表三： Ⅲ片刻后瓶中出现黄绿色气体。很快可看到蘸品红溶液的棉花团褪色

三： Ⅲ片刻后瓶中出现黄绿色气体。很快可看到蘸品红溶液的棉花团褪色 表三: 广安市教学成果奖申奖成果简述 成果名称: 开展高中微型化学实验的研究 一、 课题的研究背景 (一)新课程改革的需要 1.改变学生的学习方式 现代教学观认为 :开展化学探究性学习，能有效地沟通化学与生活之间的联系，激发学生学习化学的爱好，在探究的过程中学习化学，理解化学，发展化学，把握学习化学的。高中化学新课程的核心理念是倡导“以学科探究为主的多样化的学习方式”;重视学生的“亲身经历和经验”。 在新课程背景下学生的学习方式由传统的接受式学习、死记硬背、机械训练转向了自主、合作、探究的学习方式，学生主动参与、乐于探究、勤于动手。而这些理念的实施需要学生的亲身实践，微型化学实验是实现新课改的有效途径。 2.改变教师的教育理念 有些老师受传统应试教育观念的影响根深蒂固。他们普遍认为，传授式的教学方式节约时间，有利于知识系统的掌握，对提高学生的成绩大有裨益;而新课改所倡导的“探究式学习”、“合作学习”等只会浪费时间，效率极低。部分教师还坚守传统的教学方式，“讲”实验而不是“做”实验，久而久之学生的学习热情被扼杀了，对化学学习毫无兴趣可言。在新课改理念指导下进行化学实验教学，教师必须改变旧的教学观念，通过实验教学培养学生的创造力，动手能力，培养学生的科学思维、科学态度。 (二)可持续发展的需要 可持续发展是世界环境保护工作的主题。江泽民总书记在96年全国第四届环保会上所指出的从我国实际出发，实施可持续发展战略，保护环境所要做好五个方面的工作，都离不开化学科学。因此，化学教学在加强体现时代精神，实施可持续发展思想教育方面甚为重要。 绿色化学的实施是实现环境可持续发展的重要途径。传统的实验除了实验本身使用污染环境的试剂之外，还有实验本身在设计上就存在问题的情形。如何消除或减轻化学实验对环境的污染，是传统化学实验面临的最大挑战。教材中现有的常规实验有些不符合绿色化的要求，学生经常在臭气熏天的环境中学习化学知识，效果可想而知，以致很多同学谈化学色变，首先意识到化学与有毒物、污染物密切相关。现在的实验改革要求中学化学实验趋向于绿色化、微型化，实验微型化是实现绿色化的重要途径，因此微型化学的发展成了必然趋势。 (三) 本校实际状况的需求 1(实验教学设施不完善 学校自从搬迁至新校区来，教学设施有了很大的改善，修建了新的教学楼和实验大楼，配置了专门化学及相应的实验仪器设备。从硬件上讲，极大地改变了学校的面貌，也改善了学校教师的教学手段。但是由于经济的原因也有些待完善的地方，如实验室和教学楼没有装备通风橱，教材中很多实验都放出有毒、污染的气体，在做演示实验和分组实验时无疑给学生和环境都造成一定的危害。 基于微型实验的特点药品微量化、仪器微型化，同等效果下放出的有毒物就大大减少，开展微型实验教学可使危害程度降低。对于经济欠发达地区，特别是农村中学由于资源所限有些演示实验和分组实验甚至无法开展，基于微型实验的特点节约经费，可利用一些廉价的生活废弃物开展实验而使教学进入常规，从而摆脱讲实验、背实验的景况。 2(学生基础相对较差 本校高中生源基础相对较差，学困生较多，部分学生学习兴趣和学习动机不高，所以要想从根本上改变这种现状，可从实验教学激发他们的学习兴趣和学习动机。化学是一门以实验为基础的学科，实验在化学教学中处于不可替代的作用。学生易被新奇的实验现象所吸引，奇能激趣、趣能激发探究欲望，从而大大激发学生学习的主动性，激发了他们的学习兴趣。针对中学生思维活跃、好动，喜欢自己动手进行实验等特点，在生活中可积极寻找替代品进行微型实验，可以提高学生的观察能力、思维能力以及解决问题的能力。 