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無機(jī)化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用與利弊
微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是指在微型化的儀器裝置中進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，下面是小編搜集整理的一篇探究微型實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施效果的論文范文，供大家閱讀借鑒。
摘要：微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是指在微型化的儀器裝置中進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，具有污染少、費(fèi)用低、效果好等優(yōu)點(diǎn)。本教學(xué)組對(duì)大一無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)微型化進(jìn)行了一些嘗試，結(jié)果表明：學(xué)生對(duì)微型實(shí)驗(yàn)接受良好，普遍認(rèn)為微型實(shí)驗(yàn)不影響實(shí)驗(yàn)效果，現(xiàn)象易于觀察，試劑用量與排放均大幅度減少。但對(duì)大一本科實(shí)驗(yàn)而言，微型實(shí)驗(yàn)不能完全代替常規(guī)實(shí)驗(yàn)，必須綜合進(jìn)行，在開放性實(shí)驗(yàn)中則可自行選題完全設(shè)計(jì)為微型實(shí)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：無機(jī)化學(xué);微型實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)體系
微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是指在微型化的儀器裝置中進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，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(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，符合化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(xué)實(shí)驗(yàn)自開展起來，在我國受到廣泛關(guān)注，實(shí)驗(yàn)技術(shù)日益完善[2]。無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在我校大一全年開設(shè)，實(shí)驗(yàn)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?cè)谝?guī)定實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)大一部分專業(yè)開展的無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程開展了微型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的嘗試。
在推廣學(xué)生實(shí)驗(yàn)前，教師首先確定微型實(shí)驗(yàn)體系的大致框架。學(xué)生實(shí)驗(yàn)主要限定于定性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)為在井穴板中進(jìn)行。常規(guī)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本為試管實(shí)驗(yàn)，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(jié)晶、過濾等。但微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)[3，4]。根據(jù)以上限制，我們?cè)谀壳伴_設(shè)的無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中選擇三個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(電解質(zhì)溶液、氧化還原反應(yīng)、配位化合物)作為微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的試點(diǎn)。教師先行實(shí)驗(yàn)確定適合進(jìn)行微型實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，并對(duì)其中少量實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)微型實(shí)驗(yàn)儀器和操作的要求，例如：(1)部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)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(diào)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容并驗(yàn)證后，教師編寫實(shí)驗(yàn)講義發(fā)給學(xué)生。講義中要求學(xué)生用常量實(shí)驗(yàn)方法與微量實(shí)驗(yàn)方法同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，提出改進(jìn)建議。
一、微型實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施效果
實(shí)驗(yàn)前，教師要求學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，查找相關(guān)資料，熟悉微量實(shí)驗(yàn)與常量實(shí)驗(yàn)的差別。實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)及時(shí)記錄現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后清洗回收井穴板，對(duì)比常規(guī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論微型實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是否明顯易觀察，操作是否可行，記錄需改進(jìn)部分，并總結(jié)感受提出建議。教師觀察到，實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生對(duì)井穴板的操作上手很快。因試劑用量少，對(duì)比實(shí)驗(yàn)都在孔中進(jìn)行，滴加試劑和清洗的時(shí)間減少，基本上微型實(shí)驗(yàn)時(shí)間比常規(guī)實(shí)驗(yàn)時(shí)間縮短三分之一到四分之一。學(xué)生普遍認(rèn)為微型實(shí)驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)是操作快速簡(jiǎn)便，井穴板中的實(shí)驗(yàn)均具顯著效果，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，如KMnO4與NaSO3的反應(yīng)，三個(gè)井穴孔中的顏色對(duì)比一目了然，又節(jié)約了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。從學(xué)生反饋來看，基本上都能夠接受微型實(shí)驗(yàn)這種實(shí)驗(yàn)方式，并認(rèn)為微型實(shí)驗(yàn)確實(shí)能夠在不影響實(shí)驗(yàn)效果的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)減少試劑用量、減輕實(shí)驗(yàn)室排放的目的。