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高中化学微型实验实践研究

摘要：微型实验对学生化学学科核心素养的培养具有重要作用。充分利用好微型实验，提高学生的动手能力，激发学生的探究意识，培养学生的创新精神，同时发展学生自主思考、合作探究的学科品质和解决问题的能力。
关键词：微型实验 实验设计 核心素养

在新课程、新教材、新高考的课程改革背景下，化学实验在教学中的重要性日益凸显。但无奈实验条件有限，课时紧张，学生实验素质严重匮乏。现行教材上的一些演示实验操作复杂，易造成环境污染，不利于在教室内进行。这些因素导致了中学化学实验开展率不高。学生分组实验成演示实验，教师的演示实验有些也不做，用实验视频代替，甚至直接讲实验现象，让学生死记硬背。对于一些能够拓展学生视野和开发思维的探究实验，更是几乎没有开展，严重影响了学生能力的发展。研究表明微型实验对学生化学学科核心素养的培养具有重要作用。在教师的指导下，学生亲自设计微型实验案例，对教材实验进行改进和优化，捕捉实验过程中的“意外”现象，可以激发他们学习化学的主动性，提升他们利用化学知识解决实际问题的能力，让学生产生科研体验,并获得学习带来的成就感。
一、将课本中污染性强的实验设计成微型实验
人教版教材中的很多实验为了让学生看到现象，忽略了环保问题，致使很多实验无法在教室内演示。如：浓盐酸和浓氨水的反应是必修一课本氨气这一节中验证浓氨水具有挥发性且能与氯化氢反应的重要实验。课本实验是将两根分别蘸有浓氨水和浓盐酸的玻璃棒靠近，观察现象。此实验涉及的仪器及用品简单，常见现象明显，可操作性强，是我们一线教师在授课过程中的必演示实验。但是，此实验也存在不足之处，如浓盐酸和浓氨水都是易挥发物质，实验后教室内烟雾弥漫，且挥发出来的氨和氯化氢有一定的毒性，污染性很强。在教室这样一个相对封闭的环境中，易对同学们的学习和生活环境造成污染，不符合环保要求。为了避免污染，我引导学生查阅资料，分组设计实验，一个小组的方案很受大家的欢迎。实验过程如下：
(1)实验目的：探究氨气与氯化氢反应的产生
(2)实验用品：矿泉水瓶2个，玻璃管1个， 浓氨水1mL、浓盐酸1mL
(3)实验过程：向一个矿泉水瓶中加入浓氨水1mL、，拧紧瓶盖。向另一个矿泉水瓶中加入浓盐酸1mL，将装有浓氨水的矿泉水瓶小心倒置过来，拧紧瓶盖。挤压任一矿泉水瓶即可产生白烟。
(4)实验改进的优点:
①在实验室加一次药，可实验多次，减少刺激性气体的挥发，安全环保。
②原料简单，就地取材；操作简单，现象明显。
③将浓盐酸、浓氨水注入到矿泉水瓶中挥发的白雾现象可与挤矿泉水瓶后产生的白烟形成对比，排除白雾对实验产生的干扰。
  以前做这个演示实验后，教室内烟雾弥漫气味也很难闻，这样改进后，不仅现象明显，还解决了污染问题！
二、将一些化学反应巧设成微型实验
在人教版教材必修一第三章第二节《碳酸钠和碳酸氢钠》的教学中，引入碳酸钠溶液和CO2反应时，学生比较有疑惑，对老师讲的生成碳酸氢钠不是太信服。为了解决学生的疑虑，我们设计这样一个微型实验，学生彻底明白并且很快掌握了这个反应方程式。实验过程如下：
(1)实验仪器和用品：半瓶雪碧、一小包碳酸钠粉末
(2)实验步骤：向半瓶雪碧中加入迅速加入碳酸钠粉末，然后迅速把盖子拧紧,振荡。整个过程中一直不要打开瓶盖。观察现象。
(3)实验现象：雪碧瓶变瘪。
(4)实验说明：实验前，同学们以为雪碧中有酸会和碳酸钠反应生成气体，都说这样瓶子会爆炸吗？不太敢把瓶盖盖紧。看到实验现象都惊了：瓶子竟然变瘪了！通过论证同学们知道了：雪碧中的CO2气体与碳酸钠发生了反应，使瓶内压强变小，所以瓶子变瘪。
(5)实验总结：通过这个微型实验学生完全掌握了CO2气体与碳酸钠的反应。教师还可以将这类反应推广，起到了惊人的效果！同时，通过身边的仪器进行实验激发起了学生探究实验的热情。
三、课堂引入时，使用微型实验
在人教版必修二第二章第二节《化学能与电能》的一节的教学中，为了让学生亲身感受原电池把化学能转化为了电能，我设计了一个水果汁带动风扇的微型电池作为我的课堂引入，收到了满意的效果。实验过程如下：
(1)实验用品和仪器：
四个一次性杯子、鳄鱼夹子、导线、一瓶果汁、锌片、铜片、小风扇、小电动机、小灯泡。
