微型实验在高中化学教学中的运用研究

时晓霞

【摘要】高中化学知识具有很强的逻辑性，知识点烦琐而复杂。而实验能很好地帮助学生理清思路，让学生快速理解相关知识点。微型实验作为一种常见的实验形式，不仅方便学生操作，还有利于加深学生对自然环境与科学技术的认识，发展学生的创新精神和实验能力，对促进学生的全面发展大有益处。基于此，文章探讨微型实验在高中化学教学中的具体运用。

【关键词】高中化学；微型实验；组合实验；绿色实验

微型实验，指的是使用微型的实验仪器或者装置进行的化学实验，和普通的实验相比，其化学试剂的用量更少，创新性更强。微型实验有助于解决现存的实验设备不齐全、实验药品短缺、实验经费紧张、实验教学方式单一等问题。教师要引导学生在课上和课下使用微型实验辅助化学学习，凸显学生的主体地位，促使学生形成实事求是、尊重科学的学习态度与精神。

一、设计替代实验，开拓学生思维

微型实验的本质是利用微型仪器装置和极少的化学试剂开展实验。在带领学生开展实验时，教师可从传统的实验出发，对实验器材和药品进行替代和优化，从而实现实验的简便化和安全化。替代实验不仅对实验本身具有改良作用，还有助于开拓学生的思维。

以人教版高中化学必修二第五章第二节“氮及其化合物”的铜片和稀硝酸反应实验为例。以往，开展这个实验需要用到的器材有烧瓶、三脚架等，这些器材不方便携带，且操作起来具有一定难度，所以教师一般都是自带一套实验器材在课堂上进行演示。由于整个实验过程比较烦琐，需要学生有足够的实验经验才能操作成功，因此实验失败的概率很大。

为使实验更为简便、更易操作，教师可以选择更简单的工具来替代原本的器材，如将实验器材简化为到一个注射器、两个小铜片、稀硝酸溶液和一个烧杯。实验的过程也要简化，学生可先将注射器上面的活塞取下来，将两个小铜片放进注射器里，塞好活塞，吸入约15毫升的稀硝酸溶液，然后用橡皮塞密封好注射器细管一端。接着，在烧杯里加入适量的水并进行加热，加热完成之后，将注射器放入其中。渐渐地，可以观察到生成的气体富集在注射器筒内，溶液变成了蓝色。最后，将橡皮塞取下来，轻轻拉动活塞，这时可以看到无色的气体变成了棕色。由此学生可以得知：铜与稀硝酸反应时，铜逐渐被溶解，生成硝酸铜与一氧化氮，并释放氧气。

替代实验是最基本的微型实验，它只需将实验系统的某个元件或者现象替代为具有相同功能和效果的元件或现象，就能够使整个实验过程更简短、高效［1］。同时，学生对于各种化学试剂与器材也能有更进一步的了解和认识，达成开拓思维、提升学科素养的目的。

二、开展组合实验，培养动手能力

传统实验往往耗时长，会拉长教学时间，不利于学生系统学习化学知识。对此，教师可充分发挥微型实验简易、便捷的特点，设计由多个微型实验合并而成的组合实验，使实验之间相互联系又层层递进，助力学生建构系统的知识体系。

例如，在教学人教版高中化学必修二第五章第二节“氮及其化合物”的“酸雨及防治”这部分内容时，教师就可以将教学内容濃缩于以下几个微型实验之中。

一是二氧化硫与石蕊溶液以及氢氧化钠的反应实验。在这个微型实验中，学生需要往紫色石蕊溶液和氢氧化钠中注入二氧化硫气体，通过观察这两种液体的变色情况探究二氧化硫与这两种物质的反应情况。

二是探究二氧化硫的氧化性与还原性。在这个微型实验中，学生要将二氧化硫气体分别注射到紫色的高锰酸钾溶液、橙色的溴水和装有硫化氢气体的矿泉水瓶中，通过观察这些溶液、气体的变色情况，得出二氧化硫导致高锰酸钾褪色的结论，这说明二氧化硫具有还原性。

