無機化學微型實驗的應用與利弊
微型化學實驗是指在微型化的儀器裝置中進行的化學實驗,下面是小編搜集整理的一篇探究微型實驗教學實施效果的論文范文,供大家閱讀借鑒。
摘要:微型化學實驗是指在微型化的儀器裝置中進行的化學實驗,具有污染少、費用低、效果好等優(yōu)點。本教學組對大一無機化學實驗教學微型化進行了一些嘗試,結果表明:學生對微型實驗接受良好,普遍認為微型實驗不影響實驗效果,現象易于觀察,試劑用量與排放均大幅度減少。但對大一本科實驗而言,微型實驗不能完全代替常規(guī)實驗,必須綜合進行,在開放性實驗中則可自行選題完全設計為微型實驗。
關鍵詞:無機化學;微型實驗;實驗體系
微型化學實驗是指在微型化的儀器裝置中進行的化學實驗,其基本特征包括試劑微量化和儀器微量化[1]。它具有節(jié)省試劑、減小污染、縮短時間等優(yōu)點,符合化學實驗綠色化的5R原則:減量(reduction)、循環(huán)利用(reusing)、回收(recycling)、再生(regeneration)、拒用(rejection)。微型化學實驗自開展起來,在我國受到廣泛關注,實驗技術日益完善[2]。無機化學實驗課程在我校大一全年開設,實驗人次較多,藥品需求量大,所用試劑超過一半是有毒或者無毒但能造成環(huán)境污染的。為此,我們在規(guī)定實驗的基礎上,對大一部分專業(yè)開展的無機化學實驗課程開展了微型實驗教學的嘗試。
在推廣學生實驗前,教師首先確定微型實驗體系的大致框架。學生實驗主要限定于定性實驗,設計為在井穴板中進行。常規(guī)無機化學實驗基本為試管實驗,涉及的操作主要有稱量、加樣、滴管、混合、加熱、攪拌、離心、萃取、結晶、過濾等。但微型化學實驗的操作方法與常規(guī)儀器不同,加熱、萃取、沉淀分離(離心、過濾等)等操作也因儀器本身的限制仍需做常規(guī)實驗[3,4]。根據以上限制,我們在目前開設的無機化學實驗中選擇三個實驗項目(電解質溶液、氧化還原反應、配位化合物)作為微型化學實驗的試點。教師先行實驗確定適合進行微型實驗的內容,并對其中少量實驗步驟進行調整以適應微型實驗儀器和操作的要求,例如:(1)部分實驗現象通過顏色改變來觀察,如果試劑用量過少則變色不明顯,可調整濃度;(2)在井穴板中加固體試劑不易溶解,可考慮改成液體試劑等。確定實驗內容并驗證后,教師編寫實驗講義發(fā)給學生。講義中要求學生用常量實驗方法與微量實驗方法同時進行實驗,并對實驗結果進行分析、評價,提出改進建議。
一、微型實驗教學實施效果
實驗前,教師要求學生進行預習,查找相關資料,熟悉微量實驗與常量實驗的差別。實驗過程中,應及時記錄現象,實驗結束后清洗回收井穴板,對比常規(guī)實驗結果,討論微型實驗現象是否明顯易觀察,操作是否可行,記錄需改進部分,并總結感受提出建議。教師觀察到,實驗過程中,學生對井穴板的操作上手很快。因試劑用量少,對比實驗都在孔中進行,滴加試劑和清洗的時間減少,基本上微型實驗時間比常規(guī)實驗時間縮短三分之一到四分之一。學生普遍認為微型實驗最大的優(yōu)點是操作快速簡便,井穴板中的實驗均具顯著效果,實驗現象明顯,如KMnO4與NaSO3的反應,三個井穴孔中的顏色對比一目了然,又節(jié)約了實驗時間。從學生反饋來看,基本上都能夠接受微型實驗這種實驗方式,并認為微型實驗確實能夠在不影響實驗效果的基礎上,實現減少試劑用量、減輕實驗室排放的目的。部分學生在對比后提出,微型實驗所需時間短,某些實驗內容可進一步細化,例如實驗內容“酸度對氧化還原反應速率和產物的影響”中,可增加不同酸度對反應的影響。學生在課后思考中提出,“電解質溶液”實驗中有關“沉淀溶解”的部分中可以更換更無毒的藥品而達到相同的效果,例如用Ca(NO3)2和K2CO3反應代替Pb(NO3)2和KI,以減輕污染又不影響實驗目的。說明學生能夠根據已有的知識開闊思維,主動思考實驗相關問題,探索更好的綠色化學實驗,而不是單純被動完成實驗內容,這較好地改善了學生的學習態(tài)度與思維能力。因此微型實驗有利于引導學生更改實驗條件、發(fā)現問題、應用理論知識總結問題。
