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高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化研究教育論文
摘要:該文通過對中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化研究的闡述與實(shí)踐,通過微型實(shí)驗(yàn)和常量實(shí)驗(yàn)的對比,明確化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化的優(yōu)越性:藥品用量少(一般為常規(guī)量的1/10~1/1000)、儀器容量小、污染減少、操作簡單、方便省時(shí)、節(jié)約能源(70%左右)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明顯、實(shí)驗(yàn)過程快速安全,并且也指出其儀囂不配套、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不足及產(chǎn)率低等局限性。
關(guān)鍵詞:高中化學(xué)實(shí)驗(yàn);微型化;實(shí)踐;優(yōu)越性;局限性
以教師演示實(shí)驗(yàn)為主的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),已經(jīng)不能適應(yīng)新課程的要求;瘜W(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,更應(yīng)注重對學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦能力的培養(yǎng)。如果把化學(xué)教材中的實(shí)驗(yàn)改為以學(xué)生自擬實(shí)驗(yàn)方案的啟發(fā)性、探索性為主的微型實(shí)驗(yàn)(Microscale Laborato—ry,簡稱M.L.)。在教學(xué)中打破“照方抓藥”的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)J剑湍苡嗅槍π缘慕鉀Q這一問題,培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識、資源意識、安全意識、創(chuàng)新意識。因此,要深入的進(jìn)行中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化的研究,開發(fā)新型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。
起源于20世紀(jì)80年代的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是國際公認(rèn)的一種在微型化的條件下進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)的新技術(shù)和新方法。簡單地說,就是以盡可能少的藥品用量來獲取最有效的實(shí)驗(yàn)信息,其特點(diǎn)是:藥品用量少(一般為常規(guī)量的1/10~1/1000)、儀器容量小、污染減少、操作簡單、方便省時(shí)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明顯、實(shí)驗(yàn)過程快速安全等優(yōu)點(diǎn),并以其良好的教學(xué)功能和教學(xué)效果,在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革等領(lǐng)域扮演著重要的角色,引起世界各國化學(xué)界的高度重視。
一、微型化試驗(yàn)的概括況
(一)什么是微型試驗(yàn)
中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)就是把微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的理念應(yīng)用于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,其基本特征是:(1)儀器微型化。藥品用量少;(2)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)不是常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的簡單縮微或機(jī)械減量,而是在微型化的條件下對實(shí)驗(yàn)重新設(shè)計(jì)與探索,達(dá)到以盡可能少的藥品來獲取盡可能多的、最為有效化學(xué)信息的目標(biāo),是在微型化的條件下對常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性變革。
(二)常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的比較
常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課要求規(guī)范統(tǒng)一,往往是一堂實(shí)驗(yàn)課,學(xué)生用一種方法做同一實(shí)驗(yàn),這種千人一面的實(shí)驗(yàn)課抑制了學(xué)生的個(gè)性化和創(chuàng)造思維的發(fā)展,而微型實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法靈活多樣,可一種儀器多種功能。也可以一功能多儀器,學(xué)生有較大的自主發(fā)揮空間,學(xué)生人手一套微型實(shí)驗(yàn)儀器,更能促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí),學(xué)會(huì)自主地發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn),學(xué)會(huì)用學(xué)過的知識來解決問題或發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識上有特殊的功效。
二、化學(xué)試驗(yàn)微型化的實(shí)踐與探索
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,利用小試管、點(diǎn)滴板、多用滴管、井穴板等微型化的儀器,如高一的《氯、溴、碘的性質(zhì)氯離子的檢驗(yàn)》、《同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變》、《濃硫酸的性質(zhì) 硫酸根離子的檢驗(yàn)》,高二的《鎂、鋁及其化合物的性質(zhì)》、《乙烯的制取和性質(zhì)》、《鐵及其化合物》、《化學(xué)反應(yīng)速率 化學(xué)平衡》等實(shí)驗(yàn)中均以12×70mm的小試管來代替常規(guī)試管,儀器成本低,而且一些儀器在日常生活中很易找到代用品,如青霉素藥瓶可以做試劑瓶、集氣瓶,一次性輸液器可做導(dǎo)氣管等,所以比常量儀器可節(jié)省成本費(fèi)60%。左右。
