关于发展和推广微型化学实验的一点看法

关于发展和推广微型化学实验的一点看法

 

作者：宋心琦    来源：《化学教学》2008年2期

 

      微型化学实验的研究和相关仪器的研制开发，已有多年的历史。微型化学实验不仅有着简易、实用、经济等优点，而且在社会对环境保护日益关注的今天，更有着推广和普及的需求。当仪器材质可以部分用塑料代替玻璃时，对实验者的安全将更有保证，使得某些涉及化学试剂的实验进入课外活动或家庭作业较易于实现。微型化学实验方法和仪器之所以受到化学教育界的重视，原因不言自明。

      虽然仪器的微型化和配套化的工作，在材质、功能、安全性及操作的简易化程度等方面都有了明显的进步，做到了精致、美观。在实现科学美学教育的同时，奇妙的构思和精湛的制造工艺还可以激发使用者的创新灵感。遗憾的是，微型化学实验的推进速度一直很不理想，形容为步履蹒跚，当不为过。这是一个值得认真研究的问题。

      在高新技术中，如组合化学方法、生物芯片方法、痕量分析方法等都有着微型化学实验的特征，而且有些已经集成化为某种先进的仪器设备。它们的成功给予我们的启示主要是什么？当我们期望微型化学实验方法和仪器进入中学或大学，成为现有仪器设备的替代物时，应当为使用者提供的基本信息和资源是什么？当使用者有了自主选择的权力时，最大可能地满足使用者的需求，包括对他们放弃已经熟悉了的实验方法和仪器，改学新的实验方法和学习运用新的仪器时提供应有的补偿是什么？我认为这种补偿是以提供更加符合教学需要的实验内容和满足使用者自主探究的基本条件来体现的。

      例如，在传统的教学实验中，为了对比某个化学反应在不同条件下的反应情况，往往采用多个试管并列的实验方法。即使用了试管架，由于操作不便，实际上仍是逐个进行的(有时是为了便于观察)。加入试剂的时间间隔较长，而且很难做到间隔基本一致。对实验现象的观察带有某种无序的特点，从而可能对随后的现象分析和实验结论增加了一定程度的不确定性。如果利用微型实验方法，按照事先设计好的方案，置A、B、C、D…于点滴板上，然后按顺序滴加另一种试剂，使反应体系阵列化，将有可能同时观察到所有的变化，适时地进行比较、分析和思索，其情景将和传统方法完全不同。这种方法也可以视为组合化学方法的雏形，可用于教学也可以用于实验探究。对于反应速率较低的化学体系，包括需要隔离水气或空气的体系，用微型的可密封的玻璃或塑料反应器，经过编号和放置化学物质及所需试剂后，也可以同时完成系列实验(包括室温、低温和热水浴，甚至可以选择光照或避光、是否外加超声、磁场、微波等条件)。当然还可以由学生用来探究他所想实验或探究的其他体系。所以，集成化、阵列化应当成为我们关注的一个重要方面，它可以提高化学教学实验的效率和收获。多个相关实验的优化设计过程，可以较全面地体现新课标强调的三维教育目标，这在传统化学实验中则是难以实现的。

     在学习常见酸和碱的性质时，除去试剂(如金属单质、酸性或碱性氧化物等课标中规定的物质)外，学生自由选择一些常见物品所用材料，如各种塑料、纤维、纸张、建材碎片、生物废弃物等用于实验，可以观察到很多意想不到的现象，既贴近生活，又有利于更广泛地了解酸碱的性质。不但可以提高学习兴趣，也有助于建立起有关某些常见化学物质的安全观念。此外，试剂浓度的影响、混合酸的作用都可以作为探究的内容。

      所以，推广微型化学实验的关键在于：密切配合当前的教育改革形势，结合学科特点，以推进素质教育为着力点；发掘和设计一些更能发挥微型化学实验优势的化学实验体系，为开展探究性学习、特别是实验探究提供条件，并以此来充实化学教学内容和推进化学教学改革，包括基本的硬件(仪器设备)和软件(具有示范作用和可供选择的化学实验体系，及必要的文字说明)；创设对部分教师的培训机制，以及学生化学实验探究竞赛活动(可以设法融入现在的各级竞赛活动之中，也可以单独组织类似于夏令营一类的学习活动)。

      把注意力过分集中于微型仪器的设计和制造的做法，只应是从无到有的启蒙阶段的重点。把传统的演示和教学实验由常规方法转为微型化的工作，是推广初期所必须的。但是仅止于此是不够的，除去因为更换仪器设备时必然存在的经费问题外，由于对教学的改进作用并不明显，使用者不一定愿意为了熟悉新的实验仪器花费自己的时间，也是一个很现实的原因(不应加以对新生事物不敏感或不重视的责备)。微型实验推广进程的差强人意，当与此有关。只有密切关注并努力配合当前化学教学改革的形势，把研究和推广的着眼点回归到化学学科的学习和创新人才的培养上来，才能有效地改变微型化学实验目前“研制者热，使用者冷”的局面。其实，后者更应当是我们化学教育工作者的专长所在和责任所在啊！