劉晶晶鐵嶺師范高等專科學(xué)校，遼寧 鐵嶺 112000

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微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的研究及應(yīng)用

劉晶晶
鐵嶺師范高等專科學(xué)校，遼寧 鐵嶺 112000

摘要

關(guān)鍵詞

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是當(dāng)前國(guó)際實(shí)驗(yàn)改革的一個(gè)前沿方向和熱點(diǎn)，是在綠色化學(xué)思想的指導(dǎo)下，逐漸發(fā)展起來的能夠減少化學(xué)污染的一種新的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)。在化學(xué)教學(xué)中，開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，這既可以降低實(shí)驗(yàn)成本、減少污染物的排放，又能為學(xué)生提供大量動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，利于激發(fā)學(xué)生的興趣，而且由于微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)試劑用量少、儀器簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可以讓更多學(xué)生參與其中，成為實(shí)驗(yàn)的主體，有效地激發(fā)學(xué)生的求知欲和動(dòng)手能力。

一、微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展概況

美籍華裔化學(xué)家馬祖圣教授提出，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是以盡可能少的試劑，獲取所需化學(xué)信息的實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)。目前，關(guān)于微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的名稱、定義和試劑的用量界限，國(guó)際上還沒有一致的說法。其常見的英文名稱有三個(gè)，分別是microscope chemical experiment（微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)），microscope laboratory（微型實(shí)驗(yàn)）和microscope chemistry（微型化學(xué)）。［1］上世紀(jì)80年代初，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)首先出現(xiàn)在美國(guó)的大學(xué)。美國(guó)May和Pike等人在做基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，為減少試劑用量和環(huán)境污染，將主要試劑的用量限制在mmol量級(jí)上進(jìn)行微型制備，并取得了實(shí)驗(yàn)的成功。從而對(duì)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究與應(yīng)用變得流行起來。進(jìn)入90年代以來，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究也日趨廣泛，許多國(guó)家也開始就微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)開展了研究和應(yīng)用工作，并取得了大量的研究成果。國(guó)際化學(xué)教育大會(huì)和IUPAC大會(huì)均把微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)列為議題。我國(guó)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究起步于90年代初，在我國(guó)化學(xué)界將微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)稱為ML，定義為“在微型化的儀器裝置中進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，其試劑用量為常規(guī)用量的1/1 000～1/ 10，用量比對(duì)應(yīng)的常規(guī)實(shí)驗(yàn)節(jié)省90%左右”。這一定義是在我國(guó)早期開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的周寧懷教授提出的。［2］1989年，我國(guó)高?；瘜W(xué)教育研究中心把微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)列入研究計(jì)劃，經(jīng)過努力，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)取得了一定成果?，F(xiàn)在我國(guó)已有千余所大學(xué)、中學(xué)采用了微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

二、微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能

（一）實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)單，降低實(shí)驗(yàn)成本

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)要用到微型實(shí)驗(yàn)儀器。主要有：教學(xué)儀器設(shè)備公司研制出的成套的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，或者是微型燒杯、微型試管、井穴板、微型兩用吸濾瓶、點(diǎn)滴板、微量滴定管、雙口燒瓶、微型蒸餾頭、微型分餾頭、真空冷指及微型酒精燈，等等。同時(shí)還可以利用注射器，青霉素瓶，一次性輸液器等自制一些微型實(shí)驗(yàn)儀器。這些儀器的主要優(yōu)點(diǎn)是儀器簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜；用料少，縮短了反應(yīng)時(shí)間并減少了對(duì)環(huán)境的污染；同時(shí)，有些微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器可由學(xué)生們親自動(dòng)手制得。在這個(gè)過程中，既能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力，也能增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。［3］

（二）節(jié)省試劑，降低成本

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器微小，因此，所用的試劑量少，一般來說常規(guī)實(shí)驗(yàn)試劑的幾十到幾千分之一就能滿足實(shí)驗(yàn)的需要，［4］目前，在國(guó)際上對(duì)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)試劑的用量沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但在不影晌實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的前提下，用少量試劑完成化學(xué)實(shí)驗(yàn)，是微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)突出的、公認(rèn)的主要特征。在常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有時(shí)需要消耗大量的試劑，因而對(duì)環(huán)境造成了影響。而在微型實(shí)驗(yàn)過程中，試劑用量少，使得實(shí)驗(yàn)成本大大降低，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)的開支，為一些不發(fā)達(dá)地區(qū)開展實(shí)驗(yàn)提供了可能性，使更多學(xué)生可以接觸到化學(xué)實(shí)驗(yàn)，并能親自動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)。