微型儀器其反應(yīng)物用量以取得明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為宗旨,可將試劑用量降低到最低限度,在達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果的前提下,可比常量實(shí)驗(yàn)少加80%左右,節(jié)約藥品費(fèi)85%,左右。如在《乙烯的制取和性質(zhì)》的實(shí)驗(yàn)中,改換反應(yīng)容器后使得乙醇與濃硫酸的混合液由課本上的18ml降為2~3ml;銅與濃硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn),可以用銅絲代替銅片,耗酸量少,試劑用量大大節(jié)省;再如《同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變》這一實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行如下微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):(1)在1張濾紙的中心處,滴上1滴飽和NaBr溶液,待其潤濕之后,再滴上1滴氯水,濾紙呈現(xiàn)黃色的斑點(diǎn): (2)在呈黃色的斑點(diǎn)處,再滴上1滴飽和NaI溶液,濾紙上的斑點(diǎn)顏色又變成淺褐色;(3)淺褐色的斑點(diǎn)處,再滴上1滴淀粉溶液,濾紙上的斑點(diǎn)再變?yōu)樗{(lán)色。以上實(shí)驗(yàn)藥品的減量都增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)效果。因此,在保證獲取最有效實(shí)驗(yàn)信息的前提下,應(yīng)盡可能地降低實(shí)驗(yàn)藥品用量,減少藥品損耗,預(yù)防環(huán)境污染。
由于微型儀器體積小,試劑加量少,所以微型實(shí)驗(yàn)加熱、攪拌等所用的時(shí)間短,回流冷凝等過程縮短,大大降低了水電能源的消耗,比常量實(shí)驗(yàn)節(jié)約能源70%左右。
微型實(shí)驗(yàn)還能縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間,如《乙烯的制各和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)》,按常量實(shí)驗(yàn),完成性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的全過程一般需十多分鐘,F(xiàn)在只需三分鐘左右即可。
微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的微型化及試劑用量的微量化,將使實(shí)驗(yàn)所排放的廢氣、廢水、廢渣等污染物數(shù)量大大減少,從而減小對環(huán)境的污染,同時(shí)也降低了實(shí)驗(yàn)操作過程中的危險(xiǎn)性,例如爆炸、起火、液體飛濺等實(shí)驗(yàn)事故發(fā)生的可能性大大降低,提高了安全系數(shù),對保護(hù)實(shí)驗(yàn)室周圍環(huán)境、為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供安全和舒適的環(huán)境起到重要作用。 三、中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化的評價(jià)
微型實(shí)驗(yàn)儀器具有小巧便攜、不易破碎、液體試劑在多用滴管中不易流出等優(yōu)點(diǎn),微型實(shí)驗(yàn)與常量實(shí)驗(yàn)相比具有獨(dú)到的特點(diǎn),對學(xué)生的綜合素質(zhì)具有更高的要求,應(yīng)用在教學(xué)上,效果十分突出,在知識技能、過程方法、情感態(tài)度和價(jià)值觀念等方面都對學(xué)生有很好的教育意義,能更好地培養(yǎng)學(xué)生的良好品質(zhì),提高學(xué)生各方面的能力。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在:
(一)有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。由于微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器微型化,操作簡捷,經(jīng)濟(jì)省時(shí),安全便攜,使得人人都能動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、全面提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力。
(二)有利于提高實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。微型儀器精巧細(xì)小,加入量少,所以實(shí)驗(yàn)過程學(xué)生必須小心裝拆,規(guī)范操作,注意力高度集中,密切注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。隨時(shí)記錄反應(yīng)過程中出現(xiàn)的變化,方能獲得預(yù)期的結(jié)果;有利于培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范化的操作技能,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的工作態(tài)度。
(三)有利于傳播綠色化學(xué)觀念,增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識。常量化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅嚴(yán)重污染環(huán)境,而且實(shí)驗(yàn)中廢氣、廢液的排放也不可避免地人為造成污染。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)由于盡可能少的用試劑,盡可能的減少了實(shí)驗(yàn)的“三廢”,把預(yù)防化學(xué)污染的思想貫穿于化學(xué)教育的全過程中,有利于從小對學(xué)生進(jìn)行環(huán)境保護(hù)意識教育。
微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)也存在一定的局限性:
(一)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器需要進(jìn)一步完善成套,以便實(shí)施與不同層次微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的銜接。
(二)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足。例如,微型塑料型儀器不能加熱。塑料本身能與一些化學(xué)試劑起反應(yīng)而使其應(yīng)用受到了影響。
(三)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)制備物質(zhì)的產(chǎn)率偏低。這是因?yàn)閮x器粘附等損耗相對于原料用量的比例較大。因此必須要注意實(shí)驗(yàn)技巧。否則實(shí)驗(yàn)不易成功;微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)與一般實(shí)驗(yàn)儀器差別很大,在進(jìn)行微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要注意實(shí)驗(yàn)條件的選擇。
總之,中學(xué)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)不是常規(guī)實(shí)驗(yàn)的簡單微縮,也不是對常規(guī)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充,更不是與常規(guī)實(shí)驗(yàn)的對立,而是在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中貫穿了綠色化學(xué)的思想,有效實(shí)現(xiàn)“盡可能小劑量實(shí)驗(yàn)、省資源、少污染、減成本”,還能增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識,是對中學(xué)化學(xué)常量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的改革和發(fā)展。
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