微型组合实验让学生认识到，导致酸雨形成的物质是二氧化硫。要解决酸雨问题，则要通过化学反应将二氧化硫转化为无害物质。在组合实验中，学生充分发挥自己的动手能力，积累了丰富的实验经验。

组合实验环环相扣，能加深学生从化学原理到实际应用的认知，提高学生的学习效率，同时丰富的实验能使教学过程更为生动和直观，在给予学生深刻感受的同时加深他们对相关知识的印象。

三、开展绿色实验，培养环保意识

《义务教育化学课程标准（2022年版）》指出，要引导学生树立人与自然和谐共生的科学自然观和绿色发展观，培育绿色化学和环保意识。微型绿色化学实验强调使用少量的实验试剂开展实验，体现了绿色化学与化学污染防治的原则。

以人教版高中化学必修一第二章第二节“氯及其化合物”的氯气制作与性质检验实验为例。传统实验通常会用到酒精灯、烧瓶、漏斗、铁架台等实验器材，这些器材装置过于烦琐，操作不易，而且实验试剂用量非常大，加上酒精灯加热烧瓶的过程中生成的氯气过多，极其容易泄露，不仅对环境有不利的影响，还会危害到周围人的身体健康。

此时，微型实验的优势就能很好地体现出来。微型实验所需的试剂有浓盐酸、红纸条、高锰酸钾、溴化钠试纸、氢氧化钙颗粒、石蕊试剂、淀粉试纸等。组装实验装置时，学生要找一个干净且干燥的空瓶，在瓶盖上打两个孔，注入50毫升的氢氧化钙溶液，将一根玻璃棒穿进盖子上的孔中，将其固定好之后，从上到下粘贴湿润的红纸条、淀粉KI试纸、NaBr试纸以及蓝色石蕊试纸。然后，将胶头滴管塞入瓶盖上的另一个孔，胶头滴管内置浓盐酸。再另外准备一个试管，将其固定在瓶子中，试管内装有5克高锰酸钾，最后将瓶盖拧紧。

操作实验时，学生可以观察到，滴管中的溶液滴出来会发生化学反应，接着产生黄绿色的气体，当气体量多到一定程度并溢出来后，就会进入饮料瓶，令玻璃棒上的多张试纸的颜色发生变化。学生通过观察这些变化，结合之前学习过的物质性质，就可以推断出氯气的产生及其性质。

最后，实验产生的废气也不需要人工处理，它通过与瓶子中的氢氧化钙进行反应就能被吸收。相较于传统实验，整个实验从器材装置到材料反应都更加安全环保，这不但能够保障学生的安全，还能够于无形中向学生传递绿色环保的理念。

四、问题驱动实验，促进自主思考

开展微型实验时，教师可设计相关的实验问题，让学生带着问题观察实验现象，从而得出结论。

例如，在教学人教版高中化学必修一第三章第一节“铁及其化合物”中“铁的重要化合物”这部分内容时，教师就可以设计相关问题，让学生带着问题开展微型实验。首先，教师给学生演示传统实验的操作方式，即用沉淀的方式检测二价和三价铁离子。通过观察实验，学生发现这样的方法有一定的缺陷。

于是，教师让学生结合之前学过的知识，想一想有什么物质可以阻隔空气。在教师的提示之下，学生很容易就想到苯这种物质，其密度小于水且不溶于水，所以可以将苯溶液加入氢氧化钠溶液之中。解决这一问题后，教师引导学生进一步自主探索，完成检测和区分两种铁离子的微型实验。

这个微型实验需要用到的材料有稀硫酸、硫酸亚铁溶液、氢氧化钠溶液、氨水、铁粉、煤油和KSCN溶液，器材则是常规的导管、试管等。学生拿到材料和器材后，按照教师先前演示的操作，将实验装置组装好。在学生正式开始实验之前，教师提出了几个问题，让学生在实验过程中观察实验现象并找到答案。