二、研究的主要成果 (一)认识成果 针对现行教材中有些常规实验的不合理、安全性能低、污染严重等特点，我们以绿色化学、微型化学实验的核心理念为指导，设计了一系列的改进。实现“尽可能小剂量实验、省资源、少污染、降成本”，形造一个和谐发展的良好的教学环境，进而培养学生良好的化学素养，提高学习兴趣，以实现课程教学目标。 1.微型实验的概念界定 微型化学实验是一种在微小型的化学仪器中进行的实验，是在绿色化学思想的指导下，为预防化学污染，对常规实验进行改革而发展起来的化学实验的新方法和新技术。它是80年代由美国几所大学首先发起的化学实验改革，不是常规实验的简单微缩，而是在微型化的条件下对实验进行创新的再现。微型化学实验是以尽可能少的化学试剂来获取所需要的化学信息，实验效果较好，它具有节省试剂(其试剂用量为常规实验的1,10至1,100)、减少污染、缩短实验时间(大约为常规实验的40,)、降低能源消耗等特点。 2.微型实验的研究方向 (1)仪器微型化，药品微量化 微型实验的研究方向可在药品用量上下工夫，在达到同等效果的前提下尽量使药品减量。可利用小试管、具支试管、尖嘴玻璃导管、点滴板、试纸等微型化的仪器以及降低试剂的浓度来减少药品的用量，药品用量减少不仅可节约资源、经费，而且排放的污染物减少、降低了环境污染。 (2)仪器、药品生活化，寻找替代品 微型实验实施的载体是仪器尽量微型化，以微型仪器代替常规仪器。特别是用生活中的废弃物做仪器，可大大节约实验经费开支。药品可以选用生活中的一些常用物质代替常规药品让学生自己动手开展家庭小实验，可以提高他们的动手能力、操作能力、思维能力。巧妙利用生活中的一些废弃物，可减少污染，节约成本，特别是在经济条件相对落后的地区可正常开展实验针对现行教材中有些常规实验的不合理、安全性能低、污染严重等特点，我们以绿色化学、微型化学实验的核心理念为指导，设计了一系列的改进方案。实现“尽可能小剂量实验、省资源、少污染、降成本”，形造一个和谐发展的良好的教学环境，进 而培养学生良好的化学素养，提高学习兴趣，以实现课程教学目标。 (二)技术成果 1. 减少药品用量，改进教材中实验 (1)(《氯、溴、碘的性质 氯离子的检验》、《乙醇的消去反应》等实验，以12×70 mm的小试管来代替常规试管，减少药品用量。如做乙醇的消去反应实验时，混合液的用量由教科书上的18 ml ~20 ml降为2 ml ~3ml。 (2)(《卤素性质递变性实验》可在滤纸上进行。在一张滤纸的中心处，滴一滴饱和的溴化钠溶液，待其湿润之后，再滴上一滴氯水，滤纸呈现黄色的斑点。在呈黄色的斑点处，再滴上一滴碘化钾溶液，滤纸上的斑点颜色变为浅褐色。在浅褐色的斑点处，再滴一滴淀粉溶液，滤纸上的斑点变为浅蓝色。省时且实验效果较好。 (3)(《同周期、同主族元素性质的递变》实验。因高浓度的氯、溴对人身有较大的毒害，要把氯水、溴水的浓度尽可能降低，如溴水的外观由棕红色稀释至淡黄色。 (4)(在《浓硫酸的性质 硫酸根离子的检验》实验中以6穴点滴板代替常规试管，尤其在硫酸根离子的检验中以黑色6穴点滴板代替常规试管做，由于黑色背景，现象就更明显，实验效果也就更好。 2(利用生活废品，制作微型小仪器 (1)制作酒精灯 利用医药上的药剂瓶例如小青霉素药瓶制微型酒精灯。取一块铜片,剪成直径略大于瓶口的圆形,中间打一孔,插入一段已报废的拉杆天线的金属管并焊牢,穿好棉纱作灯芯,在瓶底用环氧树脂粘上一块比瓶底大的底座,以防酒精灯翻倒,再用一个已经打磨为平口的安瓿瓶做灯帽即可。 (2)制作导管 利用一次性输液器和空圆柱笔芯可作微型实验中导气管。导管连接是微型实验中较难处理的问题,如果实验不用加热,或反应温度不高,可用已耗尽油墨的圆珠笔芯,将笔头中的细珠除去作为导管,铜质笔头或作为导管的连接,或插入橡皮塞中,都较为方便,且易于弯曲。 (3)制作反应容器 可选用小青霉素瓶、安瓿瓶、空药板、一次性注射器等制作微型反应容器。