高等师范院校开展微型化学实验之浅见

2022-09-12

1 微型化学实验

近些年来, 微型化学实验以其具有设计新颖、现象明显、绿色环保、节约试剂和仪器开支等优点[1]日益受到国内外化学界的重视。

1.1 微型化学实验的定义

微型化学实验, 常见的英文名称有三个:Microscale Chemical Experiment (微型化学实验) Microscale Laboratory (微型实验) Microscale Chemistry (微型化学) 。美籍华裔化学家马祖圣教授 (Prof.T.S.Ma) 提出[2]:微型化学实验是以尽可能少的试剂来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的周宁怀教授[3]认为:“在微型化的仪器装置中进行的化学实验, 其试剂用量比对应的常规实验节省9 0%以上”。

1.3 国外微型化学实验研究概况

现代微型化学实验研究最早是美国的Mayo和Pike等人, 1986年Mayo等编著的《微型有机实验》出版, 研究开发了一套以他的名字命名的微型仪器, 并成功的应用于大学二年级的基础有机化学的微型化学实验。国际上著名的美国化学教育杂志1989年起就开辟了微型化学实验专栏, 并于1993年成立了全美微型化学实验研究中心。Zvi Seafram与他的同事们在实践的基础上于1990年编著出版了《微型无机化学实验》。J.L.Mills和M.L.Hampton合著的《普通化学微型实验》汇集了大学一年级的微型化学实验2 0个。Zvi Seafram等人又于1994年出版了《微型普通化学实验》一书。与此同时, 加拿大、德国、瑞士、日本、澳大利亚以及印度等国家, 也不同程度的开展了微型化学实验的研究和应用工作。

1.4 国内微型化学实验研究概况

微型化学实验在中国的研究相对晚些, 1989年才由我国高等学校化学教育研究中心列入科研计划, 华东师范大学和杭州师范学院牵头成立了课题组并开始了相关的研究与应用。1992年, 我国自编的首本《微型化学实验》出版面世, 此后, 浙江大学李明馨教授主编的《普通化学实验》、周宁怀教授主编的《微型化学实验》、《微型无机化学实验》和《微型有机化学实验》相继问世[4]。目前国内已有800余所大中院校开展微型化学实验。我国的微型化学实验的全面推广和采用已经具备了良好的工作基础与环境。

2 开展微型化学实验的意义

微型化学实验作为一种创新、绿色、节约和具有启发性的试验方式, 它在高等师范教育教学中有着众多的优势和重要的意义。

2.1 能够节约实验的各项成本

近年来, 高校普遍不断迅速扩招, 迅速增加的学生与基础教学设施的矛盾愈显突出, 对微型化学实验的研究和应用更加受到各方面的高度重视。

2.1.1 能够大幅度的节约实验经费

对于一些实验, 采用微型实验后, 试剂消耗量是常规实验的10%以下, 即节约了90%的药品消耗, 从而有效地缓和了经费紧张的矛盾。

2.1.2 能够降低仪器和设施购置费, 提高实验设施利用率

微型化学实验仪器价格便宜, 学生人手一套, 由学生自己保管, 做完实验由学生带回宿舍。

2.1.3 能够提高实验室使用效率、减少仪器破损

微型化学实验中试剂量小, 实验时间短, 加快了实验室周转, 可以缓解实验室紧张的矛盾, 也减小了水、电等能源的消耗。

2.1.4 减轻实验技术人员的劳动强度

微型化学实验仪器由学生本人保管, 使实验技术人员有更多的时间和精力去进行实验教学研究, 更好地为化学实验教学改革服务, 为教学改革, 提高教学质量创造更多的有利条件。

2.2 开展微型化学实验教学有利于普及绿色化学, 保护环境

绿色化学, 使用化学品的原则是不用危害品 (reject) 、减少用量 (reduce) 、循环使用 (recycle) 、收回重用 (reuse) , 是成为绿色化学的一个部分。

2.2.1 减少对环境的污染, 避免不安全隐患, 使学生增强环保意识

采用微型化学实验产生的有害有毒物质大大减少, 对有毒有害的物质容易收集处理, 明显降低对环境的污染, 是绿色化学实施环境可持续发展战略的一部分。

2.2.2 增强学生的环保意识, 有助于提高全民环保意识

高等师范院校主要承担着培养中小学教师的任务, 开展微型化学实验不仅可以提高学生自身的环境意识, 还可以为他们在今后的教学工作中, 推广普及环境教育起到基础和示范的作用, 培养学生的公共道德伦理观念。

2.3 能够提高教学质量, 符合教育教学改革发展的方向

2.3.1 培养学生的独立的动手操作能力, 有助于提高学生实验兴趣

微型化学实验设计巧妙, 富有趣味性, 仪器小巧玲珑, 使用方便, 人手一套仪器, 但其所用试剂量少, 要求学生必须更加认真, 更加仔细, 才能得到正确的结果, 这就更有利于培养学生的严谨的科学态度和良好的实验习惯, 同时也激发了学生的学习积极性。

2.3.2 缩短实验时间, 丰富实验内容

在总课时不变的情况下, 由于采用微型实验手段教学, 可以增加过去因试剂价格昂贵或实验条件苛刻或处理不安全等不能开设的实验内容, 使学生在有限的课时内接触更多的内容, 观察到更多的现象, 学到更多的知识[4]。

2.3.3 能够培养学生的创造精神

微型化学实验由常量到微量的变化并不是, 简单机械的减少药品剂量, 它需要学生灵活运用所学的知识, 对实验进行设计, 改造, 组合各种装置、仪器, 有效的锻炼了学生的创新意识, 创新能力, 增强了学生的自信心, 通过实验的总结、分析其创造能力得到很好的开发[5]。

3 开展微型化学实验的思考与展望

微型化学实验毕竟是一门新兴的实验技术, 其本身还存在一定的局限性: (1) 由于仪器粘附等损耗相对于原料用量的比例较大, 微型化学实验制备物质的产率偏低。 (2) 由于微型化学实验与一般实验仪器差别很大, 教师在指导微型化学实验时一定要注意实验条件的选择。 (3) 缺少配套教材。需要更加广泛的进行宣传, 出版相应的配套教材。 (4) 仪器短缺, 没有配套, 购买不方便[6]。

摘要：微型化学实验在国内外的教学与研究中受到广泛的重视, 化学家王积涛教授指出:“微型实验的设计是当前我国化学实验改革的大方向。”笔者对微型化学实验做了一些讨论, 认为:由于微型化学实验有着众多优点, 在化学实验教学改革中必将会大力开展普及。

关键词：高等师范学院,教育教学改革,微型化学实验