1.在试管中加入铁粉的作用是什么？

2.在试管中加入KSCN溶液的作用是什么？

3.在试管中加入煤油的作用是什么？

学生带着问题正式开始实验。首先，往A试管中倒入硫酸亚铁溶液，然后加入铁粉，可以明显观察到，与传统实验不同的是，二价铁离子没有氧化，这是实验优化的体现；接着，在B试管中加入煤油和KSCN溶液，在A试管中加入稀硫酸，再分别滴入氢氧化钠溶液，观察A试管和B试管中有何变化。

在整个实验过程中，学生观察试管内溶液的变化情况，能清晰地得出问题的答案—铁粉的作用是防止二价铁离子的氧化，加入KSCN溶液是为了确认B试管中有三价铁离子，加入煤油是为了避免空气进入试管内。通过一步步的动手操作，学生不仅检测出铁离子，更观察到两种铁离子的转化，加深对这部分内容的认知。

与传统的实验相比，这样的微型实验在节省试剂的同时，能够增强实验的可操作性，促使学生主动思考、主动探究。此外，教师设计的问题能推动学生从被动的知识接收者变为主动的探知者，有效激发学生的好奇心与探究欲，促使学生提高学习能力。

五、完成对比实验，提升观察能力

微型实验的成本和资源需求较低，教师可利用微型实验引导学生开展对比实验，让学生于对比实验中选出实验的最优方案，提高实验的可行性与可操作性。

例如，在教学人教版高中化学选修二第二单元课题1“获取洁凈的水”时，教师可以引导学生开展河流水样检测的对比实验。学生需要掌握水样检测的方法，比较不同试剂治理污水效果的差异，从而选出最佳的污水治理试剂。

这一微型实验所用的实验试剂和实验器材很简单，试剂方面只需准备污水水样、过氧化氢以及高铁酸钾溶液，器材方面只需准备青霉素瓶、针筒和激光笔。实验操作同样非常简便，第一步是取三份等量的污水放置于三个相同的青霉素瓶子中，往第一个瓶子中注射过氧化氢，往第二个瓶子中注射高铁酸钾，两种溶液都是5毫升。第二步是将三个瓶子一起振荡，对比其中的变化。通过比较，学生发现三个瓶子中的污水都在一定程度上变得更加清澈，其中高铁酸钾净化水质的作用最为明显。

教师可以由此展开教学，高铁酸钾本身具有强氧化性，在水处理过程中，其氧化作用是其他消毒剂的十倍以上，它不仅可以迅速消灭水中的各种病毒和细菌，而且在处理过程中还不会产生氯酚、三氯甲烷等副产物，且它的还原产物是无机絮凝剂。总而言之，高铁酸钾在其强氧化性时期是集氧化吸附、助凝絮凝、除臭杀菌等多种功能于一体的多效处理剂。

在微型对比实验中，学生能够更好地控制试剂的用量，准确控制其他变量的影响，消除不必要的干扰，在对比参照中更加清晰地观察到高铁酸钾对水的净化能力，使实验比较结果更加可靠和合理。在此过程中，学生仔细观察，对比不同的实验现象，思考现象产生的原因，能够锻炼观察能力，形成比较思维，发展化学核心素养。

结语

总而言之，微型实验的实验器材价格低、便于携带，能够实现学生全员参与实验的目的，通常运用等效替代品，具有简便、易操作、绿色、环保、低能耗的特征，使化学实验更加安全。教师要将微型实验融入日常化学课堂中，创新微型实验形式，在激发学生主动性的同时激发他们的创新创造意识，提高学生的学习效率。

【参考文献】

［1］严志烨，黄华文.大概念统摄下的高中化学微型实验主题式教学：以“二氧化硫的性质”为例［J］.中小学教学研究，2022，23（5）：13-18.

［2］刘亮.高中化学实验教学的微型化实践［J］.中学化学教学参考，2021（16）：65-66.

［3］韩波.基于“绿色化学”理念的高中化学实验探究［J］.高中数理化，2021（20）：56-57.

［4］谭强.微实验在教学中的实践应用：以“二氧化硫的制取与性质检验”为例［J］.中学化学教学参考，2020（12）：72-73.