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摘 要:化学实验教学对于学生科学探究能力素养的形成和发展具有不可替代的作用。本文基于对学科的教学理解介绍了化学常规实 验教学中存在的主要问题，以及微型实验教学对构建高中化学育人新样态的教学价值，并结合教学实践，从化学微型实验内容的 选择和设计，微型实验仪器的合理选择和创新，微型实验教学的组织和探究形式，实验操作技能的培训等方面介绍了化学教学中 开展微型实验教学的具体策略，分析了中学化学微型实验教学的优势和局限性，旨在提升高中化学教学质量。
[关键词] 高中化学,微型实验,育人新样态
《普通高中化学课程标准(2017 年版 2020 年修订) 》(以下简称“新 课标”)将培养学生的科学探究能力 作为化学学科核心素养培养的重要目 标。化学是以实验为基础的学科，实 验活动是化学探究学习的重要形式， 更是帮助学生了解真实科学的基本途 径。在一个完整的实验过程中，必然 少不了实验观察，当学生能够正确地 观察实验，才能有效获得实验事实和 行为操作的示范指导。
一、化学常规实验教学存在的 问题
传统的化学实验教学受到很多因 素的限制，比如实验药品的缺乏和使 用中的浪费，仪器的陈旧和不利于携 带操作，实验经费的缺少，实验的安 全性以及污染程度等问题。中学化学 实验以探究物质性质为主，在教学中 教师经常采用演示实验的方式开展教 学，学生亲自动手实验的机会较少， 这样既不利于学生实验操作技能的养 成，也不利于知识的掌握。因此传统 的化学实验教学不能真正发挥实验的基本教学功能，学生无法亲自体验科 学研究的过程，不利于培养学生的创 新精神和实践能力。而且实验中使用 的有些化学试剂具有一定的毒性和污 染性，也增加了化学实验的危险性， 不利于环境保护。
二、微型实验对构建高中化学育 人新样态的教学价值
随着新课程改革的逐步推进，微 型化学实验在国内化学课堂得到了推 广，促进了高中化学育人新样态的构 建。微型化学实验是在“绿色化学” 理念的指导下，保证主要实验效果的 前提下，用尽可能少的化学试剂来获 取预期化学信息的实验方法与技术。 化学微型实验不仅学生操作方便，而 且化学试剂用量少，学生亲自操作， 可以观察到清晰的实验现象，实验的 安全性得到了较大的提高，弥补了化 学常规实验的一些不足。在高中化学 课堂中的应用效果较好，大大提高了 高中生参与实验探究的积极性，培养 了学生多角度分析与解决问题的能力， 促进了化学思维的深入发展，基于微型实验构建了高中化学育人新样态。
三、化学教学中开展微型化实验 的具体策略
(一)科学设定教学内容，综合 设计微型化实验
在高中化学微型实验教学中，教 师要立足于学生的身心发展特点和兴 趣，结合教材合理选择实验内容。增 强学生钻研化学知识的自信心。教师 需要从教学实际出发进行探究，设计 科学的教学方案。例如，氯气及其化 合物的性质是高中化学中重要的元素 化合物知识。在教学中有关 Cl2 的制 取和氯水的性质实验， 由于 Cl2 有毒， 常以演示实验为主，学生没有近距离 观察现象的机会。笔者根据新课标要 求，科学选择教学内容，围绕 Cl2 的 制备和氯水成分的检验进行综合化微 型实验设计， 取得了满意的教学效果。 用注射液袋作为氯气的发生装置，将 洁厕剂和 84 消毒液反应生成氯气， 不需加热。利用点滴板、医用三通阀 连接注射器作为氯水性质检验的反应 容器，药品用量少，现象明显，方便学生近距离观察现象。具体实验步骤 如下：
①注射器A 中装 15mL84 消毒液， 注射器B 中装 15mL洁厕剂，打开a、b、 c 阀门，分别将 84 消毒液和洁厕剂注 入注射液空袋，关闭 a、b、c 阀门， 可观察到产生大量黄绿色气体，空袋 鼓起来(见图 1)。
