跟铜的作用

在一支试管中放入一片铜片，再滴入几滴浓硝酸，观察放出气体的颜色。

向这支试管里加入5mL 水，观察溶液的颜色。

2. 稀硝酸跟铜的作用

照图把仪器安装好，并检查这一装置的气密性。在试管里放3~4片铜片，再倒入稀硝酸到浸没铜片为止。把烧瓶加热，用排水取气法收集一试管NO 气体。

微型实验

1. 浓硝酸跟铜的作用

微型试管（下图）中放入少许铜和5滴浓硝酸，观察现象。当看到液面上出现棕色气体时，加入蒸馏水。注意不让NO 逸出管外。否则在试管口蓬松地塞上以少许NaOH 溶液润湿过的棉花.

观察试管中溶液的颜色。

2. 稀硝酸跟铜的作用

在注射器中放入一片铜片（大致比管的截面小点），烧杯里装稀硝酸，加热片刻，然后拉动活塞，吸入一些稀硝酸，马上用胶帽塞住注射头。观察，发现活塞被向后推，有气体产生，观察溶液颜色。片刻，取下胶帽，吸入空气 ，然后将气体注入30%的NaOH 溶液。

《2》试剂用量对比

常规实验：约5片铜片，约30ml 稀硝酸。

微型实验：约2片铜片，约5ml 稀硝酸。

《3》仪器损耗

常规实验：试管很大，容易摔破。圆底烧瓶也容易烧破，且不易清洗。组装麻烦。

微型实验：微型试管很小，且壁厚，拿着方便，不易摔破。用小型注射器方便，不需组装。

《4》现象显现

常规实验：能够看到现象。但干扰的因素很多，造成气体颜色不明显。 微型实验：微型试管体积小，所以产生气体不多，但是密度大，颜色很明显。小型注射器由于体积小现象也很明显。

《5》实验安全

常规实验：产生的NO 气体溢出来，污染实验室空气，使学生很不适，对身体有害。

微型实验：由于微型试管管口小，很容易用棉花堵住。且产生气体少，不易溢出。用小型注射器不用组装，操作起来也很安全。

《6》学生兴趣

常规实验：由于实验会产生有毒气体，而且仪器易摔破而且组装麻烦，所以兴趣不大。

微型实验：仪器操作简单，而且安全，需要学生更加发挥自主性，所以兴趣很浓。

《7》适用范围

常规实验：只适用学生实验。

微型实验：学生实验和演示实验都适用。

2、改进方式，凸现效果。实验装置微型化使气体所占的无效空间减少，溶液反应相对充分，从而提高原子利用率，遵循绿色化学原子经济性原则。例如，用在针筒中先放入少量二氧化锰，再抽取少量双氧水，制得的氧气就收集在针筒中，不仅集气利用率高、纯度好，而且取用方便，通过推动活塞杆形成氧气流随意进行相关实验。这种方法还可制取氢气、氯气、二氧化碳等气体。另外，微型实验准备、操作、反应所需时间都明显

少于常量实验，更好地把学生注意力吸引到实验观察上来。又如，镁、铝与水的反应，常规实验耗时长，现象不明显，改用湿润的PH 试纸分别压上除去氧化膜的镁条和铝条，镁条立即在PH 试纸上留下蓝色印迹，铝条稍候出现浅绿色印迹。

（二）、改变设计理念，创新化学实验设计

微型实验教学还具有创新功能。由于忽视了实验的创新功能，不少实验照方抓药，缺乏对实验进行改革。从常规实验到微型实验，并不是简单地用小试管替代大试管，而是对实验装置的再设计，对实验原理的重新选择，对实验操作过程的改进创新。对一个微型实验的设计本身就是教师进行创造性教学的体现，教师指导学生开展微型实验设计也就是创新教育的具体实践。

1、改变装置，突出现象。从常量实验转变为微型实验，往往涉及到实验装置的再设计，转换实验装置一要科学可行，二要突出现象。微型实验往往能强化实验灵敏度或增强对比度，有些实验的现象出乎学生意料。微型实验由于装置空间小，只要微量反应就能产生明显现象。而有些演示微型实验，可以通过投影仪进行“放大”，利用实物投影仪还可选择突出观察重点。如在调整好的投影仪上放置培养皿，取少量饱和的热硝酸钾溶液倒入，因溶液温度下降，美丽的硝酸钾晶

体不断析出，逐渐布满整个培养皿，实验过

程中，晶体生长的动态过程清晰地展现出来

尤其引人注目。

气体性质实验通过如图1装置把气体制

取、性质与余气吸收实验综合起来，实验现象十分突出。这套装置适用于氯气、二氧化硫、硫化氢、氨气等气体性质实验。

某些溶液实验，常利用点滴板、滤纸等仪器进行实验，突出了对比度。

2、改变思路，凸现创新。常量实验转变为微型实验，还需要改进实验方案，选择适用于微型仪器实验的原理和方法。在对常规实验进行再设计中形成实验方案，在意想不到的实验操作中品味创新。例如，乙醛与氢

氧化铜反应的常规实验往往由于氢氧化铜量控制不佳产生过多的副反应干扰实验现象。取小张滤纸，放在玻璃片上，在滤纸中心滴加二滴乙醛溶液和数滴氢氧化铜悬浊液，取玻璃片在酒精灯上用外焰烘热，滤纸上出现红色斑点。

