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所谓微型化学实验,就是以尽可能少的化学试剂来获取所需化学信息的实验方法与技术。虽然它的化学试剂用量一般只为常规实验用量的几十分之一乃至几千分之一,但其效果却可以达到准确、明显、安全、方便和防止环境污染等目的。从微型化学实验的特点来看,是以尽可能少的试剂来获得尽可能多的化学信息,以达到经济、有效、安全的目的。微型化学实验的推广应用已受到国内外化学界的广泛关注。我国的一些中学和高校也积极开展了微型化学实验的应用与研究,并取得了一定的成果。实践证明微型化学实验对发展学生独立思维,培养学生的动手能力和实验的创新能力,促进化学教学质量和学生素质的全面提高起着积极的作用。
一、利用微型化学实验,可以培养学生学习化学的兴趣
开展微型化学实验,为学生开展课余实验或开展研究型学习提供了一个载体。开展家庭小实验有助于把课程内容与学生生活以及现代社会科技发展联系起来,扩充学校教育资源,使学生形成积极主动的学习态度,变 “要我学”为“我要学”。例如,在学习蛋白质一节前,先安排几个家庭小实验,把鸡蛋清与水分离,对真丝与人造丝进行鉴别,这些实验简单易行,成功率高,学生都能独立完成,为后面课堂上的交流、讨论作铺垫。结合生活中的实际,探究我们自己家中的实验是不是加碘食盐,铁制品在什么情况下更容易生锈,在探究中使学生产生了浓厚兴趣,通过亲手做实验,可以帮助学生理解和形成化学概念,可以培养学生观察烈的能力和实验能力,极大地培养了学生学习化学的兴趣,随之产生强求知欲,并使之持之以恒。
二、利用为化学实验,可以培养学生的创新思维
从常量化学实验到微型化学实验,并不是简单地用小试管代替大试管,而是对实验装置的重新设计,对实验原理的重新选择,对实验操作过程的改进创新。在废旧注射器的针筒中先放入少量二氧化锰,再吸取少量双氧水,制得的氧气就收集在针筒中,不仅氧气利用率高、纯度高,而且取用方便,可通过推动活塞杆形成氧气流随意进行相关实验。这种方法也可以用于制取氢气、氯气、二氧化碳等气体。另外,微型化学实验准备、操作、反应所需时间都明显少于常量化学实验,能更好地把学生注意力吸引到实验观察上来。例如,镁条与水的反应,常规化学实验耗时长,现象不明显,改用湿润的PH试纸压在除去氧化膜的镁条上,镁条就立即在湿润的PH试纸上留下蓝色印记。在铜和稀硫酸的反应中,利用注射器代替试管进行实验,取一支10mL的注射器,抽出活塞,在针筒内装入0.04g铜屑,推上活塞并吸入0.1mL的稀硝酸,观察现象,等反应完毕后将注射器中液体小心排入废液瓶中,向无色气体针筒内吸入空气,可看到无色气体变成红棕色。改进后的装置是一个封闭的微型化体系,易于操作和对比观察,效果明显。在由常量化学实验到微型化学实验的演变中,使学生体会到如何利用化学基本原理来重新设计和组合各种仪器的装置,这个灵活应用知识的过程,有效地提高了学生的创新意识和创造能力。
现行的化学实验多为验证性实验,学生不做实验就已经知道实验结果,难以达到预期的实验教学目标。利用微型化学实验将一些验证性实验改为探究实验,通过实验探究,培养学生的创新精神,体现创新的水平。探究性实验根据掌握的知识对物质的性质进行探讨研究,设计实验。学生可能设计出不同的微型实验的设计方案,实验的设计过程充分显示了学生的创造才能,启发了创新思维,同时,教师还可以让学生对各个实验方案加以讲座使同学们相互了解不同的创新的思维,学生在相互讨论中能够激发创新意识,发挥自己的创新思维,拓宽创新的空间,提高创新的能力。