部分學(xué)生在對(duì)比后提出，微型實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間短，某些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可進(jìn)一步細(xì)化，例如實(shí)驗(yàn)內(nèi)容“酸度對(duì)氧化還原反應(yīng)速率和產(chǎn)物的影響”中，可增加不同酸度對(duì)反應(yīng)的影響。學(xué)生在課后思考中提出，“電解質(zhì)溶液”實(shí)驗(yàn)中有關(guān)“沉淀溶解”的部分中可以更換更無毒的藥品而達(dá)到相同的效果，例如用Ca(NO3)2和K2CO3反應(yīng)代替Pb(NO3)2和KI，以減輕污染又不影響實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｕf明學(xué)生能夠根據(jù)已有的知識(shí)開闊思維，主動(dòng)思考實(shí)驗(yàn)相關(guān)問題，探索更好的綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)，而不是單純被動(dòng)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這較好地改善了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度與思維能力。因此微型實(shí)驗(yàn)有利于引導(dǎo)學(xué)生更改實(shí)驗(yàn)條件、發(fā)現(xiàn)問題、應(yīng)用理論知識(shí)總結(jié)問題。
周密、精確和系統(tǒng)的觀察是一切科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)新發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)。微型實(shí)驗(yàn)的化學(xué)試劑用量少，反應(yīng)時(shí)間縮短，這就對(duì)學(xué)生的觀察能力提出了更高的要求，操作上必須更加仔細(xì)、認(rèn)真，態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，必須集中精力去觀察，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象印象更加深刻，有利于提高學(xué)生的動(dòng)手能力和培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。同時(shí)，學(xué)生也意識(shí)到，對(duì)于定性實(shí)驗(yàn)，并不是一定要試劑量大才能得到結(jié)果，采用微型實(shí)驗(yàn)?zāi)艿玫较嗤慕Y(jié)論，且儀器清洗方便快捷。在減輕污染方面，微型實(shí)驗(yàn)試劑用量少使實(shí)驗(yàn)桌上環(huán)境更整潔，三廢排放大大減少，不僅改善了實(shí)驗(yàn)室的工作環(huán)境，學(xué)生也反饋提出通過微型實(shí)驗(yàn)切實(shí)注意到了化學(xué)實(shí)驗(yàn)與保護(hù)環(huán)境的密切關(guān)系，在實(shí)驗(yàn)中更加認(rèn)真操作避免浪費(fèi)藥品，環(huán)保意識(shí)得到了增強(qiáng)。微型實(shí)驗(yàn)試劑用量為常規(guī)實(shí)驗(yàn)的10%～30%左右，降低了實(shí)驗(yàn)員的工作強(qiáng)度。微型實(shí)驗(yàn)主要采用井穴板，該儀器由透明的聚苯乙烯或有機(jī)玻璃經(jīng)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(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。
二、微型實(shí)驗(yàn)的利弊與存在問題
本教學(xué)組比較成功地將微型實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到了大一學(xué)生無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中。學(xué)生接受程度較好，不影響實(shí)驗(yàn)原有結(jié)果。學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成后要進(jìn)行相關(guān)思考，自行對(duì)比常規(guī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，用于討論解答實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象和問題，這提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒆詫W(xué)能力、分析問題和解決問題的能力。微型實(shí)驗(yàn)試劑量少，儀器小，反應(yīng)快，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，可適當(dāng)增加對(duì)比性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和元素化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)相應(yīng)內(nèi)容的理解，提高學(xué)生的探究能力。同時(shí)，試劑損耗以及廢液排放大幅度降低，提高了學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，降低了實(shí)驗(yàn)成本。
不足之處主要體現(xiàn)在：(1)微型實(shí)驗(yàn)儀器體積小，操作簡(jiǎn)易，容易使學(xué)生忽視基本操作的規(guī)范性，這就要求教師首先應(yīng)強(qiáng)調(diào)規(guī)范操作的重要性，進(jìn)行學(xué)生基本操作的訓(xùn)練，同時(shí)加強(qiáng)課中指導(dǎo)。(2)某些實(shí)驗(yàn)試劑用量太少現(xiàn)象不明顯，實(shí)驗(yàn)效果不理想，如某些性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，藥品量少必然導(dǎo)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(jìn)行，一些合成實(shí)驗(yàn)無法微型化。(4)井穴板對(duì)某些試劑有明顯的吸附作用，長(zhǎng)時(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中只能是微型實(shí)驗(yàn)與常規(guī)實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合。部分學(xué)生提出，微型實(shí)驗(yàn)占的比重偏低，在無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的操作相對(duì)比較簡(jiǎn)單，可以考慮在開放性實(shí)驗(yàn)中開展微型實(shí)驗(yàn)。根據(jù)本校開設(shè)的實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)，具體實(shí)施可有幾種形式：(1)學(xué)生自選實(shí)驗(yàn)課題，自行查找資料，自制實(shí)驗(yàn)器具或利用微型實(shí)驗(yàn)儀器箱;(2)將常規(guī)實(shí)驗(yàn)中一些連續(xù)性強(qiáng)、步驟多的合成實(shí)驗(yàn)單獨(dú)抽出，減量設(shè)計(jì)為小型實(shí)驗(yàn);(3)如何將現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)中一些小型合成實(shí)驗(yàn)串聯(lián)起來，產(chǎn)物可在不同實(shí)驗(yàn)中使用，提高藥品使用率。這樣可以充分地利用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，開闊學(xué)生視野，促進(jìn)學(xué)生充分思考，避免被動(dòng)接受，提高其創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才打下基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
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