微型化学实验的课程资源开发和利用

摘要：微型化学实验课程资源的开发和利用就是以微型化学实验为载体，使其能够进入化学课程，与化学教育教学活动相联系，并充分挖掘已开发出来的微型化学实验在化学课程中的教育教学价值。它对于传播绿色化学理念、促进化学新课程改革、转变化学学习方式、培养创新能力有重要意义。我们可以从国家、地方、学校三个层面对微型化学实验课程资源进行开发和利用。

关键词：微型化学实验；课程资源；开发和利用

一、微型化学实验课程资源的内涵及其开发和利用的价值

（一）微型化学实验课程资源的内涵

微型化学实验，英文名称为microscalechemicalexperiment或microscalelaboratory，简写为M.L。美籍华裔化学家马祖圣教授提出微型化学实验是以尽可能少的试剂，获取所需化学信息的实验原理和技术。中国微型化学实验研究中心主任周宁怀教授认为微型化学实验是在微型化的仪器装置中进行的化学实验，其试剂用量为常规用量的1/1000～1/10，用量比对应的常规实验节省90%左右。这里提出微型化学实验的两个基本特征：仪器的微型化和试剂的微量化。因而，微型化学实验是指用微量的药品在微型的仪器中进行的实验。

课程资源是教育教学活动中一切可资利用的人力、物力以及自然资源的总和，它具有多样性、多质性、具体性、价值潜在性等特点。［1］课程资源种类繁多，研究者根据不同标准把课程资源分为：素材性资源和条件性资源；自然课程资源和社会课程资源；文字资源、活动资源和信息资源；显性资源和隐性资源；思想资源、知识资源、人力资源、物力资源等几个子系统。［2］从化学实验的地位看，化学实验是中学化学课程内容不可缺少的组成部分，是学生认识化学科学知识的重要工具和媒体，是化学教学认识过程中一个重要环节。［3］微型化学实验作为一种方法与技术，不仅是人们认识化学物质世界的结果与结晶，更是生成化学课程的强有力的工具和推动力，是目的与手段的统一。其课程资源既是素材性资源又是条件性资源。

从系统角度看，微型化学实验课程资源是由微型化学实验仪器（硬件），微型化学实验内容的设计（软件），微型化学实验的课程与教学设计（应用），掌握微型化学实验的教师和学生等多个要素组成的系统。微型化学实验课程资源的开发和利用就是以微型化学实验为载体，使其能够广泛地进入化学课程，与化学教育教学活动相联系，并充分挖掘已开发出来的微型化学实验在化学课程中的教育教学价值。其开发的价值取向是有利于学生对化学物质世界探究的学习化课程资源，把重心放在为学生学习构筑一个意义建构的生态化学习环境，为学生“学”的进程提供显性和隐性的资源支持。

（二）微型化学实验课程资源开发和利用的价值

1.传播绿色化学理念

绿色化学可诠释为环境友好化学，其核心内涵是指在化学反应过程和生产过程中，尽量减少或彻底清除使用和产生有害物质，即不是被动地治理环境污染，而是主动地防止化学污染，将污染消灭在生产源头的化学。它使用化学药品的基本原则是：（1）不用危害品（Reject）；（2）减少用量（Reduce）；(3)循环使用（Recycle）；（4）收回利用（Reuse）。微型化学实验使用了尽可能少的试剂，减少了实验的“三废”，与上述4R原则是一致的。它把预防化学污染的思想贯穿于化学教育的全过程中，有利于学生绿色化学意识的形成。

2.促进化学新课程改革

在化学新课程的实施过程中，我们绝不能忘记前车之鉴：布鲁纳在20世纪60年代初引导的那场结构课程改革，那些精选优编的结构课程及教材，如CBA化学教材，到20世纪60年代末已经备受冷落。“其理论价值远未得到广泛肯定，而在教学实践的检验中几乎遭到完全的失败。”［4］在此，美国著名的课程论专家施瓦布认为，广大教师被排除在课程开发过程之外是其失败原因之一。［5］这说明教师作为重要的课程资源未能得到开发。就化学新课程改革看，我国中学班级多且规模大，常规化学实验课程资源的不足，是制约化学新课程改革深入的重要因素。推广微型化学实验，实现人手一套微型仪器，能给每个学生提供平等的学习机会，是化学课程资源开发和利用的新的生长点。

3.转变化学学习方式

化学新课程理念强化科学探究意识，促进学习方式的转变。这实际上是教学重心由教转向学。如果学生各自拥有一套微型实验装置和药品，那么，就有权决定何时、何地、以什么方式使用此资源，例如学生课前预习、课中学习、课后复习都能按照自己的思维进行实验，能在实验室、教室甚至家庭做实验。它拓宽了学生科学探究的空间，让学生有更多的机会主动地体验探究过程，养成科学态度，学会科学方法。

4.培养创新能力

传统的化学实验教学，学生往往“照方抓药”，无需太多的思考，经常处于被动地位。这主要是受常规实验条件的限制，一组多人实验，有的学生亲自动手完成实验的机会少。如果能在教学中引入微型化学实验，由于仪器的微型化和试剂的微量化，给实验方法的重新设计、改造和组合创造一个很大的思维空间。这对活跃学生思维，激发创造欲望，培养创新能力有重要价值。

