規(guī)范實驗操作 實現(xiàn)實驗綠色化

樊彥伶

【摘 要】本文從綠色化學的角度,從教育心理學、化學實驗系統(tǒng)等方面來探討在化學實驗教學中規(guī)范實驗操作的必要性和措施。

【關(guān)鍵詞】規(guī)范 化學實驗 綠色化

化學是一門實驗科學,在化學實驗教學中,要使學生形成良好的實驗習慣、規(guī)范的實驗操作、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和科學的思維方法。在日常教學中,因為實驗操作不規(guī)范造成的教學事故時有發(fā)生,造成的藥品浪費和環(huán)境污染也不容忽視,和綠色化學的要求相去甚遠。因此,在化學實驗教學中要規(guī)范實驗操作,實現(xiàn)實驗的綠色化。

一、從教育心理學觀點看規(guī)范實驗操作的必要性

以班杜拉(Bandura)為代表的社會學習理論值認為,人類的大多數(shù)行為是通過觀察學習(observational learning)而習得的。觀察學習是學習者在一定的社會情境中,通過觀察別人的行為方式和行為結(jié)果,進行的間接學習。學習者在對榜樣進行模仿時,對自己的行為確定了一個參照標準,在此基礎(chǔ)上的行為若符合此標準,則會使自我效能感增強,產(chǎn)生積極地、愉快的心理體驗和滿足感。這樣,學習者自然地就會強化他模仿的行為。英國著名的教育家約翰·洛克也特別重視榜樣和示范在教育中的作用。洛克認為“教導兒童”的方法中,“最高明,最容易而又最有效的辦法是把他們應該做的或者應該避免的事情的榜樣放在他們的面前”,“指給他們看”,再經(jīng)教師“口頭上的開導”,使之“懂得更清楚,印象更深刻”。在實驗教學中,教師的實驗綠色化的行為,如嚴格控制藥品的取用和稱量、液體的量取和轉(zhuǎn)移、實驗廢棄物的處理及實驗綠色化的改進等,會通過學習者的觀察和模仿加以強化。

馬斯洛認為,動機是由多種不同層次與性質(zhì)的需求所組成的,需求層次理論將人的需求劃分為七個層次,由低到高,分別是生理需要、安全需要、社交需要、尊重需要、自我實現(xiàn)需要,每個需求層次必須得到實質(zhì)性的滿足后,才會激活下一個目標。安全需要是人類的第二層次的需要,如果安全需要得不到滿足,其他更高層次的需要就不可能實現(xiàn)。規(guī)范實驗操作是實驗綠色化的基礎(chǔ),可以為學生提供更為安全、無害于健康的實驗環(huán)境和心理氛圍,使學生克服實驗畏懼心理,樂于進行化學實驗。

因此,在實驗教學中教師應注意成為學生學習的楷模。在實驗中自覺規(guī)范實驗操作,做到言行一致。實驗教學中教師首先要以身作則,在實驗演示時規(guī)范實驗操作,這是進行實驗綠色化的關(guān)鍵。教師準確熟練的操作可避免因藥品灑落、液體飛濺、暴沸、毒氣溢出、倒吸試管破裂等造成的污染、浪費、人身安全事故等。學生在觀察學習時才會學習到正確的行為。教師實驗過程中,要注意限定藥品用量,在保證實驗效果的基礎(chǔ)上盡可能地減少藥品用量,把好的經(jīng)驗傳播給學生,并且妥善處理化學實驗的廢棄物,以身作則,正確引導學生。這樣既提高了實驗的科學性和安全性、又為實驗操作的規(guī)范化奠定了基礎(chǔ),還培養(yǎng)了學生良好的實驗習慣、同時也增強了學生的環(huán)境保護意識。

