微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的研究

曾 紅， 丁慧萍*

（塔里木大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的研究

曾 紅， 丁慧萍*

（塔里木大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

摘 要：微型化實(shí)驗(yàn)由于較好的教學(xué)效果和顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益，成為當(dāng)前化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的方向之一?；诖?，從實(shí)驗(yàn)儀器裝置、實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、創(chuàng)新性、與探究教學(xué)的整合這五個(gè)方面對(duì)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的研究進(jìn)行了總結(jié)，從而為微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)；基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)；研究

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，對(duì)學(xué)生操作技能的提高和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)起著重要的作用。目前，由于試劑、儀器價(jià)格不斷上漲，許多院校經(jīng)費(fèi)不足，只能購(gòu)買一些常規(guī)試劑，勉強(qiáng)維持常規(guī)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，無(wú)法開(kāi)展新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、直接影響化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量和效果。而且隨著課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革的不斷深入，化學(xué)實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)數(shù)不斷減少，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也減少，降低了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量。為了改善此現(xiàn)狀，提高高校學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，也為了迎合“提倡節(jié)約、反對(duì)浪費(fèi)”和“綠色、安全、有效”的國(guó)家政策，探索出一套適合高?；A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法就顯得異常重要。

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一種新技術(shù)、新方法，相對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，它具備兩個(gè)突出的特征：一是實(shí)驗(yàn)儀器裝置的微型化；二是化學(xué)實(shí)驗(yàn)試劑用量少。本文主要從儀器裝置、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、創(chuàng)新性、與探究教學(xué)的整合五個(gè)方面對(duì)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的研究進(jìn)行了總結(jié)，從而為基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)儀器裝置的微型化研究

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)離不開(kāi)微型化的實(shí)驗(yàn)儀器裝置，微型化實(shí)驗(yàn)儀器裝置試劑用量是常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器裝置的十分之一到千分之一之間[1]，但卻可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、實(shí)驗(yàn)過(guò)程安全、實(shí)驗(yàn)操作方便和減少環(huán)境污染的效果。目前，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器主要有兩種：一種是我國(guó)自行設(shè)計(jì)研發(fā)的適用于基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的微型儀器裝置，如微型化學(xué)制備儀[2]、多孔滴管、井穴板、多用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)鐵架臺(tái)、環(huán)保電解裝置、安全氣體制備裝置、可回收可調(diào)式裝置等以及研發(fā)的成套的規(guī)范化的適用于大學(xué)及大中專院校的微型化學(xué)儀器實(shí)驗(yàn)箱等；另外一種是用廢棄物自制的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，如用注射器代替量筒或滴管或漏斗等、用藥片的底托代替點(diǎn)滴板、用輸液管代替導(dǎo)管、用墨水瓶代替酒精燈等。

收稿日期：2016-03-02

基金項(xiàng)目：新疆塔里木大學(xué)高教研究項(xiàng)目（TDGJ1402）。

作者簡(jiǎn)介：曾 紅（1982～），女，新疆塔城人，博士，副教授；主要從事天然產(chǎn)物及基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)與研究。zenghong0705@163.com

* 通訊作者：丁慧萍（1979～），女，河南漯河人，講師，碩士；主要從事無(wú)機(jī)化學(xué)及基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及研究。

自制儀器可以節(jié)省實(shí)驗(yàn)開(kāi)支，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器的不足，但是自制的儀器也有很多不足：如注射器、輸液管等都是塑料制品，耐高溫性能差且易溶于有機(jī)溶劑，因此在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用受到限制；另外這些廢棄物替代品還存在著極大的安全隱患。而規(guī)范性的系統(tǒng)化的成套的微型儀器裝置就可以彌補(bǔ)以上不足，且易拆解易清洗。但是我國(guó)當(dāng)前的微型實(shí)驗(yàn)儀器還只能用于一些常規(guī)實(shí)驗(yàn)，儀器功能還很不完善，這就需要我國(guó)的科研工作者們強(qiáng)化合作、集思廣益，亟待開(kāi)發(fā)出一套適合我國(guó)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的通用型儀器。