如把安瓿瓶放在水面下在细砂轮上磨至平口,即成为反应容器,粗矮的可做“烧杯”,细长的可做“试管”。由于瓶壁很薄,加热时耐热性好,可用火焰直接加热。实验室常用的胶头滴管、玻璃导管等也可作为反应容器。 3.利用常见物质，提取酸碱指示剂 (1) 红苋菜的简介 红苋菜又名小米菜，四川又称红旱菜，是1年生草本植物，自东北到云南皆有栽培。茎叶为绿色渐变为紫色，富含营养成分，种子可作点心配料。苋菜的营养价值很高，维生素C的含量亦高居绿色蔬菜第一位，并含丰富的钙、磷、铁，能降火解毒，治疗下痢。《本草图经》曾云:“紫苋，主气痢;赤苋，主血痢。” 红苋菜中富含苋菜红色素，可用于食品加工中的着色剂，也可以用于纺织品染色。 (2)苋菜红指示剂的制取原理 许多植物色素在不同pH值的溶液里会呈现不同的颜色，苋菜红色素的水溶液遇酸碱变色敏锐，变色pH值范围为7.6,9.6,与酚酞相同,且变色灵敏,可以替代酚酞用作酸碱指示剂。因苋菜红色素易溶于水，不溶于无水乙醇，因此可用水做提取剂,低温下提取。苋菜红指示剂长期放置易变质, 此指示剂最好现用现配,如若制成浸膏在无水乙醇密封下避光避热可长期保存，苋菜红指示剂具有安全性和实用价值。 (3)苋菜红指示剂的制取步骤 ?选料:所用原料应选择色素含量较高的品种，最好用生长中期的红苋菜。 ?洗净:原料常夹入泥砂和杂质，在浸取之前应用清水洗净。 ?切碎:为了加大固液两相接触面积，应把洗净的原料茎叶切碎，以利于提 高浸取率。 ?加热煮沸:把切碎的茎叶放入大烧杯或不锈钢锅中，加水到浸没1,2颈 叶，加热煮沸5分钟，并不断搅拌菜叶。 ?压榨过滤:用数层纱布包裹，挤压过滤，取其汁液。此液体为玫瑰红色，可用做酸碱指示剂，但此液体易变质，不易保存，一般制成膏状保存。把滤纸剪成条状浸入上属液体中，然后取出凉干，可制得粉色苋菜红试纸。 ?加热浓缩:上述滤液加热浓缩到原体积的1/4时，停止加热。放冷至室温。 ?静止过滤:放冷后加3-4倍的无水乙醇(酒精)，静置24小时分层。苋菜红易溶于水，难溶于无水乙醇，下层的玫瑰红液体即是成品色素。过滤，即得紫红色膏状物。 ?装瓶保存:转入棕色细口瓶中，上面加少许无水乙醇密封。在避光避热下可长期保存。 (4)变色结果 ?苋菜红指示剂滴入酸中(浓硫酸、浓硝酸除外):呈紫红色; 苋菜红指示剂滴入碱中:呈黄色 ，碱性愈强黄色愈明显。 ?苋菜红指示剂滴入浓硫酸中:呈棕红色; 苋菜红指示剂滴入浓硝酸中:呈棕红色并有红棕色气体放出。 4.制作微型教具，改进教材中实验 现行高中教材中有约60%的知识是通过实验引入的，但是在实验设计中只重视操作方便，装置简单，现象明显，却很少顾及环境污染问题，更谈不上对学生进行绿色化教育。 高中教材易造成环境污染的三个实验 实验名称 主要污染物 氯气性质的实验 氯气 铜与硝酸的反应 一氧化氮、二氧化氮 铜与浓硫酸的反应 二氧化硫 (1)(氯气性质实验的改进 方案一(如图1所示) ?实验用品 仪器:青霉素药剂瓶(15ml)、一次性注射器(5ml)、一次性注射器(2.5ml)、镊子、玻璃棒、胶塞。 药品和材料:KClO固体、浓盐酸、品红溶液、紫色石蕊试液、淀粉KI溶3 液、KBr溶液、浓NaOH溶液、棉花团。 ?实验步骤及现象 ? 在青霉素药剂瓶中预先加入约0.05g KClO固体，塞入胶塞，连接注射器筒(5ml)， 3浓NaOH棉团 注射器筒中事先依次从下到上放入蘸品红溶液 的棉花团、蘸紫色石蕊试液的棉花团、蘸淀 淀粉KI棉团 KBr棉团 粉KI溶液的棉花团、蘸KBr溶液的棉花团、 石蕊棉团 蘸浓NaOH溶液的棉花团，按图所示组装仪器。 ? 用注射器(2.5ml)吸入0.5ml左右的浓 品红棉团 浓盐酸 盐酸，缓慢向青霉素药剂瓶内注入浓盐酸。 ? 片刻后瓶中出现黄绿色气体。