孫立澤+韋柳婭

摘 要 針對高中化學實驗教學現(xiàn)狀，著眼于學生未來發(fā)展，培養(yǎng)符合時代要求的高素質(zhì)人才，重點介紹及改進國外教材或文獻中與其他學科聯(lián)系、與人類生活密切相關(guān)的特色微型實驗，以期為我國化學課程改革實踐提供參考。

關(guān)鍵詞 高中化學；實驗教學；微型實驗

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）22-0166-03

Necessity and Examples of Developing Characteristic Micro-

scope Experiments in Senior High School Chemistry Experi-ment Teaching//SUN Lize， WEI Liuya

Abstract In view of the present situation of high school chemistry experiment teaching， focusing on the future development of the stu-dents and training high quality talents to meet the requirements of the time， we introduce and improve some characteristic microscope experiments linked to other disciplines and closely related to human life from foreign textbooks or references. It can provide reference for the practice of chemistry curriculum reform in our country.

Key words chemistry in senior high school； experimental teaching； microscope experiment

1 前言

化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學科?；瘜W實驗?zāi)芗ぐl(fā)學生學習的興趣，有助于學生鞏固化學知識，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，尤其對于培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)新精神及全面提高學生的素質(zhì)起著重要的作用。因此，化學實驗是化學素質(zhì)教育和化學創(chuàng)新教育的良好載體，有著培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新精神形成的重要功能，并且影響著學生情感態(tài)度價值觀的養(yǎng)成。

2 開展微型實驗的必要性及意義

高中化學新課程標準[1]強調(diào)化學教學應(yīng)“從學生已有的經(jīng)驗和將要經(jīng)歷的社會生活實際出發(fā)，幫助學生認識化學與人類生活的密切關(guān)系，關(guān)注人類面臨的與化學相關(guān)的社會問題，培養(yǎng)學生的社會責任感、參與意識和決策能力；通過以化學實驗為主的多種探究活動，使學生體驗科學研究的過程，激發(fā)學習化學的興趣，強化科學探究的意識，促進學習方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力”。這是高中化學新課程的基本理念，然而化學教學特別是實驗教學在實踐中存在諸多困境。

對新課程標準的應(yīng)用上，邵政[2]通過對高中學校化學教學的調(diào)研統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，從2004年開始至今，由于學?；瘜W實驗室不足、缺乏實驗員以及教學急促的節(jié)奏，導致化學實驗在教學中一帶而過，難以落實。吳晗清[3]對來自11個省市的341名高中化學教師的調(diào)查表明：由于對實驗價值缺乏足夠的認知，加之高考升學壓力、實驗硬件條件等因素限制，僅有約1/3的教師能夠正常開展實驗教學，且實驗過程中學生積極性并不高。

吳潤[4]比較了美版高中主流教材《化學：概念與應(yīng)用》與我國“人教版”新教材實驗部分發(fā)現(xiàn)，美國教材中微型實驗所占比例最高，而我國教材中觀察實驗占據(jù)大部分比例。這一比例反映了化學實驗教學存在以教師演示、學生觀察的實驗方式為主導，不注重學生參與的問題。除此之外，美國教材注重化學與其他學科的聯(lián)系、化學與實際生活的聯(lián)系，就地取材，注重環(huán)保意識，變廢為寶，節(jié)約化學藥品。

微型化學實驗是20世紀80年代初在美國幾所高等院?；A(chǔ)有機化學實驗室里試驗成功的，并在大學和中小學推廣。微型化學實驗是以盡可能少的試劑，獲取所需化學信息的實驗原理和技術(shù)。開展微型化實驗具有積極意義[5]：

1）有利于激發(fā)學生的學習興趣，有利于培養(yǎng)學生的探究能力、創(chuàng)新能力；

2）省錢、省時、省力；

3）減少污染、保護環(huán)境。

針對目前化學實驗教學表現(xiàn)出來的不足，筆者將從化學與其他學科聯(lián)系、與人類生活聯(lián)系的角度，介紹及改進國外教材或文獻中試驗成功的某些微型化的常規(guī)實驗，或者一些微型化的交叉學科實驗，改變原有的以教師演示為主、學生觀察為輔的傳統(tǒng)實驗教學方式，讓學生擺脫傳統(tǒng)枯燥的化學學習，并在此過程中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和科學探究能力。

3 微型實驗實例

DNA的粗提及鑒定 對于DNA這樣看不見、摸不著的物質(zhì)，可以用化學的方法從細胞中提取出來。DNA的粗提及鑒定在美國高中生自編教材中的設(shè)計如下[6]。

1）細胞膜的溶解：燒杯中放入45 mL自來水，將燒杯置于50～60 ℃水浴中加熱；稱約2 g生的小麥胚芽置于研缽中研磨成粉末狀，加入燒杯中，再加入3 mL家用洗滌劑；水浴加熱10 min，加熱過程中不斷攪拌。