2 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的研究

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的研究探索，就制備反應(yīng)而言，就是采用微型化的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行反應(yīng)，考察反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、催化劑、試劑用量等條件對(duì)反應(yīng)的影響，以產(chǎn)品的純度及收率為考察指標(biāo)，從而優(yōu)化出最佳的微型化制備條件的一種研究方法。目前，對(duì)制備反應(yīng)的微型化研究主要集中在氣體的制備（Cl2、CO2等）、無(wú)機(jī)固體的制備（KMnO4、(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O、Na2S2O3等）、有機(jī)物的制備（乙酰水楊酸、乙酸乙酯、乙酰苯胺等）。就性質(zhì)實(shí)驗(yàn)而言，就是采用微型化實(shí)驗(yàn)儀器，參照常規(guī)實(shí)驗(yàn)，按照常規(guī)實(shí)驗(yàn)濃度，在保證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象且實(shí)驗(yàn)操作基本不變的前提下，經(jīng)過(guò)多次、反復(fù)的實(shí)驗(yàn)探索，從未確定出最佳的試劑用量的方法。目前，對(duì)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的微型化研究主要集中在元素化合物的性質(zhì)檢驗(yàn)（溶液中離子間的平衡、植物與土壤中常見(jiàn)元素的鑒定等）以及有機(jī)化合物的性質(zhì)檢驗(yàn)（烴、鹵代烴、醇、酚、醛、酮、羧酸、胺、糖、氨基酸、蛋白質(zhì)等）。就滴定分析實(shí)驗(yàn)而言，對(duì)于終點(diǎn)比較靈敏的滴定體系，就是采用微型化的滴定管，降低標(biāo)準(zhǔn)試劑的濃度，在保證滴定終點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)精密度的條件下，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)摸索，從而確定出最佳試劑用量的方法。目前，對(duì)滴定分析實(shí)驗(yàn)的微型化研究已經(jīng)成功地應(yīng)用于自來(lái)水中總硬度的測(cè)定、莫爾法測(cè)定可溶性氯化物中氯含量、生活污水中COD的測(cè)定等。

3 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的研究

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的研究主要是指采用微型化的實(shí)驗(yàn)儀器，對(duì)同一實(shí)驗(yàn)采用不同的方法（選擇合適的催化劑、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案等），依據(jù)實(shí)驗(yàn)效果，從而確定出最佳的微型化實(shí)驗(yàn)方案的一種方法。如在乙酸乙酯的合成實(shí)驗(yàn)中[3]，用FeCl3·6H2O代替濃H2SO4作為催化劑，具有實(shí)驗(yàn)效果明顯、試劑用量省、且FeCl3·6H2O便宜、穩(wěn)定、易保存、可多次重復(fù)使用等諸多優(yōu)點(diǎn)；又如在乙酰水楊酸的制備試樣中，嘗試分別使用濃H2SO4、H3PO4、無(wú)水Na2CO3、無(wú)水NaHCO3、無(wú)水Na2SO4、無(wú)水NaHSO4、Na2HPO4、NaH2PO4、Na3PO4等作為催化劑，然后再通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件（乙酸酐的量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等），然后通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果從而確定出最佳微型化實(shí)驗(yàn)方案；再比如在茶葉中咖啡因的提取實(shí)驗(yàn)中，選擇使用不同濃度的乙醇或使用乙醚等作為溶劑，兼顧經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化出最佳的微型化實(shí)驗(yàn)用乙醇濃度。

4 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性研究

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性主要包括實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)方法以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)儀器的創(chuàng)新包括利用廢棄物自制微型化實(shí)驗(yàn)儀器裝置、通過(guò)已有的微型化儀器改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置等。例如，在油料作物中粗油脂的提取實(shí)驗(yàn)中由于常量實(shí)驗(yàn)用索氏提取器價(jià)格昂貴且易損耗，就可以采用微型化儀器，將帶有掛鉤的轉(zhuǎn)換接頭下掛一個(gè)底部帶孔的A字型漏斗（內(nèi)裝油料作物的紙包）然后再將其插入25 mL磨口圓底燒瓶中，從而代替索氏提取器。實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新包括改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的加熱方式、使用替代試劑藥品等。例如，在微型實(shí)驗(yàn)中易出現(xiàn)的暴沸現(xiàn)象，可以通過(guò)采用水浴加熱或者加入沸石的方法來(lái)消除。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)新主要是指實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的豐富多樣化。由于化學(xué)與生產(chǎn)生活息息相關(guān)，這也為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)新提供了不盡的源泉。例如溫室效應(yīng)、指紋鑒定、摻假食物的鑒別等，這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作為課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的延續(xù)和補(bǔ)充，豐富了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，開(kāi)發(fā)了學(xué)生的智力，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