三、利用微型化学实验,可以改变学习方式,提高学生的探究学习能力
农村和偏远山区教学条件差,实验器材缺乏,实验教学经常是“讲实验”、“背实验”、“一人做大家看”。开展微型化学实验,从生活中寻找仪器的代用品,使无条件学校的学生也能够做实验,开展探究性教学,提高学生的探究学习能力。
例如,常见的青霉素瓶在换血实验中可作为反映容器,用于保存试剂;常见的注射器可用来取用试剂(液体或气体都可以),也可充当反应容器,由于注射器上标有精确刻度。常见的肥皂盒可做微型水槽,常见的眼药水瓶可以作简易胶头滴管等等,微型实验比常规实验也会变得更加安全可靠。例如,对于电解水的实验,当改用微型试验后,由于电解出来的氢气和氧气的量不多,多以,点燃后的爆鸣声小而清脆,安全可靠,这对于学生来说,有利于克服实验恐惧症,有利于培养学生的探究学习能力。
微型实验代替常规实验,不是常规实验的机械减量或缩微,因而不能完全照搬。一方面要加强对微型实验的设计开发,另一方面对己开发出来的实验设计进行修改和完善,对于那些不能代替的常规实验,可试探性设计可行方案,通过实践检验,使微型实验更好地用于教学。那么,怎样进行微型化学实验教学模式的设计与应用呢?
首先,“自主、合作、探究”的微型实验教学模式。该模式围绕“自主、合作、探究”这个主题而展开。其教学原理是启发动机,以实验为载体,分组讨论,实验探究,分析报告,交流感受,实践表明可以激活学生的创新思维,提高操作技能,培养探究精神。
其次,课内设计实验与课外家庭实验相结合的模式。课内学习与课外实践相结合,是学习型社会的一个组成部分。学生在教师指导下,利用假期及课外时间在家就可以利用微型仪器开展课外活动,根据化学原理,设计实验方案并进行比较,选择最佳方案进行实验,取得了良好的效果。
此外,微型实验与常规实验对比的实验教学模式。在实验教学中,学生分组实验尽量使用微型仪器,效果良好,还大大节约药品和时间,污染也大大减轻,仪器损坏率大大下降,极少发生水槽堵塞和损坏现象。但有些实验不宜使用微型仪器。如要求大量发光放热的剧烈化学演示实验,例如铝热反应等,一般说演示实验最好使用常规实验。
一、利用微型化学实验,可以培养学生学习化学的兴趣
开展微型化学实验,为学生开展课余实验或开展研究型学习提供了一个载体。开展家庭小实验有助于把课程内容与学生生活以及现代社会科技发展联系起来,扩充学校教育资源,使学生形成积极主动的学习态度,变 “要我学”为“我要学”。例如,在学习蛋白质一节前,先安排几个家庭小实验,把鸡蛋清与水分离,对真丝与人造丝进行鉴别,这些实验简单易行,成功率高,学生都能独立完成,为后面课堂上的交流、讨论作铺垫。结合生活中的实际,探究我们自己家中的实验是不是加碘食盐,铁制品在什么情况下更容易生锈,在探究中使学生产生了浓厚兴趣,通过亲手做实验,可以帮助学生理解和形成化学概念,可以培养学生观察烈的能力和实验能力,极大地培养了学生学习化学的兴趣,随之产生强求知欲,并使之持之以恒。
二、利用为化学实验,可以培养学生的创新思维