(2)实验步骤：
在四个一次性杯子中用导线分别和锌片、铜片连接起来夹上鳄鱼嘴夹子。先连接小灯泡，接着在连接小风扇。在四个一次性杯子中先加入少量果汁，同时插入锌电极和铜电极，组成串联电路，先看小灯泡是否发光，在连接小电动机（带风扇），然后向杯子中再继续添加果汁，看加到第几个杯子时，风扇会转动。
(3)实验反馈：当风扇转动时，班里响起了雷鸣般的掌声，这为讲解原电池原理奠定了良好的基础。
四、将生活中遇到的问题设计成微型实验
学习必修一《氯气的性质》时，课本上提到了“84”消毒液，一个善于观察生活细节的学生说：在家里的洁厕灵瓶子上看到了这样一句话“不可与84消毒液混合使用，否则会有危险”。老师，这是真的吗？会有什么样的危险呢？顺着学生的问题，我问学生洁厕灵的主要成分是什么？你能不能设计实验验证一下呢？这个问题点燃了学生探究实验的热情。于是同学们利用所学知识自主设计实验，解决了生活中的问题。同时，让学生明白化学可以推动社会进步。培养了学生的科学态度和社会责任。这一实验用化学知识解决了生活问题，同时让学生体会到学习化学是多么的有用！
五、将难理解的题目设计成微型实验
做原电池练习时，遇到了这样一道题目，学生错误率比较高。自从把微型实验引入课堂，学生用实验解决问题已成习惯。实验过后，学生对自己的疑问就有了清晰的认识。加深了学生对知识的深入理解和掌握。题目如下：
（原电池练习三）15.银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理：在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是(　　)
A. 处理过程中银器一直保持恒重
B. 银器为正极，Ag2S被还原生成单质银
C. 该过程中总反应为2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3
D. 黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
学生的微型实验如下：
将表面变黑的银手镯放入盛有食盐水的铝箔中。
实验说明：做过这个实验后，学生对这道题就真正理解和明白了。
六、利用学生身边的仪器设计微型实验
铜与稀硝酸反应是高中的一个重要反应，特别是NO的检验和鉴别是一个难点。学生做这一类实验题时很容易出错。为了增强自己的感官体验，加深对知识的掌握和理解，学生们自发进行设计微型实验，最终班内小组提交了4份实验方案，其中一个操作性很强，所用仪器较简单且无污染，现象很明显。实验过程如下：
(1)实验目的：探究铜与稀硝酸反应
(2)实验用品：烧杯，50mL注射器，铜片，稀硝酸，氢氧化钠溶液。
(3)实验过程：取50mL医用注射器，拔出针筒内的活塞，放入铜片，再将活塞压入针筒底部。，吸入稀硝酸。将注射器垂直放置于烧杯上。可看到铜片上有气泡冒出，溶液颜色变为蓝色，针筒内有无色气体。再吸入O2很快看到针筒内的无色气体变为红棕色，最后吸入NaOH溶液，进行尾气处理。
(4)该实验的优点：
反应装置简单、安全，可操作性强，实验现象明显。微型实验，提高了实验的安全性、实用性，节省了药品和时间，减少了对环境的污染。
总之通过对微型实验的设计和研究，改变了实验教学的现状、转变了教师的教学方式和学生的学习方式。点燃了学生学习化学的热情，使学生能对现行实验进行质疑、反思,从而提出设想,并通过实验验证,逐步拥有科学的学习方法,提升了化学学科核心素养。
[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)[S].人民教育出版社.
[2]高攀.浅谈微型实验在高中化学教学中的应用价值[J]，教学实践，2019(1/2)
[3]周洁.例析趣味实验在化学教学中的应用[J].中学化学教学参考，2021(1/2)
[4]刘翠荣.《例谈高中实验微型化改进》,广西教育-B版第11期，2014
[5] 王强.借助创新实验提升化学学科核心素养[J].中学化学教学参考，2021(1/2)

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