（三）降低排放，保障安全

在常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有些試劑用量大，因此，對(duì)環(huán)境有一定的污染。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)中產(chǎn)生的廢氣、廢液、廢渣的物質(zhì)的量非常少，也更容易加以處理，這就減少了因?yàn)榛瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室以及周邊環(huán)境所產(chǎn)生的污染。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在近幾十年中的蓬勃發(fā)展也提高了人們的環(huán)保意識(shí)。常規(guī)實(shí)驗(yàn)中有些試劑大量采用會(huì)嚴(yán)重的污染環(huán)境，還有一些危險(xiǎn)性較高的實(shí)驗(yàn)，為了確保安全，在教學(xué)中很難得以實(shí)施。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)，使這些實(shí)驗(yàn)成為可能。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的兩大優(yōu)點(diǎn)，儀器微型化和試劑用量微量化，使實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的污染物大大的減少，由于污染物量少，處理也變得相對(duì)簡(jiǎn)單，這對(duì)師生身體的健康和對(duì)實(shí)驗(yàn)室周圍環(huán)境都起到了保護(hù)作用。同時(shí)，由于微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)所用的藥品量少，實(shí)驗(yàn)室要儲(chǔ)存的易燃、易爆、劇毒品的總量減少，對(duì)實(shí)驗(yàn)藥品庫(kù)的儲(chǔ)存安全提供了保障。因此，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚪鉀Q環(huán)境污染和實(shí)驗(yàn)設(shè)施損耗等問題，它所帶來的好處是顯著而長(zhǎng)遠(yuǎn)的。此外，利用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)操作過程中的危險(xiǎn)性也得到了降低，增加了實(shí)驗(yàn)的安全系數(shù)。例如，試管炸裂、液體飛濺等。實(shí)驗(yàn)的安全性得到提高，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境得到改善，學(xué)生也會(huì)更加放心、大膽地做實(shí)驗(yàn)，更有利于培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

（四）節(jié)省實(shí)踐，開展簡(jiǎn)便

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)采用的裝置和操作簡(jiǎn)單，節(jié)省了時(shí)間，使實(shí)驗(yàn)易于開展。［5］微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器比常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器體積小得多，有些儀器可以用日常生活中的物品作為替代品，既節(jié)省了開支又解決了因?yàn)闆]有實(shí)驗(yàn)儀器無法開展實(shí)驗(yàn)的問題。在操作過程中，有些常規(guī)實(shí)驗(yàn)所用的儀器裝置復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)前要做大量的準(zhǔn)備工作，從儀器的裝配和試劑的配制到實(shí)驗(yàn)后儀器的拆卸和試劑瓶的洗滌用去大量的時(shí)間，課堂上學(xué)生往往完不成實(shí)驗(yàn)，這就要占據(jù)學(xué)生們的休息時(shí)間甚至耽誤學(xué)生們下節(jié)課的正常進(jìn)行。而微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)單易得、裝置簡(jiǎn)單易行，由于實(shí)驗(yàn)試劑用量少，配制起來相對(duì)容易，同時(shí)也縮短了時(shí)間（一般可節(jié)省1/3時(shí)間），解決了在實(shí)驗(yàn)中因?yàn)闀r(shí)間不足而限制實(shí)驗(yàn)開展的問題，既節(jié)省了時(shí)間，又完成了教學(xué)要求。

（五）激發(fā)學(xué)生興趣，提高動(dòng)手能力

在微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，很多實(shí)驗(yàn)儀器可用一些生活中的用品制得，同學(xué)們對(duì)此感到很新鮮，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的好奇心，積極主動(dòng)地參與制作的過程。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)前，教師可以查閱搜集相關(guān)資料做好充分的準(zhǔn)備，取材于生活中的物品，變廢為寶。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，以學(xué)生為主體，教師從旁引導(dǎo)協(xié)助，讓每一名學(xué)生都能充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，做一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)儀器，增強(qiáng)動(dòng)手能力。在這個(gè)過程中，學(xué)生通過親自制備儀器和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，不僅激發(fā)了學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，同時(shí)也發(fā)展了學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力。

三、微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是綠色教育與創(chuàng)新教育的結(jié)合

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)之所以有強(qiáng)大的生命力，成為國(guó)際化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。分析其原因，除了微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)有儀器簡(jiǎn)單、試劑用量少等優(yōu)勢(shì)外，還有一個(gè)重要的原因，即微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境污染小，它是在綠色化學(xué)思想指導(dǎo)下有創(chuàng)新的一項(xiàng)技術(shù)和方法。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)正是在綠色教育思想的指導(dǎo)下，能夠減少化學(xué)污染并能有效地避免或減少“三廢”的產(chǎn)生，增強(qiáng)人們的環(huán)保意識(shí)，使人們能夠自覺地對(duì)廢氣、廢液、廢渣進(jìn)行妥善處理，使綠色化學(xué)理念得到滲透和實(shí)施。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)還可以讓每個(gè)學(xué)生親自動(dòng)手參與到化學(xué)實(shí)驗(yàn)中來，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，制作出一些簡(jiǎn)易的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，發(fā)揮創(chuàng)造性思維；同時(shí)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)還有助于學(xué)生動(dòng)手能力和探究能力的培養(yǎng)，從而改變常規(guī)教學(xué)中教師演示實(shí)驗(yàn)為主體，學(xué)生只是被動(dòng)接受的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，讓學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)參與到實(shí)驗(yàn)當(dāng)中去，這是全面實(shí)施素質(zhì)教育的有效途徑。