5 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)與探究教學(xué)整合的研究

探究性教學(xué)法是指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，通過(guò)“自主、探究、合作”的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而獲取知識(shí)及發(fā)展能力的一種實(shí)踐活動(dòng)。該法以學(xué)生為主體，可以滿足學(xué)生的好奇心，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，符合人類的認(rèn)知規(guī)律。化學(xué)作為一門實(shí)驗(yàn)性學(xué)科，通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究教學(xué)，不僅能增長(zhǎng)學(xué)生的知識(shí)，還能培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力、培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、實(shí)驗(yàn)觀察能力以及創(chuàng)造力。把微型化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于探索性教學(xué)過(guò)程，既能幫助學(xué)生溫故知新，又能吸引學(xué)生的注意，積極思考，從而有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高。因此在探索教學(xué)中充分發(fā)揮微型化實(shí)驗(yàn)的功能，就能達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的作用。

5.1 在課堂教學(xué)中的研究

在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中引入微型化實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以親手驗(yàn)證理論課上剛學(xué)到的知識(shí)點(diǎn)，鞏固學(xué)生的記憶。比如在講到KMnO4在不同介質(zhì)中的性質(zhì)時(shí)，可以通過(guò)微型化實(shí)驗(yàn)，使KMnO4分別在酸性、中性及堿性介質(zhì)中與Na2SO3反應(yīng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)KMnO4在不同介質(zhì)環(huán)境中生成不同產(chǎn)物的記憶，還可以加深學(xué)生對(duì)Mn的電極電勢(shì)與H+濃度關(guān)系的理解。此外，在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中引入微型化實(shí)驗(yàn)，可以激活學(xué)生思維、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如在配位反應(yīng)與配位平衡中我們講到難溶化合物與配位離子的相互轉(zhuǎn)化，學(xué)生通過(guò)Ag+所形成的不同配離子與不同的銀的難溶物之間轉(zhuǎn)化的微型化實(shí)驗(yàn)，觀察到沉淀的多次生成與溶解以及生成沉淀的顏色，可以形象地了解到K穩(wěn)與Ksp在淀淀的形成與溶解中所起的作用。

5.2 在第二課堂教學(xué)中的研究

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的推廣離不開(kāi)適用于大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，但現(xiàn)在微型化實(shí)驗(yàn)儀器還十分有限，學(xué)生第二課堂（自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)及開(kāi)放實(shí)驗(yàn)）所需的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器還需要學(xué)生自制。學(xué)生在第二課堂利用自己已有的知識(shí)及生活經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)自己動(dòng)手創(chuàng)新微型實(shí)驗(yàn)儀器裝置，既節(jié)省了學(xué)校的開(kāi)支又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力，還能增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

5.3 在生活中的研究

生活離不開(kāi)化學(xué)，我們的衣、食、住、用、行樣樣與化學(xué)有關(guān)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)由于操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)快、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、安全、節(jié)約、環(huán)保，所以學(xué)生可以將化學(xué)引入生活之中，利用已有的化學(xué)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際生活問(wèn)題。作為教師要不斷的更新教學(xué)理念、打破傳統(tǒng)模式、將生活帶進(jìn)課堂、讓學(xué)生學(xué)以致用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃俊生, 江劍純. 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器與手持技術(shù)設(shè)備結(jié)合的可行性及其初步實(shí)踐[J]. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考, 2010(11): 34-35.

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[3] 王如陽(yáng), 王泓, 劉曉芳, 等. 微型化合成乙酸乙酯的實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)[J]. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù), 2004, 9(3): 64-65.

中圖分類號(hào)：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-220X(2016)03-0073-04

DOI:10.16560/j.cnki.gzhx.20160302

Study of Miniature Experiment in Basic Chemistry Experiment Teaching

ZENG Hong, DING Hui-ping*
（College of Life Sciences, Tarim University, Alar, Xinjiang 843300）

Abstract:Miniature experiment has turned into one of teaching reform in chemistry experiment because of good effect of teaching and remarkable economic and social results. Based on this, summarizes the reseach of miniature experiment in basic chemistry experiment teaching from five aspects: Experimental apparatu, experimental conditi-ons, experimental method, experiment content, innovativeness, integration of inquiry teaching. This summary provides references for applying miniature experiment into basic chemistry experiment teaching.

Key words:miniature experiment; basic chemistry experiment; teaching; study