二、從系統(tǒng)的觀點看規(guī)范實驗操作的措施

現(xiàn)代系統(tǒng)論的觀點認為,自然界的一切事物,它們無不都是系統(tǒng),即自然界中,物質(zhì)系統(tǒng)式普遍存在著的。那么,什么是系統(tǒng)呢?人們把由各種不同要素組成的,具有一定結(jié)構(gòu)和功能的有機整體叫做系統(tǒng)?；瘜W實驗也是一個系統(tǒng),盡管在化學科學研究和化學教學中,可以把化學實驗分為不同類型,但是從認識論角度看,它們都是由相同的要素,按照一定的相互聯(lián)系方式而構(gòu)成的有機整體。如果從相對靜止的角度,對每一項具體的實驗做微觀結(jié)構(gòu)剖析,其構(gòu)成的基本要素有三個:化學實驗者、化學實驗手段(包括儀器、裝置以及科學方法)和化學實驗對象。如果從動態(tài)角度看,每項具體化學實驗又都是由緊密相聯(lián)的化學實驗的準備、化學實驗的實施展開和化學實驗的結(jié)束這樣三個階段所組成。

下面就從動態(tài)角度看,在化學實驗教學中如何在學生實驗中規(guī)范實驗操作,以實現(xiàn)實驗的綠色化:

在學生分組實驗前,教師一定要強調(diào)學生實驗前復習有關(guān)知識,明確實驗目的和要求,設(shè)計好實驗方法和實驗步驟,按正確步驟進行實驗。提高實驗的成功率,避免重復實驗,造成不必要的浪費。例如,在銀氨溶液在配制時,要防止加過量的氨水,且隨配隨用,不可久置,以免發(fā)生爆炸,造成危險。又要做好氣密性檢驗工作,以防實驗中產(chǎn)生的有毒氣體泄漏到空氣中,對大氣和人體造成危害。實驗過程中,要有意識地引導學生進行規(guī)范的的實驗操作,注意及時指出學生的錯誤操作。務必要求學生做到基本操作正確而且規(guī)范化,使學生在藥品的取用、物質(zhì)的稱量、液體的量取和轉(zhuǎn)移、物質(zhì)的加熱、玻璃儀器的洗滌、液體的過濾和分液等做到動作準確、操作熟練、運用靈活,可避免因操作失誤造成的污染。特別對于毒性較大的化學實驗一定要嚴格按照實驗操作規(guī)程,在通風柜內(nèi)或者通風效果好的地方進行,以免產(chǎn)生的有害氣體污染實驗室,危及學生的健康。還要強化學生的節(jié)約意識,引導學生時刻注意節(jié)約藥品,能少用的一定要少用,能回收的一定要回收,能循環(huán)使用的一定要循環(huán)使用,這樣既節(jié)省了實驗經(jīng)費,又保護了環(huán)境。盡量讓學生在定性實驗中養(yǎng)成使用藥品的有量化意識。這樣既節(jié)省藥品,減少污染,又方便操作,易讓學生接受、觀察和記憶,從而培養(yǎng)學生嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度和科學的實驗方法。例如,讓學生在元素化合物的性質(zhì)實驗如物質(zhì)的分離、檢驗綜合性實驗中,逐步養(yǎng)成在少量的待測液中逐滴加入試劑的操作習慣。凡是使用后還燃著(有明火)的火柴梗,都應該放在玻璃片、瓷片或鐵架臺等指定的安全地方,即使是安全地方,也不可以有潛意識隨意丟棄垃圾的習慣動作。在實驗結(jié)束后,要監(jiān)督學生做好實驗的收尾工作,實驗完畢后所有的儀器必須清洗干凈,以防有毒物質(zhì)緩慢揮發(fā)對教室及儀器室的污染。對實驗產(chǎn)生的“三廢”要妥善處理,廢液、廢渣嚴格按實驗要求,倒入廢液缸或指定地方,不準隨意傾倒沖洗;用剩的金屬料(片)要回收;用剩試劑交實驗教師處理。