2）DNA與蛋白質(zhì)分離：溶液中加入2 g含有木瓜蛋白酶的嫩肉粉，再加1 mol/L NaHCO3溶液，加入過程中緩慢攪拌，攪拌時避免產(chǎn)生氣泡；繼續(xù)在水浴中加熱10 min，最后將混合物轉(zhuǎn)移至冰水浴中快速冷卻至室溫，此過程需要緩慢搖勻。

3）DNA的析出：用塑料吸液管沿著杯壁緩慢加入20 mL

冰的95%乙醇，溶液出現(xiàn)明顯分層；靜置2～3分鐘，界面處出現(xiàn)白色絲狀沉淀；用玻璃棒沿一個方向攪拌，將DNA纏繞在玻璃棒上，并用濾紙吸去上面的水分。

4）DNA的鑒定：試管中加入5 mL 2 mol.L-1 NaCl，再加入DNA絲狀物，最后加入新鮮配制的二苯胺試劑4 mL，混合均勻后，將試管置于沸水中加熱5分鐘，待試管冷卻后觀察顏色變化。

該實驗內(nèi)容屬于交叉學科，所用藥品主要源自日常生活中常見的物品，不僅成本低，還可讓學生對實驗產(chǎn)生濃厚的興趣。

本文在美國教材原有DNA粗提的基礎(chǔ)上，加入DNA的鑒定實驗，不但使學生在理解實驗原理的同時鞏固理論課所學知識，而且培養(yǎng)學生學會觀察實驗現(xiàn)象，根據(jù)實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及解決問題。該實驗雖然操作過程簡單，耗時短（約為40～60 min），但能讓學生體會到化學與生命科學的聯(lián)系。

氯氣的制備和性質(zhì) 經(jīng)常看到這樣的報道：有人清潔馬桶時，倒入潔廁靈后又加了84消毒液，結(jié)果導致中毒。原因為氯氣的中毒：潔廁靈是酸性洗滌劑，主要成分是鹽酸（HCl）；84消毒液是堿性洗滌劑，主要成分是次氯酸鈉（NaClO），二者反應(yīng)，產(chǎn)生氯氣。因此，有必要在高中化學中開展與人類生活有密切關(guān)系的化學實驗。

制備氯氣和氯氣的性質(zhì)實驗在高中實驗課中具有重要地位。人民教育出版社出版的高中化學教材第一冊第四單元將其作為演示實驗，但由于氯氣是一種對人體有危害的物質(zhì)，即使是教師演示實驗，也會給教師及周圍學生帶來不利影響。微型實驗是可以把對環(huán)境的不利影響降到最低的實驗。有關(guān)該實驗的微型化設(shè)計也在不斷改進中。對比分析其中兩個較好的實驗[7-8]，總結(jié)如下。

1）氯氣的制備：切掉塑料吸液管部分吸泡，如圖1a所

示，備用；試管中倒入家用漂白劑（約含有20%的NaClO），

用3.5 mL塑料吸液管吸出如圖1b所示體積的漂白劑，備用；在12 mm×100 mm試管中加入1 mL 10% NaOH溶液，把試管放到試管架上，試管口塞上帶有兩個口的膠塞，按圖2所示安裝微型啟普發(fā)生器；用2 mL注射器吸入0.5 mL濃鹽酸緩慢注入吸液管中（圖2Ⅱa），鹽酸與ClO–反應(yīng)產(chǎn)生約2 mL Cl2，試管中的NaOH溶液可防止Cl2逸散到空氣中。

2）氯氣的性質(zhì)實驗：取5 mL注射器吸入2 mL含有淀粉指示劑的稀碘化鉀溶液，從圖2Ⅱa位置吸管中吸出Cl2；用注射器塞子塞住注射器（圖3a所示），上下?lián)u動注射器使試劑混合（圖3b所示），Cl2與I–反應(yīng)生成碘單質(zhì)，碘遇淀粉變藍；將注射器活塞朝下，拔掉注射器塞子（圖3c所示），將注射器里的溶液推到塑料杯中。

該實驗裝置簡易、安全、成本低，且實驗器材和實驗藥品均源自日常生活中常見的物品，可達到讓每個學生動手實驗的目的。注重實驗與生活的聯(lián)系，使學生知道更多的生活常識，有助于學生認識化學與人類生活的密切關(guān)系，促進學生對日常生活中化學現(xiàn)象本質(zhì)的思考，培養(yǎng)學生的實踐能力。

阿司匹林的微量合成 阿司匹林，化學名為乙酰水楊酸，具有治療感冒和解熱鎮(zhèn)痛的作用。制備乙酰水楊酸最常用的方法是在催化劑作用下水楊酸與乙酸酐發(fā)生乙?；磻?yīng)：

