微型化学实验在基础化学实验教学中的研究

曾 红， 丁慧萍*

（塔里木大学 生命科学学院，新疆 阿拉尔 843300）

微型化学实验在基础化学实验教学中的研究

曾 红， 丁慧萍*

（塔里木大学 生命科学学院，新疆 阿拉尔 843300）

摘 要：微型化实验由于较好的教学效果和显著的经济与社会效益，成为当前化学实验教学改革的方向之一。基于此，从实验仪器装置、实验条件、实验方法、实验内容、创新性、与探究教学的整合这五个方面对微型化学实验在基础化学实验教学中的研究进行了总结，从而为微型化学实验应用于基础化学实验教学提供参考。

关键词：微型化学实验；基础化学实验；教学；研究

基础化学实验是化学教学的重要组成部分，对学生操作技能的提高和综合素质的培养起着重要的作用。目前，由于试剂、仪器价格不断上涨，许多院校经费不足，只能购买一些常规试剂，勉强维持常规基础化学实验教学，无法开展新的实验项目、直接影响化学实验的教学质量和效果。而且随着课程体系和教学内容改革的不断深入，化学实验课学时数不断减少，实验内容也减少，降低了化学实验的教学质量。为了改善此现状，提高高校学生的实验动手能力，也为了迎合“提倡节约、反对浪费”和“绿色、安全、有效”的国家政策，探索出一套适合高校基础化学实验的微型化实验教学方法就显得异常重要。

微型化学实验作为化学实验的一种新技术、新方法，相对常规实验来说，它具备两个突出的特征：一是实验仪器装置的微型化；二是化学实验试剂用量少。本文主要从仪器装置、实验方法、实验条件、实验内容、创新性、与探究教学的整合五个方面对微型化学实验在基础化学实验教学中的研究进行了总结，从而为基础化学实验的微型化实验教学研究提供参考。

1 实验仪器装置的微型化研究

微型化学实验离不开微型化的实验仪器装置，微型化实验仪器装置试剂用量是常规实验仪器装置的十分之一到千分之一之间[1]，但却可以达到实验结果准确、实验现象明显、实验过程安全、实验操作方便和减少环境污染的效果。目前，微型化学实验仪器主要有两种：一种是我国自行设计研发的适用于基础化学实验教学的微型仪器装置，如微型化学制备仪[2]、多孔滴管、井穴板、多用微型化学实验铁架台、环保电解装置、安全气体制备装置、可回收可调式装置等以及研发的成套的规范化的适用于大学及大中专院校的微型化学仪器实验箱等；另外一种是用废弃物自制的微型化学实验仪器，如用注射器代替量筒或滴管或漏斗等、用药片的底托代替点滴板、用输液管代替导管、用墨水瓶代替酒精灯等。

收稿日期：2016-03-02

基金项目：新疆塔里木大学高教研究项目（TDGJ1402）。

作者简介：曾 红（1982～），女，新疆塔城人，博士，副教授；主要从事天然产物及基础化学实验课程的教学与研究。zenghong0705@163.com

* 通讯作者：丁慧萍（1979～），女，河南漯河人，讲师，硕士；主要从事无机化学及基础化学实验教学及研究。

自制仪器可以节省实验开支，弥补实验仪器的不足，但是自制的仪器也有很多不足：如注射器、输液管等都是塑料制品，耐高温性能差且易溶于有机溶剂，因此在有机化学实验中的应用受到限制；另外这些废弃物替代品还存在着极大的安全隐患。而规范性的系统化的成套的微型仪器装置就可以弥补以上不足，且易拆解易清洗。但是我国当前的微型实验仪器还只能用于一些常规实验，仪器功能还很不完善，这就需要我国的科研工作者们强化合作、集思广益，亟待开发出一套适合我国基础化学实验教学的通用型仪器。

2 微型化学实验对实验条件的研究

微型化学实验对实验条件的研究探索，就制备反应而言，就是采用微型化的实验仪器进行反应，考察反应时间、反应温度、催化剂、试剂用量等条件对反应的影响，以产品的纯度及收率为考察指标，从而优化出最佳的微型化制备条件的一种研究方法。目前，对制备反应的微型化研究主要集中在气体的制备（Cl2、CO2等）、无机固体的制备（KMnO4、(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O、Na2S2O3等）、有机物的制备（乙酰水杨酸、乙酸乙酯、乙酰苯胺等）。就性质实验而言，就是采用微型化实验仪器，参照常规实验，按照常规实验浓度，在保证实验现象且实验操作基本不变的前提下，经过多次、反复的实验探索，从未确定出最佳的试剂用量的方法。目前，对性质实验的微型化研究主要集中在元素化合物的性质检验（溶液中离子间的平衡、植物与土壤中常见元素的鉴定等）以及有机化合物的性质检验（烃、卤代烃、醇、酚、醛、酮、羧酸、胺、糖、氨基酸、蛋白质等）。就滴定分析实验而言，对于终点比较灵敏的滴定体系，就是采用微型化的滴定管，降低标准试剂的浓度，在保证滴定终点及实验精密度的条件下，经过多次实验摸索，从而确定出最佳试剂用量的方法。目前，对滴定分析实验的微型化研究已经成功地应用于自来水中总硬度的测定、莫尔法测定可溶性氯化物中氯含量、生活污水中COD的测定等。