很快可 固体 KClO3看到蘸品红溶液的棉花团褪色、蘸紫色石 蕊试液的棉花团先变红后褪色、蘸淀粉KI 图1 溶液的棉花团变蓝色、蘸KBr溶液的棉花团 变橙黄色。 ?注意事项 装置的气密性要好;棉花团之间要间隔一定的距离;棉花团上蘸取试剂量不能太多。 方案二(如图2所示) ?实验用品 仪器:青霉素药剂瓶(15ml)、一次性注射器(2.5ml)、镊子、空中性圆珠笔芯、胶塞。 药品:KClO固体、浓盐酸、品红试纸、蓝色石蕊试纸、淀粉—KI试纸、3 KBr溶液、10, NaOH溶液。 ?实验步骤及现象 浓盐酸 ?在青霉素药剂瓶中预先加入约0.02 KBr试纸 gKClO固体，中性笔芯上依次贴上浸 3淀粉—KI试纸 石蕊试纸 KBr溶液的试纸和湿润的蓝色石蕊试纸、 淀粉—KI试纸、品红试纸，按图组装仪器。 品红试纸 KClO固体 3 ?用注射器(2.5ml)吸入约0.3ml浓盐酸， 将注射器插入中型笔芯内，缓慢向瓶中注入 图2 浓盐酸。 ? 片刻后瓶中出现黄绿色气体。很快可看 到品红试纸褪色、淀粉—KI试纸变蓝色、蓝 色石蕊试纸先变红后褪色、KBr试纸变黄色。 ? 反应结束后，用注射器吸入约2mlNaOH溶液注入药剂瓶中，吸收多余的尾气。 ?注意事项 装置的气密性要好;反应药品用量不易太多;试纸应湿润，且间隔一定的距离;用注射器注入试剂的速度不易过快。 方案三(俯视如图3所示) ?实验用品 仪器:培养皿、大青叶空药板、胶头滴管。 药品:KClO固体、浓盐酸、品红溶液、紫色石蕊试液、淀粉KI溶液、3 KBr溶液、浓NaOH溶液。 ?实验步骤及现象 ?将培养皿(6cm)放在白纸上， 把空药板放入培养皿中，往空药 板不同孔穴中分别加入约0.02~ 固体 KClO3空药板 0.05g KClO固体，滴加2滴品红 3表面皿 KClO固体 3溶液、紫色石蕊试液、淀粉KI溶 品红溶液 紫色石蕊试液 液、KBr溶液，滴几滴NaOH溶液。 ?用胶头滴管取大约0.5ml浓盐 KBr溶液 淀粉KI溶液 酸滴入盛KClO固体的孔穴中，迅 3 速盖好培养皿盖子。 浓NaOH溶液 ?片刻后培养皿中出现黄绿色气体。 很快可看到品红溶液褪色、紫色石蕊试 图3 液先变红后褪色、淀粉KI溶液变蓝色、 KBr溶液变橙黄色。 ?注意事项 空药板上的铝箔必须除净;加入浓盐酸后应迅速盖好培养皿盖子。 三个实验的优点较多，药品用量少，无污染，体现了绿色化理念;反应速率快，所需时间短;对比性强，现象清晰明显;操作可控性强，简单方便;可见度大，易于观察。 三个装置的用途广泛，都可适用于由固液或液液不加热制气体及性质验证实验，如S0气体的性质验证实验等，方案一可用于课堂演示实验，方案二和三可2 用于学生分组实验。 (2) 铜与稀硝酸反应实验的改进 原实验中存在的缺点:?因试管内存在空气, 只能观察到红棕色气体,观察不到无色气体。?反应可控性差，不能自行停止, 浪费药品。?操作不便，易造成污染。 改进后的方案如下: 方案一 (如下图1所示) ?实验用品 仪器:注射器、橡皮塞、小烧杯 药品:铜片、稀硝酸、30%的氢氧化钠溶液 ?步骤及现象 ?在一个洁净的针管中加入少许铜片,排除空气; 另在一小烧杯中注入稀硝酸并微热。 ?用注射器吸取少量稀硝酸(约15ml), 迅速用小胶帽(眼药水瓶盖)或橡皮塞盖住注射器吸口。 ?当观察到蓝色溶液、无色气体时(活塞会随着气体的产生缓慢外移) , 打开瓶帽, 拉动活塞, 吸入空气, 会看到气体由无色变成红棕色。 ?最后迅速将气体注入足量氢氧化钠溶液(30%)中,吸收尾气，防止污染。 ?优点:实验简单可行, 效果明显、无污染, 效果良好，而且还可以培养学 生的环保意识。 方案二(如下图2所示) ?实验用品 仪器:U形管(改进)、分液漏斗、单孔橡皮塞、铁架台 药品:稀硝酸、铜丝圈 图1 图2 ?实验步骤与现象 ?按图组装好仪器，检查装置的气密性。 ?