高中化学微型实验的开发和应用策略研究

张丽丽

一、 引言

化学是一门十分重要的学科，在化学科学研究中，化学实验则是其中的重要组成部分，在教学中发挥了巨大的作用。然而，受到传统应试教育观念的影响，为了应对高考的压力，许多教师仍采用传统的教学理念。在高中化学教学活动中，由于课时少、实验内容多，经常出现教师在课上给学生播放视频或讲述实验现象的情况，学生很少能真正动手做实验。在这一背景条件下，微型化学实验的优势也就凸显出来了，例如仪器简单、保护环境、试剂用量比较少以及安全性高等，因此，对微型实验进行研究具有重要的应用价值。

在国家颁布的《普通高中化学课程标准(实验)》中明确规定：以化学实验为主，通过采取各式各样的探究活动，可以让学生积极参与进来，感受科研的力量，对化学知识的学习产生浓厚兴趣，培养良好的动手能力与创新意识。通过开展化学实验，可以帮助学生学习更多的化学知识，体验探究过程，从而掌握更好的学习方法。

二、 高中化学微型实验开发与设计原则

(一)科学性原则

化学微型实验的设计方法、操作过程以及所得结论均要与科学研究方法以及化学实际理论的要求相符合。在这个过程中，可以锻炼学生的精神品质，使其具备更加刻苦的钻研精神。对学生来说，进行化学实验时，必须要具备严谨、务实的精神，认真做好每一个环节的操作。所以，在整个实验过程中，均要以科学性作为基本原则。

(二)绿色化原则

绿色化实验指的是在实验的设计、操作等环节，均要遵循绿色化学的指导理念，尽可能地减少资源浪费，避免对环境造成过多污染。在当今社会，随着人们环保意识的不断增强，逐渐形成了绿色化学的发展理念。所以，在实验设计过程中，就要体现出这一思想理念，将绿色化要求融入其中。

(三)开放性原则

化学实验并非局限于教材内容，也要加强与各门学科之间的联系，挖掘与日常生活相关的素材。在实验过程中要体现出开放性，引导学生分析问题时，从多个角度出发，敢于提出自己的意见想法，促进发散思维的形成。让学生主动参与到实验设计中，不但可以培养学生良好的实践能力，也形成了严谨的科学态度，对学生未来的成长都是十分有利的。

(四)学生主体性原则

学生是实验研究的主体，因此，教师应对学生的个体化差异予以尊重。在确定实验目的时，无论是实验步骤还是内容的选择，均要遵循这一原则。每个学生均存在个性化差异，教师要对学生的实际状况与最近发展区予以充分考虑，最大限度地发挥化学实验的作用。

三、 高中化学微型实验开发与设计策略

(一)明确实验目的

首先，在开始实验之前，必须要明确实验目的是什么。不管是采用教师演示实验的方式，还是学生自主探究实验，前提条件均要确保实验目的非常清晰。也就是说，在开展这项实验活动时，与哪些知识内容是息息相关的，必须要让学生清楚了解。举例说明，在讲解“氯气制取及性质”这一内容时，前提条件就是要让学生对氯气的实验室制法和化学性质有所了解，基于此，则可对氯气的制备及性质进行微型实验设计，同时考虑到氯气的毒性，还要注意连接尾气吸收装置，培养环保意识。通过采用这种微型实验，可以让学生观察到明显的实验现象，同时也可以节约药品，避免产生过多的有毒气体，最后完成实验操作。

(二)精选合适的内容

通过对高中化学的教学现状进行研究后发现，教材所涉及的化学实验非常多，数量甚至多达上百个。但是，并非所有常规实验都可以进行微型化改进。针对微型化学实验而言，其所具有的优势是非常明显的，但是也具有一定的特征和局限性。比如说，涉及定量实验时，就很难显示出微型实验所具有的优势特征，如果生成物与反应物的剂量相差过多，微型实验的应用效果并不显著；在开展半定量与定量实验的过程中，也需要充分考虑这一问题。

