化學(xué)實(shí)驗(yàn)在培育預(yù)科生科學(xué)素養(yǎng)的應(yīng)用

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［摘要］闡述了微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)生、研究現(xiàn)狀及其內(nèi)涵，探討了微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在增強(qiáng)學(xué)生的節(jié)能環(huán)保意識、實(shí)驗(yàn)安全意識和科學(xué)探究意識，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、創(chuàng)新思維能力和批判性思維能力等科學(xué)素養(yǎng)中的作用，分析了微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，并提出了解決這些問題的基本策略。

［關(guān)鍵詞］微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)；培育；科學(xué)素養(yǎng)

一微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)生、研究現(xiàn)狀及內(nèi)涵

1微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)生

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)(Microscalechemicalexperiment)是20世紀(jì)80年代初首先從美國發(fā)展起來的一種化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法。1984年美國的Bowdoin學(xué)院、Merrimack學(xué)院和Bown大學(xué)等幾所高等院校在基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行微型制備實(shí)驗(yàn)獲得成功，隨后許多高等院校紛紛效仿，并從有機(jī)化學(xué)逐漸被推廣應(yīng)用到無機(jī)化學(xué)、普通化學(xué)以及中學(xué)化學(xué)等實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的教學(xué)中。

2微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在我國的研究現(xiàn)狀

1989年，北京大學(xué)的周寧懷教授在國內(nèi)率先開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)課題研究，其課題被正式列入高等學(xué)?；瘜W(xué)教育研究中心的科研計(jì)劃，由此拉開了微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在我國進(jìn)行理論和實(shí)踐研究的序幕。近三十年來，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在我國的普及發(fā)展和推廣應(yīng)用的速度很快。目前已有的研究和文獻(xiàn)報(bào)道表明，也有許多高校和研究人員利用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)對有機(jī)物進(jìn)行提取、合成所做的科學(xué)技術(shù)方面的研究，并取得了可喜的研究成果。

3微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本內(nèi)涵

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是指用極少量的試劑在微型的儀器裝置中進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，它是以盡可能少的試劑來獲取所需化學(xué)信息的實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法[3]。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的試劑用量僅僅是常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的1/1000~1/10，試劑用量比相應(yīng)的常規(guī)實(shí)驗(yàn)少90%以上[4]。但微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)并不是常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的簡單縮微或減量，而是對化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新性變革與發(fā)展[5]，并能達(dá)到常規(guī)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)效果和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)因其實(shí)驗(yàn)儀器的微型化和實(shí)驗(yàn)藥品的微量化特征，使得它具有節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本、減少實(shí)驗(yàn)員課前工作量、降低實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性、減少實(shí)驗(yàn)“三廢”、縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間等諸多優(yōu)點(diǎn)。

二通過微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)少數(shù)民族預(yù)科學(xué)生多方面意識

1通過微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)學(xué)生的節(jié)能環(huán)保意識

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)所用試劑的微量化能夠讓學(xué)生自覺地節(jié)約藥品、試劑，有效防止實(shí)驗(yàn)藥品和試劑的浪費(fèi)，且微型儀器要比相應(yīng)的常規(guī)儀器更廉價(jià)，從而可以節(jié)省大量的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)開支。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)自始至終都體現(xiàn)著節(jié)能環(huán)保、綠色化學(xué)及可持續(xù)發(fā)展的思想理念，對于建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型化學(xué)實(shí)驗(yàn)室具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2通過微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)安全意識

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)儀器的微型化，致使實(shí)驗(yàn)所需試劑微量化，隨著反應(yīng)物用量的大大減少，反應(yīng)的劇烈程度與常規(guī)實(shí)驗(yàn)相比被大大降低，實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性和危害性也隨之降低，因此微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全性更好。因此，通過微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開展，既可以消除學(xué)生對常規(guī)實(shí)驗(yàn)中一些腐蝕性或毒性較大的試劑的使用所產(chǎn)生的憂慮和畏懼心理，又可以讓學(xué)生親自體驗(yàn)微型實(shí)驗(yàn)所表現(xiàn)出的安全性能，有助于增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)安全意識。

3通過微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)探究意識

化學(xué)實(shí)驗(yàn)對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識具有十分重要的作用，而微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一種新的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，其特征及所表現(xiàn)出來的優(yōu)點(diǎn)，既容易讓學(xué)生產(chǎn)生通過開展微型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)探究的興趣和欲望，也容易讓學(xué)生產(chǎn)生“微型實(shí)驗(yàn)與常規(guī)實(shí)驗(yàn)有哪些不同？微型實(shí)驗(yàn)在儀器微型化以及試劑微量化之后，還能否保證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)效果？”等疑問?？茖W(xué)探究的主要目的之一就是解決問題，而要解決問題就要先發(fā)現(xiàn)問題和提出問題，積極鼓勵(lì)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題并勇于提出問題，提高學(xué)生的問題意識，有助于增強(qiáng)其科學(xué)探究意識。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)還可以讓學(xué)生直接感受和體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，通過微型實(shí)驗(yàn)與常規(guī)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐，學(xué)生能夠真實(shí)感受到兩種實(shí)驗(yàn)方法的差異，進(jìn)一步讓學(xué)生理性、客觀地比較分析它們的優(yōu)缺點(diǎn)，并能正確看待其優(yōu)缺點(diǎn)，這有助于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)微的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。

三利用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)少數(shù)民族預(yù)科學(xué)生多方面能力