又如，火柴是实验室常用物品，利用火柴可以进行多种微型实验，从熟悉处激发创新。用火柴头蘸取浓硫酸，稍后即自行点燃；燃着的火柴可用于氢气等可燃性气体纯度的检验；二氧化碳气体的检验和二氧化碳气体验满实验；刚熄灭但带火星的火柴可用于氧气检验，投入到浓硝酸中，利用碳和火柴的余热，进行浓硝酸与碳反应实验，可产生少量红棕色气体并能控制实验用量；熄灭后的火柴杆还可用于浓硫酸脱水性实验，操作方便药品用量少且变色炭化现象明显；用火柴杆蘸取稀硫酸，不发生炭化现象，靠近火焰进行加热，可发现逐渐炭化，证明稀硫酸失水变成浓硫酸，硫酸具有不挥发性。

3、利用废物，走进生活。学习即生活，而常规化学实验犹如象牙塔，学生在生活中很难开展相应的实验。受这种思维影响，将导致化学与生活相隔离的不良局面。微型实验可以

利用生活中常见废弃物开展实验，

从而为走进生活创造条件。利用吸

管替代玻璃导管，用青霉素小瓶替

代试剂瓶或充当反应容器，用眼药

水瓶替代滴瓶等都能开展家庭小实验。例如，取一支废输液管的一部分制成如图2装置，滴加少量氢氧化钠（或硫酸等），插入两枚大头针分别接6—9伏直流电正负电极进行电解制氢气和氧气，排净空气后，用手捏住小塑料管口，靠近火焰，松开手，会发出清脆的爆鸣声。本实验取材简便，操作简单，安全性好，可多次重复实验，还可应用于其它电解实验。

4、充当载体，体验研究。开展微型实验，为学生开展课余实验或开展研究性学习提供一个载体。例如，有的学生以针筒为主题开展课外实验型的研究性学习，开发了利用针筒进行的微型实验。发现针筒可应用于两种溶液混合体积变化的微型实验（用针筒抽取2mL 的水和2mL

染色酒精，

充分混合后，再用针筒量取，发现体积少于4mL ）；用于气体在水中溶解性实验（用针筒抽取1mL 水，分别再抽取2mL 氯气、40mL 二氧化硫等气体，充分振荡后测定溶液体积，验证气体的水溶性）；用于气体反应（用针筒抽取3mL 二氧化氮，再抽取少量水，充分振荡，观察气体颜色和气体体积变化，反应到无色后，再抽取少量空气，继续观察气体颜色、体积变化）；用于微型定量实验和用于集气体制取、收集与性质于一体的小反应器等功能，体验到研究的快乐。

实验为题材设计问题，体现了化学以实验为基础的特点。微型实验为实验习题的编制提供了良好的题材和设计思路。

微型实验为题材的问题，能够考查学生的实验能力，区分出真做实验、认真做好实验与只做“黑板实验”、乱做实验的学生，训练学生知识迁移、综合分析、类比想象的实验能力。

实验设计能力是实验能力的重要组成部分，教材中的一般学生实验都已提出实验操作方案，学生缺乏实验设计的机会。微型实验往往没有现成的操作方案，需要师生共同设计，从而为提高学生实验设计能力创设良好的情境。

5、改进方案，强化迁移。微型实验往往从常规实验中改进而成，这就要求学生善于把常规实验知识迁移到微型实验中来。如用温度计蘸取浓硫酸，放置空气中，将会出现什么现象？原因是什么？综合并迁移浓硫酸吸水性与浓硫酸溶于水放热两种性质才能解决问题，一是温度上升，二是液珠变大。

又如图3装置，用于验证氯气与铁反应的化学性质，控制通过针筒推杆控制氯气用量，实现实

验微型化，试问能观察到

哪些现象？为什么？就

要求学生善于把铁及其

化合物的相应实验知识

迁移过来。

6、组合实验，激励想象。解决实验问题，并不一定都要求学生动手实验过。这就要求学生善于综合分析，把实验问题与做过的实验进行类比和想象。微型实验往往能实现多个分散的常量实验组合起来，为提高学生分析综合实验的能力提供情境。例如，利用图1装置，对多种微型实验现象及原理进行探究。利用图4装置进行硫化氢与二氧化硫性质实验、余气吸收实验，或把两者组合起来；进行碳还原氧化铜并用石灰水检验气体产物实验等多种组合实验。

又如，对二氧化硫性质这一常规实验进行微型化再设计，从

制取装置的微型化处理、多种性质实验的组合、气体性质实验的

微型化设计、余气吸收及尽量减少排污的微型化设计等几方面激发学生想象，体验再设计实验的乐趣。

微型实验的教学功能是在对微型实验的开发过程中实现的，并在教学过程中不断丰富与发展。

三、值得探究的问题

作为一项新事物的微型化学实验尚不完善，还有待发展。它的方法本身还存在一定的局限性。所以在做微型化学实验时有一些应注意的事项：

1、微型化学实验制备物质的产率偏低。这是因为仪器粘附等损耗相对于原料用量的比例较大。因此必须要注意实验技巧。否则实验不易成功。

2、由于微型化学实验与一般实验仪器差别很大，教师在指导微型化学实验时一定要注意实验条件的探索。

3、现在全国微型化学实验普及还不高，需要更加广的进行宣传。还需要多出版相应的配套书籍。