(三)高中化学微型实验的设计实例

按照实验场景的不同，可以将高中化学微型实验分成课堂教学类与课外生活类两种类型。文章以此作为切入点，展开了深入的探讨与分析，并设计了相关的实验案例。

1. 课堂教学类化学微型实验设计案例

在高中化学课堂教学中，课堂教学实验起到了不可缺少的重要作用，在许多方面均发挥了重要的教学功能，包括学生对化学原理的理解、化学概念的形成以及化学现象的认知等。按照教学内容的不同，可以将其分成以下几种类型：①基本操作实验；②形成化学概念与基本理论实验；③元素化合物性质与制备实验；④实际生活生产实验。通过开展基本操作实验活动，能够让学生掌握更多的化学原理与实验技能，了解常规仪器的操作方法，因此，这些实验不能采用微型化的方式。在其他实验类型中，关于微型化学实验的应用十分普遍，并发挥了巨大的作用。

案例：

蛋白质的变性条件

实验目标：

(1)采用实验探究的方式，掌握鸡蛋清的主要组成成分为蛋白质，并明确使蛋白质变性的外界条件有哪些。

(2)可以意识到在我们的生活中哪些物质是具有探究意义的；培养学生形成良好的问题意识，在生活中挖掘化学知识。

实验原理：

蛋白质变性：天然蛋白质受物理或化学因素的影响，分子内部原有的特定构象发生改变，从而导致其性质和功能发生部分或全部丧失，这种作用称作蛋白质的变性作用。蛋白质变性后理化性质发生改变，如溶解度降低而产生沉淀，丧失了生理活性。

经研究发现，对蛋白质变性产生影响的原因比较多，主要可以总结为以下几点，即：强酸、强碱、强氧化剂、高温、重金属盐、紫外线、乙醇、福尔马林等，在这些物质的作用下，均可使蛋白质变性。

实验器材：

药品：蛋白质溶液(鸡蛋清)、NaOH溶液、硫酸、KCrO溶液、乙醇以及醋酸铅溶液。

实验用具：微型试管、小烧杯、六孔井穴板、微型酒精灯、多用滴管、玻璃棒、支架、火柴以及石棉网。

探究情境：

在日常生活中，鸡蛋是比较常见的一类食品，而且也是人类摄取营养物质的重要来源。一般情况下，人类食用的均是熟鸡蛋，其蛋清呈现为白色固体状，对生鸡蛋来说，蛋清则呈现为液体状，为什么加热后蛋清会由液体变为固体呢？

实验探究：

以蛋白质变性的基本原理为依据，准备好实验所需的各种材料，对实验流程进行合理设计。

(1)取蛋清液剂量为1mL，加入蒸馏水约为 4mL，利用玻璃棒将其轻轻搅匀。装入烧杯中备用。

(2)用滴管吸取适量的蛋清，将其放入微型试管以及六孔井穴板的1#～5#井穴内。

(3)加热微型试管，尽量采用水浴的方式；将NaOH溶液、硫酸、KCrO溶液、乙醇以及醋酸铅溶液分别加入六孔井穴板的1#～5#井穴内。

对产生的实验现象进行观察并记录。

讨论交流：

(1)为什么甲醛、重金属盐等物质会对人体产生中毒反应，其原因是什么？

(2)民间曾有说法，如果出现重金属盐中毒反应，服用生蛋清可以起到解毒作用，这种说法合理吗？

案例分析：

对蛋白质进行教学时，蛋白质的变性是其重要的化学性质之一。在本次研究中，主要以鸡蛋作为实验对象，这极大地激发了学生的兴趣，学生更愿意了解日常生活与化学之间的关系。在设计探究实验时，尽量与日常生活相结合，让学生可以做到理论联系实际。在创设教学情境的过程中，可以与比较常见的生活情境相结合，在此基础上提出一些问题，让学生积极探索，深入发掘其背后蕴含的化学原理。在实验过程中，会应用到许多的微型实验仪器，包括多用滴管、微型试管以及六孔井穴板等，通过设计这种微型实验，既节约了药品的用量，同时实验现象还明显，同学们又获得了亲自动手做实验的机会，有利于提高学生的学习兴趣和实验操作技能。

2. 课外生活类化学微型实验设计案例

在学习高中化学课程时，其目的不仅是培养学生的科学素养，与此同时，也要锻炼他们的化学思维能力。国家颁布的《普通高中化学课程标准(实验)》中明确提出，在开展化学课程教育的过程中，也要注重与现代科技和日常生活相结合。化学作为一门基础学科，与我们日常生活的联系非常密切，很多问题中均会涉及与化学相关的原理。所以，在高中化学教学过程中开展微型实验探究活动，也要以此作为切入点，充分考虑与日常生活的联系，组织开展一系列的实验探究活动，让学生能够对身边的化学物质和反应原理有所了解，激发学生的兴趣爱好，从而使其更愿意学习本门课程。针对家庭小实验，指的是学生利用自己在课堂上学到的知识内容，解决生活中存在的各类问题，并培养良好的学习精神与实践能力。