美國路易斯安那澤維爾大學有機實驗室成功試驗了阿司匹林的微量合成[9]。

1）阿司匹林的合成：燒杯中加入自來水，加熱至80～

90 ℃，備用；稱0.15 g（記錄到小數(shù)點后四位）水楊酸置于干燥的小試管中，加入1滴85% H3PO4，用注射器加入0.3 mL

乙酸酐，膠塞塞住試管；輕輕搖勻，將試管放在80～

90 ℃水浴中加熱，加熱過程中不斷搖勻，直到所有的固體溶解，再繼續(xù)在水浴中加熱5 min；從水浴中取出試管，趁熱將溶液倒入含有1.5 mL冷的蒸餾水的10 mL燒杯中以除去過量的乙酸酐，然后置于冰水浴中冷卻10 min，即有阿司匹林結(jié)晶形成。

2）阿司匹林的收集：將小漏斗放在50 mL燒杯上，將一張濾紙對折兩次后，展成圓錐形，用水潤濕倒貼在漏斗內(nèi)壁；用小藥勺將阿司匹林溶液轉(zhuǎn)移到濾紙中，用少量蒸餾水洗滌燒杯2～3次，盡量把所有的結(jié)晶都轉(zhuǎn)移到濾紙

中；用冷水洗滌產(chǎn)品3次（每次約4～5滴），過濾結(jié)束后，將濾紙取出，放到新的濾紙上，吸掉殘留的液體；將濾紙上的晶體攤開，將濾紙放入烘箱中于50 ℃下干燥10 min左右；待濾紙變干，將其從烘箱中取出，得到白色阿司匹林粗產(chǎn)品。

3）阿司匹林的產(chǎn)率計算：稱濾紙和阿司匹林的總質(zhì)量，減掉濾紙的質(zhì)量即為制備的阿司匹林的質(zhì)量，計算反應(yīng)的產(chǎn)率。

該實驗內(nèi)容既與生活密切相關(guān)，又屬于交叉學科，易贏得學生的認同，激發(fā)學生興趣，開闊學生視野。與美國高中教材MERRILL CHEMISTRY[10]中阿司匹林合成的微型實驗相比，該實驗增加了去除乙酸酐、乙酸的過程，更科學化，也讓學生了解藥物生產(chǎn)過程中要考慮雜質(zhì)的去除，否則將會帶來毒副作用，培養(yǎng)學生的社會責任感。當學生拿到自己合成的阿司匹林時，獲得極大的成就感，有利于培養(yǎng)參與意識及增加對自己動手能力的認同。

4 展望

微型實驗操作簡便又安全，易于實現(xiàn)人手一套，有利于解決目前化學實驗教學存在的不足。把常規(guī)實驗設(shè)計為微型實驗，就是創(chuàng)新的過程。而且實驗內(nèi)容的設(shè)計也有待改進，這就給學生提供了廣闊的創(chuàng)造空間，將是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的良好途徑。更為重要的是，微型實驗可以減少污染、保護環(huán)境，可以培養(yǎng)學生的環(huán)境保護意識，逐步樹立可持續(xù)發(fā)展的思想，是實施環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一部分，必將產(chǎn)生巨大而長久的社會效益。

因此，本文結(jié)合目前化學實驗教學存在問題，提出在高中化學實驗教學中開展與其他學科聯(lián)系、與人類生活密切相關(guān)的特色微型實驗，不但可以解決化學實驗教學存在的問題，而且能更好地實現(xiàn)高中化學新課程標準的教學目標，達到培養(yǎng)學生社會責任感、參與意識，提高學生的動手能力、創(chuàng)新精神，以及全面提高學生的綜合素質(zhì)的目的。

參考文獻

[1]普通高中化學課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2004：1.

[2]邵政.高中化學實驗教學的現(xiàn)狀與對策[J].現(xiàn)代閱讀，

2013（11）：80-81.

[3]吳晗清.高中化學實驗教學實踐癥結(jié)與對策探析[J].中國教育學刊，2013（2）：68-72.

[4]吳潤.中美兩版高中化學教材實驗部分的比較研究[D].成都：四川師范大學，2015.

[5]李耀軍，胡筱巖.在中學開展微型化學實驗的必要性探微[J].教育革新，2013（4）：54-55.

[6]Sidwell Friends School. The Virtual Lab Book （5th Edition）[EB/OL].http：//classic.sidwell.edu/us/science/vlb5/Labs/DNA_Extraction_Lab/dna_extraction_lab.html.

[7]Najdoski M. Gas Chemistry： A Microscale Kipp Apparatus[J].

Chemical Educator，2011（16）：295-298.

[8]Bruce Mattson. Microscale Gas Chemistry， Educational Innovations[EB/OL].http：//www.teachersource.com/.

[9]Synthesis of Aspirin Notes[EB/OL].http：//www.xula.edu/chemistry/documents/orgleclab/24Aspirin.pdf.

[10]Smoot R C， Smith R G， Price J. MERRILL CHEMISTRY[M].

Glencoe/McGraw-Hill，1998.