二、我国微型化学实验课程资源开发和利用的现状分析

崛起于20世纪80年代末的微型化学实验至今已成为国际化学教育发展重要趋势的一个标志。我国的微型化学实验研究在周宁怀教授的倡导与推动下，从上世纪90年代初开始进行研究至今，已经取得了重要成果。1989年微型化学实验课题研究协作组成立；1992年教育部颁布的化学教学大纲中特别指出“进行微型实验，以完成实验教学任务”；1995年国家教委已将微型化学实验仪器列入中学理科教学仪器配备目录，2000年配备目录又增加了塑料仪器；1999年正式成立全国微型化学实验中心；微型化学仪器研制开发呈现“百花齐放”、多种型号并存的局面；出版了《微型有机化学实验》《微型无机化学实验》《微型化学实验设计与实践》等书；举行了六届全国微型化学实验研讨会和四届中学微型化学实验学术会议。微型化学实验仪器的开发及其研究取得了一定的成就，但是，它并没有在中学化学教学中得到大面积的推广。［6］微型化学实验未能作为课程资源进入化学教学中，究其原因，大致有以下几点。

其一，教师对微型化学实验认识的偏差。有的教师提出：微型化学实验好是好，中考、高考考不考？微型化学实验是否会影响学生掌握常规实验的操作规范？采用微型实验后，常规实验怎么办？笔者认为，随着新课程改革的推进，高考实验题在逐步发生变革。高考命题强调灵活运用所学的自然科学理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并处理相关的问题。微型化学实验与此并无矛盾。事实上，近年来，高考化学试题已经出现了类似于微型化学实验设计的实验方法和仪器的试题。例如，2005年高考理科综合能力测试（北京卷）的第27、28题，2006年普通高等学校招生全国统一考试化学试卷（上海）的第11、18、26题等。同时，从第29届国际奥林匹克化学竞赛开始，以后各届奥赛的实验部分都有采用微型实验仪器的操作，这表明我国和国际化学界对微型化学实验的重视。应该看到，操作的规范性是相对的，实验操作是否规范取决于实验的安全、科学、简洁和方便以及实验现象明显和实验误差降低到最小。从这个意义上说，微型实验和常规实验操作，形式上可能有所不同，但本质上是一致的。例如，用胶头滴管向试管内滴加液体与用多用滴管向点滴板中滴加液体，其本质是相通的。至于微型化学实验和常规化学实验的关系应是有机结合，是实验教学的“一体两翼”。这是因为微型化学实验不能完全代替常规化学实验。如分离和提纯的方法和技术，微型实验难以实现。

其二，微型化学实验课程资源开发的缺陷。（1）微型化学实验仪器和实验设计的不足。例如，微型塑料型仪器不能加热，塑料本身能与一些化学试剂起反应而使其应用受到了影响。微型化学实验的不足，有微型实验本身固有的缺陷，有开发微型化学实验的方法与技术存在的局限性等。（2）微型化学实验研究的单一。从已发表的微型化学实验研究的看，研究集中于微型实验装置的设计和仪器的改进方面，很少涉及教师和学生如何运用微型化学实验的教与学，没有形成系统的整体的微型化学实验改革方案，微型化学实验的教学功能和教学效果未能得到科学的论证。有关微型化学实验的课程与教学设计的资源相对较少。

三、微型化学实验课程资源开发与利用的基本途径

（一）国家层面的微型化学实验课程资源的开发和利用

1．国家化学课程标准要明确微型化学实验的内涵

对于微型化学实验的定义，目前国内外尚无统一的说法，由此，人们在一定程度上对微型化学实验存在着认识偏差。例如有人把“用量为5mL的浓硫酸和细铜丝、用量为10mL30%的H₂O₂溶液与生锈的铁丝，分别在具支试管里的反应”说成是微型实验，［7］这是明显不妥的。所以，有必要明确“仪器的微型化和试剂的微量化”的相对标准。教育部2003年制订的《普通高中化学课程标准（实验）》中提出的“课程资源的开发与利用建议”中，却未能明确提出微型化学实验课程资源的开发，这不能不说是一种遗憾。笔者认为，鉴于微型化学实验已经成为二十世纪八十年代以来的化学领域引人瞩目的重大变革之一，国家化学课程标准理应明确阐明微型化学实验的内涵。

2．国家化学新教材中要渗透微型化学实验

目前，依据初、高中化学课程标准编写的多部化学教科书已陆续出版发行。对于有关化学实验的教学和习题设计，教材多采用常规化学实验装置，很少涉及微型实验装置。人教版选修模块教材《实验化学》中，在“化学实验的绿色追求”课题中，提出了实验小型化、微型化的建议，并安排了用微型实验仪器和代用品进行的实验，这也是在我国首次把微型实验引入到教科书中。教材是最主要的课程资源。为此，笔者建议：在教师教学参考书中介绍微型化学实验的特点、历史背景，国内外微型化学实验发展的历程以及微型化学实验仪器开发的现状；在化学教科书有关“拓展视野”的部分，精选少量的微型化学实验素材编入其中；在化学实验习题的设计中，引入用微型化学实验解决化学问题的方法与技巧；在学生课外实验中，引导学生用诸如大头针、铅笔芯、多用塑料滴管和电池设计水的电解和爆鸣微型实验等。