②取下注射器 A 洗净后，抽取 5 毫升水重新装上。打开 a、c 阀门， 用注射器 B 抽取 10mL 氯气，关闭 c 阀门，打开 b 阀门，让注射器 A、B 相通。将注射器 A 中的水缓慢注入 注射器 B 中。关闭 a、b 阀门，取下 注射器 B，堵住针头，震荡，可以观 察到注射器 B 中黄绿色气体逐渐减 少，最后几乎完全消失，水溶液呈 浅黄绿色。
③在点滴板中分别加入一小块 pH 试纸和少量硝酸银溶液，将注射 器 B 中液体分别滴加到 pH 试纸和硝 酸银溶液中，可观察到 pH 试纸先变 红后褪色，硝酸银溶液中有白色沉淀 产生(见图 2)。
④在干燥的注射器 A 中加入一块 湿润的红纸，在干燥的注射器 B 中依 次加入一团包裹着无水氯化钙的棉花 和干燥红纸。依次打开 a、c 阀门和 b、c 阀门，注射器抽气，可观察到注 射器 A 中湿润的红纸褪色，注射器 B 中红纸不褪色(见图 3)。
⑤关闭 a、b、c 阀门，取下医用 三通阀，用干净的注射器取 15mL 饱和 NaOH 溶液注入注射液袋中并振 荡，可以观察到输液袋中黄绿色气体 迅速消失，袋子变瘪。
与教材上传统实验相比，微型实 验的综合设计使用微型装置，药品用 量少，但是现象明显，易于观察。以 上实验所用输液袋和注射器以医用三 通阀连接，密封性很好，基本没有氯 气泄漏，符合微型化、绿色化的实验 要求，适合学生分组实验，提高学生 学习化学的兴趣。
(二)合理选择实验仪器，增强 实验效果
高中化学微型实验教学不仅注重 实验内容的综合设计，同时重视实验 装置的简约化选择和实验药品的减量 使用。教师需要结合化学实验的目的 和教学内容合理选择实验仪器，以达 到最佳实验效果。例如，在用 Fe2+ 和 NaOH 直 接 制 备 Fe(OH)2 时，由于 Fe(OH)2 容易被空气中的氧气氧化， 所以用常规的制备装置和方法不能制 得纯净的 Fe(OH)2 ，实验现象不明显， 教学效果不理想。笔者对常规的实 验装置和制备方法进行科学改进，巧 妙借助西林瓶、注射器等医疗器械， 创造无“Fe3+ 和 O2 ”的环境，探究 Fe(OH)2 的制取原理。具体实验步骤 如下：
①取一支 20mL 注射器 A，加入 少量铁粉，然后抽取 10mL 煮沸冷却 的稀硫酸，竖立静置，观察到注射器 中产生大量无色气泡，溶液逐渐变成浅绿色(见图 4)。
②取 2mL 煮沸后冷却的 NaOH 溶液放入 5mL 西林瓶，用胶头滴管 向西林瓶中加入约 2mL 石蜡油， 盖上塞子。可观察到西林瓶里无色 NaOH 溶液和石蜡油分层，石蜡油在 上层。说明石蜡油和 NaOH 溶液互不 相溶，石蜡油的密度小(见图 5)。
③另取一支 5mL 注射器 B， 插入 盛有 FeSO4 的注射器 A 中，抽取约 1mLFeSO4 溶液(见图 6) ，然后缓 缓注入盛有 NaOH 溶液的西林瓶， 观 察到瓶中有白色沉淀出现。说明在无 氧的环境下可以成功制取 Fe(OH)2 白 色沉淀(见图 7)。
④拔出注射器 B，另用注射器 C 取少量 H2O2 溶液缓慢注入西林瓶， 可观察到瓶底的白色沉淀迅速变成红 褐色。说明 Fe(OH)2 具有较强的还原 性，遇到强氧化剂，会被氧化为红褐 色的氢氧化铁。
本实验巧妙借助注射器、西林 瓶等生活器材设计微型实验改进方 案，装置简单，易操作，趣味性强， 实验现象明显且稳定，生成的白色 Fe(OH)2 沉淀可长时间观察，用于演 示实验或分组实验，都有很好的实验 教学效果。
(三)积极开展自主探究，确保 实验教学高效性
实验自主探究是指学生围绕教学 内容，个人或小组设计实验、讨论方 案、实验操作、分析现象和数据、得出实验结论的过程。在化学教学中， 微型实验引导学生积极开展自主探究 实践活动，在培养学生独立思考能力 的同时，确保了化学实验教学的高效 性。例如， 在铜与硝酸反应的教学时， 笔者将学生分成学习小组，借助实验 器具的科学置换， 将试管换成注射器， 减少药品的用量，让学生自主进行微 型实验的设计与操作，从而培养学生 的化学钻研精神。