打开分液漏斗的活塞，从U形管的小管口缓缓注入稀硝酸，直到液面接触分液漏斗活塞下沿，关闭分液漏斗的活塞。 ?一段时间后，观察到U形管短管上方有无色气体生成;当反应到一定程度时，稀硝酸与铜丝脱离接触，反应自动停止。 ?将分液漏斗活塞慢慢打开，分液漏斗中有红棕色气体出现，U形管的长管中的稀硝酸又回落到短管内;如果继续打开分液漏斗活塞，则可以观察到漏斗中有蓝色溶液; ?实验结束后，取下分液漏斗，把漏斗下端放入NaOH溶液中，打开活塞吸收尾气。 ?实验优点 装置简单，操作方便，现象清晰明显;U型管一端改小使实验微型化，反应可控性强，节约药品;污染小，安全可靠。 (3)铜与浓硫酸反应实验的改进 原实验存在的问题如下 ?可控性差:使用铜片～不便终止反应。?所需时间长:反应完毕管内物质温度很高～不能立即加水～观察颜色～故整 个实验延续时间很长。?易污染环境:尾气 吸收不够充分。?不安全:可能发生倒吸现 象。 改进实验后的优点,如右图所示, ?可控性强:铜丝在玻璃管内上下抽动 可直接控制浓硫酸与铜的接触，根据需要随 时中止反应。?演示实验时间明显缩短;现象明显易于观察。?无污染:对尾气吸收较彻底。?安全:用倒扣的漏斗可防倒吸。与上图实验相比，本实验实现了绿色化，对尾气处理较彻底，学生和老师都也不必担心身体健康受到影响。 三、研究效益和影响 (一)学生方面 1.激发了学生学习化学的兴趣 经调查表明:学生最感兴趣的是化学实验，特别是自己动手做实验。鉴于微型实验的特点，药品用量少、仪器微型化，可寻找生活中常见的替代品来开展实验，达到学生每人一套仪器去探索知识的奥秘。学生亲自动手做实验，亲历探究的过程，从“要我学”转变为“我要学”，学习自主性加强，大大激发了他们的学习兴趣，成绩提高显著。 2.提高了学生的科学探究能力 新课程《实验化学》模块的目标是“通过实验探究活动，掌握基本的化学实验技能和方法，进一步体验实验探究的基本过程，认识实验在化学科学研究和化学学习中的重要作用，提高化学实验能力。开展微型实验，学生还可开展小制作比赛，激发了他们学习的兴趣，提高了他们的动手能力、操作能力和思维创新能力。通过微型实验学生亲历探究历程，进一步提高了他们的科学探究能力，使知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观得到和谐的统一。 (一) 教师方面 1.促进了教师教学方法的改变 高中化学的基本理念是通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力。在实际的实验教学中运用微型实验改变了教师在课堂上 “讲”实验、学生“听”实验和“背”实验的现状，改变了传统的教学方法和教育理念，提高了教师的教学技术。 2.提高了教师的教育科研能力 研究小组内各位教师互帮互助积极改进教材中的实验，研制教具，并应用于实际教学中，取得了一定的效果。不断总结改进实验教学，撰写论文交流心得体会，提高了教师的教育科研能力。近年来，我们课题小组研制教具11件，其中5件分别获得省、市级奖;撰写有关本课题方面的论文20篇，其中9篇发表在国家级刊物上，2篇发表在县级刊物上，6篇分别获得国家、省、市级奖;制作课件1个，在市内获奖;主讲公开课6堂，都在校内获奖。 (二) 环境方面 绿色化学是可持续发展的需要，是社会发展的需要。微型化学实验是着眼于环境安全和污染预防的需要, 用尽可能少的药品, 在微型化的仪器装置中进行的化学实验，是国际公认的最能体现绿色化学理念的一种化学实验新技术和新方法。可见推广微型实验是实现绿色化的重要途径，它以其良好的教学功能和教学效果，在化学实验教学改革等领域扮演着重要的角色，引起世界各国化学界的高度重视。实验具有减少污染、现象明显、快速、节约、安全等优点，其显著特点是节约用量、减少排污。由于排污量小，排出的废液、废气、废渣量降低，对环境的危害就会大大降低。