四、設(shè)想與展望

（一）編寫效果好的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)講義

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是在保障實(shí)驗(yàn)效果的前提下，試劑的減量和儀器的微縮。在實(shí)驗(yàn)微型化、實(shí)驗(yàn)試劑低濃度化、微型實(shí)驗(yàn)系列化的同時(shí)，還要保證實(shí)驗(yàn)效果可以達(dá)到準(zhǔn)確、明顯、安全、節(jié)時(shí)、節(jié)能、環(huán)保和方便等目的。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中，還要激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣、培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維和觀察能力，增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)于有毒有害的物質(zhì)進(jìn)行處理?；谶@樣的目的，教師應(yīng)編寫出目標(biāo)明確、滿足教學(xué)要求和減少環(huán)境污染的具體操作的講義或教材。

（二）微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)化

目前，市面上有很多成套的微型化學(xué)儀器。學(xué)?？梢愿鶕?jù)教學(xué)大綱的要求選用一些儀器，也可以用一些簡(jiǎn)單的原料進(jìn)行制作、改造、開發(fā)等，從而鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。應(yīng)用這些微型化學(xué)儀器使其操作與常規(guī)實(shí)驗(yàn)基本一致，以保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。逐步積累，最后形成適合自己學(xué)校教學(xué)目的的系統(tǒng)的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。

（三）擴(kuò)大微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的適用范圍

首先，以無機(jī)普化實(shí)驗(yàn)為切入點(diǎn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)微型化、環(huán)保方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。在取得一定的進(jìn)展之后，再將微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的理念向物化、有機(jī)、分析化學(xué)等實(shí)驗(yàn)滲透，使微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驊?yīng)用到更多的化學(xué)領(lǐng)域。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的普及，既可以節(jié)約教學(xué)經(jīng)費(fèi)，還可以減少環(huán)境污染，為實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)打下良好的基礎(chǔ)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開展是艱巨的任務(wù)，應(yīng)受到普遍重視。在努力形成微型實(shí)驗(yàn)的完整體系的同時(shí)，還要不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，積極與其他教師與學(xué)者交流，從而推廣微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的廣泛應(yīng)用。

［參 考 文 獻(xiàn)］

［1］蔡亞萍.中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與教學(xué)論［M］.杭州:浙江教育出版社，2005.

［2］周寧懷.微型無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］.北京:科學(xué)出版社，2000.

［3］王霞晨.自制微型儀器，開展微型實(shí)驗(yàn)教學(xué)［J］.化學(xué)教育，1996（1）.

［4］陳志高.新課程背景下的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化［J］.武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2011.

［5］苗深花，孟慶喜.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究［J］.德州學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005（6）.

（責(zé)任編輯：彭琳琳）

Researchandapplicationofmicroscopechemicalexperimentinchemicalteaching

LIU Jingjing
College of Science，Tieling Normal College，Tieling 112008，China

Abstract：Microscope chemical experiment is an emerging new technology and new method of chemical experiments under green chemistry concept that is praised highly by home and abroad.It is an important way and means to implement the strategy of sustainable development in the field of chemistry. It introduces the development of microscope chemical experiment at home and abroad and applies microscope chemical experiment to chemical teaching in this article that being contribute to reform China's chemical experiments and improving students' innovation capacity and increasing students'environmental awareness.

Key Words：microscope chemical experiment；teaching function；green chemistry；innovation

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是在綠色化學(xué)理念下新興的一種化學(xué)實(shí)驗(yàn)的新技術(shù)和新方法，受到國(guó)內(nèi)外的大力推崇。是在化學(xué)領(lǐng)域?qū)嵤┛沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要方法和手段。通過介紹國(guó)內(nèi)外微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展情況，并將微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于教學(xué)中，從而有助于我國(guó)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，對(duì)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)都有重要的作用。

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)功能；綠色化學(xué)；創(chuàng)新能力

作者簡(jiǎn)介：劉晶晶（1984-），女，遼寧鐵嶺人，鐵嶺師范高等專科學(xué)校講師，碩士，研究方向：化學(xué)教學(xué)。

收稿日期2016-03-09

中圖分類號(hào)O6-3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A