3 微型化学实验对实验方法的研究

微型化学实验对实验方法的研究主要是指采用微型化的实验仪器，对同一实验采用不同的方法（选择合适的催化剂、改进实验方案等），依据实验效果，从而确定出最佳的微型化实验方案的一种方法。如在乙酸乙酯的合成实验中[3]，用FeCl3·6H2O代替浓H2SO4作为催化剂，具有实验效果明显、试剂用量省、且FeCl3·6H2O便宜、稳定、易保存、可多次重复使用等诸多优点；又如在乙酰水杨酸的制备试样中，尝试分别使用浓H2SO4、H3PO4、无水Na2CO3、无水NaHCO3、无水Na2SO4、无水NaHSO4、Na2HPO4、NaH2PO4、Na3PO4等作为催化剂，然后再通过改变实验条件（乙酸酐的量、反应时间、反应温度等），然后通过比较实验结果从而确定出最佳微型化实验方案；再比如在茶叶中咖啡因的提取实验中，选择使用不同浓度的乙醇或使用乙醚等作为溶剂，兼顾经济性，优化出最佳的微型化实验用乙醇浓度。

4 微型化学实验的创新性研究

微型化学实验的创新性主要包括实验仪器、实验方法以及实验内容的创新。实验仪器的创新包括利用废弃物自制微型化实验仪器装置、通过已有的微型化仪器改进实验装置等。例如，在油料作物中粗油脂的提取实验中由于常量实验用索氏提取器价格昂贵且易损耗，就可以采用微型化仪器，将带有挂钩的转换接头下挂一个底部带孔的A字型漏斗（内装油料作物的纸包）然后再将其插入25 mL磨口圆底烧瓶中，从而代替索氏提取器。实验方法的创新包括改进实验的加热方式、使用替代试剂药品等。例如，在微型实验中易出现的暴沸现象，可以通过采用水浴加热或者加入沸石的方法来消除。实验内容的创新主要是指实验内容的丰富多样化。由于化学与生产生活息息相关，这也为实验内容的创新提供了不尽的源泉。例如温室效应、指纹鉴定、掺假食物的鉴别等，这些实验内容作为课堂实验教学的延续和补充，丰富了实验项目，调动了学生的积极性，开发了学生的智力，提高了学生的动手能力和创新能力。

5 微型化学实验与探究教学整合的研究

探究性教学法是指学生在教师的指导下，通过“自主、探究、合作”的方式进行学习，从而获取知识及发展能力的一种实践活动。该法以学生为主体，可以满足学生的好奇心，调动学生的积极性，符合人类的认知规律。化学作为一门实验性学科，通过实验进行探究教学，不仅能增长学生的知识，还能培养学生自主设计实验的能力、培养学生的思维能力、实验观察能力以及创造力。把微型化实验应用于探索性教学过程，既能帮助学生温故知新，又能吸引学生的注意，积极思考，从而有利于学生科学素养的提高。因此在探索教学中充分发挥微型化实验的功能，就能达到优势互补、强强联合的作用。

5.1 在课堂教学中的研究

在基础化学实验的教学中引入微型化实验，学生可以亲手验证理论课上刚学到的知识点，巩固学生的记忆。比如在讲到KMnO4在不同介质中的性质时，可以通过微型化实验，使KMnO4分别在酸性、中性及碱性介质中与Na2SO3反应，通过实验现象可以强化学生对KMnO4在不同介质环境中生成不同产物的记忆，还可以加深学生对Mn的电极电势与H+浓度关系的理解。此外，在基础化学实验的教学中引入微型化实验，可以激活学生思维、激发学生的学习热情，提高学生的学习兴趣。比如在配位反应与配位平衡中我们讲到难溶化合物与配位离子的相互转化，学生通过Ag+所形成的不同配离子与不同的银的难溶物之间转化的微型化实验，观察到沉淀的多次生成与溶解以及生成沉淀的颜色，可以形象地了解到K稳与Ksp在淀淀的形成与溶解中所起的作用。

5.2 在第二课堂教学中的研究

微型化学实验的推广离不开适用于大学基础化学实验的微型化学实验仪器，但现在微型化实验仪器还十分有限，学生第二课堂（自主创新实验及开放实验）所需的微型化学实验仪器还需要学生自制。学生在第二课堂利用自己已有的知识及生活经验，通过自己动手创新微型实验仪器装置，既节省了学校的开支又能激发学生的学习兴趣，提高学生的动手能力及创新能力，还能增强学生的环保意识。

5.3 在生活中的研究

生活离不开化学，我们的衣、食、住、用、行样样与化学有关。微型化学实验由于操作简单、反应快、实验现象明显、安全、节约、环保，所以学生可以将化学引入生活之中，利用已有的化学知识来解决实际生活问题。作为教师要不断的更新教学理念、打破传统模式、将生活带进课堂、让学生学以致用。

参考文献：

[1] 黄俊生, 江剑纯. 微型化学实验仪器与手持技术设备结合的可行性及其初步实践[J]. 中学化学教学参考, 2010(11): 34-35.

[2] 藏春涛. 基础教育课程改革背景下的微型化学实验研究[D]. 南京: 南京师范大学, 2009.

[3] 王如阳, 王泓, 刘晓芳, 等. 微型化合成乙酸乙酯的实验方法改进[J]. 实验科学与技术, 2004, 9(3): 64-65.

中图分类号：G642.0

文献标识码：A

文章编号：1009-220X(2016)03-0073-04

DOI:10.16560/j.cnki.gzhx.20160302

Study of Miniature Experiment in Basic Chemistry Experiment Teaching

ZENG Hong, DING Hui-ping*
（College of Life Sciences, Tarim University, Alar, Xinjiang 843300）

Abstract:Miniature experiment has turned into one of teaching reform in chemistry experiment because of good effect of teaching and remarkable economic and social results. Based on this, summarizes the reseach of miniature experiment in basic chemistry experiment teaching from five aspects: Experimental apparatu, experimental conditi-ons, experimental method, experiment content, innovativeness, integration of inquiry teaching. This summary provides references for applying miniature experiment into basic chemistry experiment teaching.

Key words:miniature experiment; basic chemistry experiment; teaching; study