三、規(guī)范實驗操作,實現(xiàn)實驗綠色化的具體辦法

現(xiàn)行高中化學教材中,很多實驗的藥品用量在教材中都未明確給出限量,大多用“少量”、“少許”、“適量”、“一定量”等籠統(tǒng)的詞來限定,以至學生很難把握藥品的實際用量。即使有時候定出藥品的用量,教師和學生常常忽視稱量,憑經(jīng)驗大概地估計取用藥品,也有因為學生缺乏足夠的實驗經(jīng)驗和熟練的操作技能作依托,以致對這些數(shù)量詞確切含義直觀形象的理解,難以粗略估計取樣,還有的學生憑興趣做實驗,他們常常認為藥品越多,現(xiàn)象越好。這樣既可能影響實驗的科學性和實驗的效果,又會造成藥品的浪費,還會對環(huán)境造成一定的污染。因此,教師要規(guī)定用量和濃度,取最小量或采用微型實驗,以方便學生操作、節(jié)省藥品、減少對環(huán)境污染為原則。明確規(guī)定藥品用量和濃度,既方便實驗員配置溶液,又方便教師和學生操作,更易于讓學生接受、觀察、記憶和與其他同學的實驗進行對照,從而培養(yǎng)學生嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度和科學的實驗方法,同時又能節(jié)約實驗藥品,減少污染。實驗時引導學生盡量控制反應物的用量,只要能得到準確明顯的結(jié)果,能觀察到物質(zhì)的存在,了解和掌握它的性質(zhì)即可。不要因為感興趣而亂加試劑,尤其象銅和熱濃硫酸反應、銅和硝酸反應這些有毒產(chǎn)物生成的實驗,更應該盡量利用少量物質(zhì)反應,把污染減少到最低程度。

如果學生缺乏毒有害物質(zhì)危害性的知識,他們就不能夠理解為什么要限制藥品的用量,就會隨興而加,任意浪費。在實驗教學中實現(xiàn)實驗的綠色化,不僅要加強規(guī)范操作實驗操作技能的訓練,提高實驗動手率,而且還有必要讓學生弄清楚為甚要嚴格限定反應物用量,其用意何在等問題。例如,在檢驗硫酸根離子的實驗中,學生往往加入過多的氯化鋇溶液。如果學生知道水體中含鋇最高允許濃度為1.0mg/L,多余的鋇離子會造成水質(zhì)污染,影響生態(tài)環(huán)境。而硫酸鋇的溶解度很小,只要生成很少量就會看到沉淀,而且不易被動物吸收。所以鋇餐就是吃硫酸鋇,而不是氯化鋇,如果吃了氯化鋇就會重金屬中毒。學生了解了這種情況就會注意藥品的用量,規(guī)范實驗操作。同理,檢驗氯離子時,也只要加入少量的硝酸銀就可以了。蛋白質(zhì)的變性實驗,要使用到乙酸鉛溶液,教材中沒有具體量化。鉛是可以在人體和動物組織中蓄積的有毒金屬,主要毒性效應是導致貧血癥、神經(jīng)機能失調(diào)和腎損傷。鉛會影響植物的光合作用和蒸騰作用。鉛對生物的安全濃度為0.16mg/L。如果學生了解了鉛的毒害性,就會注意滴加的量?？梢?在平時的教學中就要注意滲透化學品的毒害性和正確使用的知識,這樣學生自己動手實驗起來才能自覺注意操作的規(guī)范性。

對一些危險系數(shù)大的實驗操作,教師可以借助多媒體也演示錯誤的操作造成的嚴重后果?；瘜W實驗基本操作是學生必須要掌握的基本技能,錯誤的操作會有什么危害由于學生并未親自做過,老師也不允許做,學生往往記不住。若用CAI模擬違規(guī)操作,將產(chǎn)生的不良后果展示給學生,讓學生看到錯誤操作的嚴重性,給學生以強有力的刺激,可以有效地防止錯誤操作的發(fā)生。例如,濃硫酸的稀釋,可以模擬將水加入濃硫酸后,液體四處飛濺,還可以模擬用啟普發(fā)生器制乙炔等。特別是如果不注意規(guī)范實驗操作,造成的爆炸、毒氣泄漏等危險事故,還有肆意排放實驗室“三廢”對環(huán)境造成的惡劣影響等,利用CAI模擬這些錯誤操作的的后果,使學生獲得鮮明的印象,對規(guī)范操作的重要性有更加深刻的體驗和認識。

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