無機化學微型實驗的應用與利弊

陳菲

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(xiàn)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

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）05-0252-02

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(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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的各種現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)有實驗中一些小型合成實驗串聯(lián)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.endprint