周密、精確和系統(tǒng)的觀察是一切科學實驗、科學新發(fā)現的基礎。微型實驗的化學試劑用量少,反應時間縮短,這就對學生的觀察能力提出了更高的要求,操作上必須更加仔細、認真,態(tài)度嚴謹,必須集中精力去觀察,學生對實驗現象印象更加深刻,有利于提高學生的'動手能力和培養(yǎng)學生嚴謹的科學態(tài)度。同時,學生也意識到,對于定性實驗,并不是一定要試劑量大才能得到結果,采用微型實驗能得到相同的結論,且儀器清洗方便快捷。在減輕污染方面,微型實驗試劑用量少使實驗桌上環(huán)境更整潔,三廢排放大大減少,不僅改善了實驗室的工作環(huán)境,學生也反饋提出通過微型實驗切實注意到了化學實驗與保護環(huán)境的密切關系,在實驗中更加認真操作避免浪費藥品,環(huán)保意識得到了增強。微型實驗試劑用量為常規(guī)實驗的10%~30%左右,降低了實驗員的工作強度。微型實驗主要采用井穴板,該儀器由透明的聚苯乙烯或有機玻璃經精密注塑而成的,儀器破損也明顯減少,且可循環(huán)使用,這樣可大量節(jié)約實驗經費。
二、微型實驗的利弊與存在問題
本教學組比較成功地將微型實驗應用到了大一學生無機化學實驗中。學生接受程度較好,不影響實驗原有結果。學生實驗完成后要進行相關思考,自行對比常規(guī)實驗結果,用于討論解答實驗過程中出現的各種現象和問題,這提高了學生的實驗能力、自學能力、分析問題和解決問題的能力。微型實驗試劑量少,儀器小,反應快,縮短了實驗時間,可適當增加對比性實驗內容和元素化學實驗內容,增強學生對相應內容的理解,提高學生的探究能力。同時,試劑損耗以及廢液排放大幅度降低,提高了學生的環(huán)保意識,降低了實驗成本。
不足之處主要體現在:(1)微型實驗儀器體積小,操作簡易,容易使學生忽視基本操作的規(guī)范性,這就要求教師首先應強調規(guī)范操作的重要性,進行學生基本操作的訓練,同時加強課中指導。(2)某些實驗試劑用量太少現象不明顯,實驗效果不理想,如某些性質實驗,藥品量少必然導致顏色淺或是沉淀量少,不易觀察。(3)加熱、萃取、分離等操作不適合在微型儀器中進行,一些合成實驗無法微型化。(4)井穴板對某些試劑有明顯的吸附作用,長時間后難于清洗,如高錳酸鉀等有顏色的溶液。因此在本科的實驗教學中只能是微型實驗與常規(guī)實驗的有機結合。部分學生提出,微型實驗占的比重偏低,在無機化學實驗中的操作相對比較簡單,可以考慮在開放性實驗中開展微型實驗。根據本校開設的實驗特點,具體實施可有幾種形式:(1)學生自選實驗課題,自行查找資料,自制實驗器具或利用微型實驗儀器箱;(2)將常規(guī)實驗中一些連續(xù)性強、步驟多的合成實驗單獨抽出,減量設計為小型實驗;(3)如何將現有實驗中一些小型合成實驗串聯起來,產物可在不同實驗中使用,提高藥品使用率。這樣可以充分地利用微型化學實驗的優(yōu)勢,開闊學生視野,促進學生充分思考,避免被動接受,提高其創(chuàng)新能力和動手能力,為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才打下基礎。
參考文獻:
[1]李晉國.微型化學實驗教學資源開發(fā)利用的原則和策略[J].長治學院學報,2012,(2):63-65.
[2]周寧懷.微型無機化學實驗[M].北京:科學技術出版社,2002.
[3]李成未,鄭會勤,司晚令.無機化學實驗綠色化設計與研究[J].河南教育學院學報(自然科學版),2011,20(3):59-61.
[4]韓春平.微型化學實驗在教學改革中的應用[J].內蒙古民族大學學報,2012,18(2):141-142.
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