(四)加强实验操作培训，保证 微型实验安全性
在高中化学实验教学中，化学课 程重要的学习方法之一就是实验操 作。在微型实验操作中，化学思维 和动手能力相结合，能更好地理解 和掌握化学知识，有利于学生化学 能力和素养的综合发展。微型实验 与传统化学实验相比较，大大增加 了学生动手实验操作的机会，但是 就算是学生动手操作微型实验，在 实验过程中也存在一定的安全隐患， 所以教师必须加强对学生实验操作 的培训，确保微型实验的安全性。 例如，在实验操作前学生必须端正 态度，明确实验的注意事项，以及 化学药品的使用剂量，树立实验安 全意识。教师更要重视学生的操作 过程，保障微型实验的安全性。
四、中学化学实验微型化教学的 思考
(一)化学实验微型化的优势
1. 节约试剂用量，降低实验成本
化学微型实验由于所用的实验仪 器较小，所以实验过程中所需的化学 试剂用量就很少，大大减少了试剂的 损耗，提高了试剂的使用效率。另外 很多化学仪器也可以在日常生活中找 到替代品，如西林瓶、注射器、输液 袋等，所以微型实验的成本明显低于常规实验。
2. 减小环境污染，保障实验安全
微型实验由于化学试剂用量较 少， 减少了实验中废气、废液、废渣 等的排放， 造成的环境污染非常小。 产生的各种实验废弃物比较容易处 理，具备绿色环保的特点。同时降 低了有毒物质在化学反应中的产生， 从而减少了实验操作过程中的危险 情况。
3. 缩短操作时间，提高实验效率
装置设计的微型化和实验操作的 简单化是微型化学实验的显著特点， 学生操作微型实验相对简单。表现如 下：一是微型的实验仪器能够在实验 准备阶段更方便进行装配，在实验结 束后也能够更快捷轻松地进行洗涤; 二是由于微型实验所使用的试剂量较 少，在很多实验中也缩短了化学反应 呈现的时间，实验更容易完成，提高 了实验的成功率;三是微型实验节约 的时间能够让学生有更充足的时间进 行交流和思考。
4. 唤醒探究积极性，提高化学 素养
微型实验为学生提供了更多参与 知识探究的机会，学生的学习热情得 到了有效调动，学会了主动去思考和 发现问题，然后提取关键信息，掌握 知识点。在动手探究的过程中学生不 仅体验到了学习的乐趣，而且收获了 更多成就感，促进了学生综合能力的 发展。
(二)微型化学实验的局限性
微型化学实验虽然具有上述明显 的优势，但是也存在着一些不足。首 先，微型化学实验的仪器很难成套设 计，在不同层次实验教学中仪器无法 很好地衔接使用。其次，微型化学实 验也不利于学生的实验规范操作和仪 器认知。最后，操作技巧要求较高的实验不适合进行微型实验，如需要加 热的实验，萃取、分液、过滤、蒸馏 等操作，就无法进行微型实验，只能 采用常规实验来完成，所以并不是所 有的化学实验都可以进行微型化设 计，常规实验和微型实验是相辅相成、 相互促进的。
总之，基于化学学科理解采用微 型实验这种教学方式，更有利于培养 学生的实验探究、证据推理等学科能 力。在新课标的指引下，高中化学教 师应遵循绿色环保、安全简便、现象 明显的原则，结合具体内容设计符合 教学要求的化学微型实验，并将微型 实验和常规实验相结合，融入高中化 学课堂，从而构建高中化学实验育人 新样态。
参考文献：
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[4] 马明亮 . 中学化学实验微型化 环保化探究 [J]. 中学课程辅导 ( 教师 教育 ),2020(16):110.
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