在题材选择方面，可以从学生生活中的事物着手，选择与日常生活有关的化学现象或内容。与此同时，教师也要对学生进行正确引导，对日常生活中比较常见的用品进行改造，作为家庭实验的基本仪器。通过对微型实验仪器进行研究后，可以选择与生活息息相关的物品或废弃品，对其进行适当改造之后使用，不但可以增强学生的创新意识，而且也可以培养学生的科研兴趣。

案例：

食盐与亚硝酸钠的区分方法

实验目标：

(1)查阅资料了解亚硝酸钠的物理性质和化学性质。

(2)设计实验鉴别氯化钠与亚硝酸钠。

实验原理：

亚硝酸钠与硝酸银溶液反应生成亚硝酸银，沉淀可溶于稀硝酸。

实验器材：

药品：亚硝酸钠、氯化钠、酸性KMnO溶液、AgNO溶液、稀硝酸、淀粉KI溶液、酚酞。

实验用具：多用滴管与井穴板。

探究情境：

工业盐的主要成分为亚硝酸钠，从外观上来看，与食盐相似。新闻媒体上经常报道有人因为误食工业盐后出现中毒的现象，症状较轻者伴有呕吐、头晕反应，严重者将会出现腹泻，或者危及生命。那么，如何鉴别这两种盐呢？就是我们化学上需要探究的一个问题。

实验探究：

(1)向井穴板1#和2#孔穴内分别滴加3滴亚硝酸钠和氯化钠溶液。再向其中加入2滴硝酸银和稀硝酸，观察现象。

(2)将KMnO溶液、淀粉KI溶液、酚酞分别加入井穴板3#～5#孔穴内，滴加亚硝酸钠，观察现象。

(3)再将步骤2的试剂加入另一个井穴板中，滴加氯化钠，对比观察。

讨论交流：

(1)针对亚硝酸钠中氮的化合价，如何设计实验进行鉴别？

(2)如果误食亚硝酸钠出现中毒现象，该如何急救？

案例分析：

在鉴别食盐与亚硝酸钠时，操作十分简单。在高中化学课程的学习中，亚硝酸盐并非其中的重点内容，很少在课堂上进行深入讨论；但是在生产生活中亚硝酸钠的应用十分广泛，不仅是建筑行业中的混凝土掺和剂，还是生活中常见的食品添加剂。可以让学生结合生活经验进行研究，更有利于培养学生的思维能力。在食品安全方面，亚硝酸钠的应用剂量也是需要考虑的一项关键指标。通过进行本次研究，可以激发学生的探究欲望，从而使其对化学课程产生浓厚的兴趣。

四、 结语

通过对微型化学实验进行研究后发现，与传统的常规实验相比，其最突出的优点是仪器的微型化和试剂的微量化。常规实验的仪器规格较大，为了达到明显的实验效果，试剂的用量必然增多，会给学校带来较大的经济支出，而且多人合用一套或者直接由老师演示实验，学生操作的机会很少。

相对比，微型实验的仪器较小，携带方便，并且很多仪器的设计是具有多功能的，可以一器多用。而且针对微型仪器的特点，在生活中还可以找到替代品，便于开发学生的动手能力和创造能力。在进行实验时，需要用到的试剂剂量小，既节约成本，又环保。尤其对有毒气体的制备和性质实验进行微型化改进后，更加适用于学生分组实验，因此其价值优势十分明显。

文章基于对高中化学微型实验内涵特点和设计原则的归纳总结，提出了高中化学微型实验开发与设计的有效策略。设计与开发高中化学微型实验，首先应明确实验的目的，然后对实验内容进行合理选择，并筛选出恰当的微型仪器。根据实验应用的场所，分别对高中化学微型实验的课堂教学类和课外生活类化学微型实验进行了开发与设计。通过实际教学应用可以发现，采用这种实验方式，可以加深学生对知识的印象，学生之间也可以展开良好的互动交流，激发出大家的学习兴趣，取得了较好的效果。