1利用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力

觀察能力是思維能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰妥詫W(xué)能力的基礎(chǔ)，也是學(xué)習(xí)化學(xué)、學(xué)好化學(xué)必須具備的一種重要技能。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)由于儀器體型小、試劑用量少，其反應(yīng)速度相對更快，反應(yīng)時(shí)間相對更短，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象持續(xù)的時(shí)間也相對更短，因此這提高了對學(xué)生觀察能力的要求，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中務(wù)必認(rèn)真操作、仔細(xì)觀察，同時(shí)也進(jìn)一步強(qiáng)化了學(xué)生主動集中注意力去觀察的能力。

2利用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)少數(shù)民族預(yù)科學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要途徑。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為對化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的一次創(chuàng)新與變革[4]，相對于常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)其蘊(yùn)含著培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的更多因素，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)其設(shè)計(jì)、過程、方法本身就是一個(gè)創(chuàng)新的過程，包含著許多的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新元素。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)各種儀器的設(shè)計(jì)、改進(jìn)、革新為學(xué)生提供了創(chuàng)新的靈感。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺讓學(xué)生有機(jī)會將一些常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)或設(shè)計(jì)為微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，也為學(xué)生提供了一個(gè)可以親自動手制作實(shí)驗(yàn)器材的機(jī)會，這為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力創(chuàng)造了條件，通過對一些實(shí)際問題的思考和解決，進(jìn)一步拓寬了學(xué)生認(rèn)識和解決問題的思路，增強(qiáng)了學(xué)生對于創(chuàng)新的信心和動力，有助于學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

3利用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力

開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程就是學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的過程，也是鍛煉和發(fā)展學(xué)生批判性思維的過程。面對零散、繁多的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及錯(cuò)綜復(fù)雜的各種實(shí)驗(yàn)信息，要完成好實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)要求，學(xué)生必須通過比較、分析、綜合、評價(jià)、篩選等批判性思維技巧來形成實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)方案以及科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論。對常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)長期的學(xué)習(xí)實(shí)踐讓學(xué)生對它的了解和認(rèn)識形成了一定的思維定式，這種固化、僵化的思維模式會限制學(xué)生眼界和視野的拓展，會削弱學(xué)生思維的靈活性和創(chuàng)新性，阻礙了學(xué)生思維深度和維度的拓展和創(chuàng)新。常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在的不足和微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)為學(xué)生的批判性思維的培養(yǎng)提供了素材，而微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在的不足與常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)也為學(xué)生的批判性思維的培養(yǎng)提供了內(nèi)容。將常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的各自特點(diǎn)及優(yōu)勢相互補(bǔ)充和并存，既離不開學(xué)生的批判性思維，也需要發(fā)揮學(xué)生的批判性思維能力。

四微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中面臨的問題及應(yīng)對策略

1實(shí)驗(yàn)儀器的微型化導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)操作不方便，容易忽視對學(xué)生基本操作和基本技能的訓(xùn)練。因此，須重視微型實(shí)驗(yàn)基本操作的規(guī)范化，教師應(yīng)在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前盡可能多做演示實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)課中督查和指導(dǎo)。

2實(shí)驗(yàn)試劑的微量化導(dǎo)致一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯，實(shí)驗(yàn)效果不甚理想。因此，并不是所有的化學(xué)實(shí)驗(yàn)都適合以微型實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行，并不能用微型實(shí)驗(yàn)完全代替常規(guī)實(shí)驗(yàn)。教師應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求和需要充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，選擇實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和效果不受微型條件影響或者影響不大的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行微型實(shí)驗(yàn)。

3儀器的微型化和試劑的微量化導(dǎo)致反應(yīng)條件較難控制，對實(shí)驗(yàn)操作的要求較高，增加了學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)的難度[6]，這就要求教師在課上加強(qiáng)指導(dǎo)，而且不能一味強(qiáng)調(diào)儀器微型化和試劑微量化，須視情況而定。

4儀器的微型化和試劑的微量化導(dǎo)致攪拌、分液、萃取、抽濾等一些實(shí)驗(yàn)基本操作難以通過微型實(shí)驗(yàn)得到訓(xùn)練[6]，因此只能依靠常規(guī)實(shí)驗(yàn)才能進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)基本操作。

五結(jié)語

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是對傳統(tǒng)常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的有益補(bǔ)充，也是提升民族預(yù)科學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的有效途徑。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)因其具有常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)所不具備的諸多優(yōu)點(diǎn)，在增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識、實(shí)驗(yàn)安全意識和科學(xué)探究意識以及培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、批判性思維能力和創(chuàng)新思維能力等科學(xué)素養(yǎng)方面表現(xiàn)出了優(yōu)勢作用。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)固然很多，但微型實(shí)驗(yàn)同時(shí)也不完全具備常規(guī)實(shí)驗(yàn)的一些優(yōu)勢，因此必須客觀地認(rèn)識其不足之處，正確處理好微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)與常規(guī)實(shí)驗(yàn)之間的關(guān)系。在開展民族預(yù)科普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)時(shí)，仍需堅(jiān)持以常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主，但在進(jìn)行常規(guī)實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，可以適當(dāng)將微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)與常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，有選擇性地開展一些微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮微型實(shí)驗(yàn)在培育學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)中的教育教學(xué)功能和作用，以提高少數(shù)民族預(yù)科學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

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作者：容學(xué)德 單位：廣西民族大學(xué)預(yù)科教育學(xué)院