从常量化学实验到微型化学实验,并不是简单地用小试管代替大试管,而是对实验装置的重新设计,对实验原理的重新选择,对实验操作过程的改进创新。在废旧注射器的针筒中先放入少量二氧化锰,再吸取少量双氧水,制得的氧气就收集在针筒中,不仅氧气利用率高、纯度高,而且取用方便,可通过推动活塞杆形成氧气流随意进行相关实验。这种方法也可以用于制取氢气、氯气、二氧化碳等气体。另外,微型化学实验准备、操作、反应所需时间都明显少于常量化学实验,能更好地把学生注意力吸引到实验观察上来。例如,镁条与水的反应,常规化学实验耗时长,现象不明显,改用湿润的PH试纸压在除去氧化膜的镁条上,镁条就立即在湿润的PH试纸上留下蓝色印记。在铜和稀硫酸的反应中,利用注射器代替试管进行实验,取一支10mL的注射器,抽出活塞,在针筒内装入0.04g铜屑,推上活塞并吸入0.1mL的稀硝酸,观察现象,等反应完毕后将注射器中液体小心排入废液瓶中,向无色气体针筒内吸入空气,可看到无色气体变成红棕色。改进后的装置是一个封闭的微型化体系,易于操作和对比观察,效果明显。在由常量化学实验到微型化学实验的演变中,使学生体会到如何利用化学基本原理来重新设计和组合各种仪器的装置,这个灵活应用知识的过程,有效地提高了学生的创新意识和创造能力。
现行的化学实验多为验证性实验,学生不做实验就已经知道实验结果,难以达到预期的实验教学目标。利用微型化学实验将一些验证性实验改为探究实验,通过实验探究,培养学生的创新精神,体现创新的水平。探究性实验根据掌握的知识对物质的性质进行探讨研究,设计实验。学生可能设计出不同的微型实验的设计方案,实验的设计过程充分显示了学生的创造才能,启发了创新思维,同时,教师还可以让学生对各个实验方案加以讲座使同学们相互了解不同的创新的思维,学生在相互讨论中能够激发创新意识,发挥自己的创新思维,拓宽创新的空间,提高创新的能力。
三、利用微型化学实验,可以改变学习方式,提高学生的探究学习能力
农村和偏远山区教学条件差,实验器材缺乏,实验教学经常是“讲实验”、“背实验”、“一人做大家看”。开展微型化学实验,从生活中寻找仪器的代用品,使无条件学校的学生也能够做实验,开展探究性教学,提高学生的探究学习能力。
例如,常见的青霉素瓶在换血实验中可作为反映容器,用于保存试剂;常见的注射器可用来取用试剂(液体或气体都可以),也可充当反应容器,由于注射器上标有精确刻度。常见的肥皂盒可做微型水槽,常见的眼药水瓶可以作简易胶头滴管等等,微型实验比常规实验也会变得更加安全可靠。例如,对于电解水的实验,当改用微型试验后,由于电解出来的氢气和氧气的量不多,多以,点燃后的爆鸣声小而清脆,安全可靠,这对于学生来说,有利于克服实验恐惧症,有利于培养学生的探究学习能力。
微型实验代替常规实验,不是常规实验的机械减量或缩微,因而不能完全照搬。一方面要加强对微型实验的设计开发,另一方面对己开发出来的实验设计进行修改和完善,对于那些不能代替的常规实验,可试探性设计可行方案,通过实践检验,使微型实验更好地用于教学。那么,怎样进行微型化学实验教学模式的设计与应用呢?
首先,“自主、合作、探究”的微型实验教学模式。该模式围绕“自主、合作、探究”这个主题而展开。其教学原理是启发动机,以实验为载体,分组讨论,实验探究,分析报告,交流感受,实践表明可以激活学生的创新思维,提高操作技能,培养探究精神。
其次,课内设计实验与课外家庭实验相结合的模式。课内学习与课外实践相结合,是学习型社会的一个组成部分。学生在教师指导下,利用假期及课外时间在家就可以利用微型仪器开展课外活动,根据化学原理,设计实验方案并进行比较,选择最佳方案进行实验,取得了良好的效果。
此外,微型实验与常规实验对比的实验教学模式。在实验教学中,学生分组实验尽量使用微型仪器,效果良好,还大大节约药品和时间,污染也大大减轻,仪器损坏率大大下降,极少发生水槽堵塞和损坏现象。但有些实验不宜使用微型仪器。如要求大量发光放热的剧烈化学演示实验,例如铝热反应等,一般说演示实验最好使用常规实验。