基于綠色化、微型化基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐與探討

王夢 王迎春 李琛 麻景梅 范帥帥 高佳明 牛麗穎

摘要：本文通過倡導(dǎo)綠色化、微型化實(shí)驗(yàn)理念，設(shè)計(jì)微型化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，構(gòu)建基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系，打破學(xué)科壁壘，促進(jìn)化學(xué)各學(xué)科的交叉、融合與資源的共享，實(shí)現(xiàn)各學(xué)科間橫向聯(lián)合，縱向發(fā)展，全方位培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，同時(shí)探索中醫(yī)藥院?；A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的內(nèi)容和方法。

關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)；微型化；設(shè)計(jì)研究性；綜合性

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）49-0248-02

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)實(shí)驗(yàn)在鞏固理論知識，培養(yǎng)認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度等方面，占據(jù)著不可或缺的重要地位。我?；A(chǔ)化學(xué)包括有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)和醫(yī)用化學(xué)多門課程，是中藥學(xué)、中藥資源、藥學(xué)、檢驗(yàn)、影像學(xué)等專業(yè)的必修課，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)常年開設(shè)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有交叉有重復(fù)。隨著學(xué)校招生專業(yè)增加，招生人數(shù)增長，招生規(guī)模擴(kuò)大，勢必會造成實(shí)驗(yàn)室空間擁擠、學(xué)生實(shí)驗(yàn)安排緊密、教師課時(shí)數(shù)增多、實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員工作強(qiáng)度增大、三廢處理、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)投入將大幅度提高等諸多問題亟待解決。微型化、綠色化化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革迫在眉睫。

本文基于微型化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，避免學(xué)科之間實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的重復(fù)，意在構(gòu)建新的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系。打破學(xué)科壁壘，促進(jìn)無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)等學(xué)科的交叉、融合與資源的共享，實(shí)現(xiàn)各學(xué)科間橫向聯(lián)合，縱向發(fā)展，全方位提升學(xué)生的綜合實(shí)踐技能，培養(yǎng)創(chuàng)新性、復(fù)合型醫(yī)藥人才。

一、微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)概念及特點(diǎn)[1-3]

所謂微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)（Microscale Laboratory簡寫為M.L），即在微型儀器裝置中進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，其試劑用量為常規(guī)的十分之一到千分之一，藥品及試劑節(jié)省90%左右[1]。但它不是常規(guī)實(shí)驗(yàn)的簡單縮減，而是在綠色化理念的指導(dǎo)下，結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新思維使基礎(chǔ)化學(xué)各學(xué)科相互鏈接成一個(gè)學(xué)科環(huán)，促進(jìn)各學(xué)科的交叉整合，并對實(shí)驗(yàn)技術(shù)改進(jìn)和優(yōu)化，以達(dá)到用盡可能少的試劑來獲取盡可能多的化學(xué)信息為的目的[2]。

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)的關(guān)鍵步驟，是對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行的創(chuàng)新與提升，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流，符合“綠色化學(xué)”和“創(chuàng)新”的理念，體現(xiàn)了“小、快、省”的實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)和“人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展”的精神[3]。同時(shí)，它可以節(jié)約學(xué)校經(jīng)費(fèi)開支，減少環(huán)境污染，保證實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)現(xiàn)教育功能的最大化，體現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)由“粗放型”到“集約型”的發(fā)展趨勢。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在推動實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高教育質(zhì)量等方面發(fā)揮著重要作用，必將是今后化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的趨勢。

二、開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的意義[4-6]

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)較常規(guī)實(shí)驗(yàn)，具有體積小、節(jié)省時(shí)間、操作簡易、用藥量少、污染低綠色環(huán)保等特點(diǎn)。因此在化學(xué)教學(xué)中開展微型實(shí)驗(yàn)有著諸多優(yōu)勢及重要意義。

（一）對于社會環(huán)境——減少污染，樹立綠色化學(xué)理念

在常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，試劑用量較大、污染物多，且許多污染物未經(jīng)處理就排放到環(huán)境中，給社會和子孫帶來了危害。采用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)后的“三廢”的排放量大幅度減少，從而減少了對環(huán)境的污染，有助于教育學(xué)生樹立全新的“綠色化學(xué)”觀念，符合“綠色化學(xué)”教學(xué)的思想[4]。

（二）對于學(xué)?！獙?shí)現(xiàn)教學(xué)資源的優(yōu)化配置

由于近年來擴(kuò)大招生及化學(xué)試劑、儀器設(shè)備價(jià)格的大幅上漲，學(xué)校實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)投入呈現(xiàn)逐年增多的趨勢。而微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)試劑用量僅為常規(guī)實(shí)驗(yàn)的十分之一乃至千分之一，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化可節(jié)約試劑消耗，同時(shí)微型實(shí)驗(yàn)所用的微型玻璃儀器比常規(guī)玻璃儀器耐沖擊性高，因此玻璃儀器破損率顯著下降從而使得實(shí)驗(yàn)成本大為降低[5]。通過基礎(chǔ)化學(xué)各學(xué)科實(shí)驗(yàn)融合，刪除重復(fù)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，構(gòu)建新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，從而有效節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，減少了實(shí)驗(yàn)總課時(shí)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的優(yōu)化配置。

（三）對于教師——提高綜合教學(xué)素養(yǎng)

在常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師大多數(shù)采用“照本宣科”的教學(xué)模式，缺乏對化學(xué)實(shí)驗(yàn)本身的教學(xué)研究與認(rèn)識，嚴(yán)重阻礙了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的更新和實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高[6]。采用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，構(gòu)建新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，在教學(xué)理念更新、教師隊(duì)伍組建、教學(xué)資源優(yōu)化以及教學(xué)質(zhì)量評估等多方面都得到了跨越式的發(fā)展，提高了教師的綜合教學(xué)素養(yǎng)。

（四）對于學(xué)生——提高安全性，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，激發(fā)創(chuàng)新精神

化學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常會用到強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、易燃、易揮發(fā)和一些有毒的化學(xué)試劑，采用微型實(shí)驗(yàn)后，試劑的用量小，有毒有害氣體的排放量大幅度減少，爆炸、火災(zāi)等隱患明顯降低，大大提高了實(shí)驗(yàn)操作安全性。

常規(guī)實(shí)驗(yàn)受實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)藥品消耗等方面的影響，往往2～4人一組合做同一實(shí)驗(yàn)，達(dá)不到人人可動手的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹６⑿突瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可單人單組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且可反復(fù)操作，提高學(xué)生動手能力。同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)儀器體積小、試劑用量少，反應(yīng)時(shí)間短，為此學(xué)生必須精心操作，認(rèn)真觀察，從而有利于培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度。

傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本屬于注入式教學(xué)，并在實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范和儀器的組合方式上有嚴(yán)格的規(guī)定，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)只是被動地驗(yàn)證、機(jī)械地重復(fù)，學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐和創(chuàng)新思維受到限制。微型實(shí)驗(yàn)使學(xué)生由被動變?yōu)橹鲃犹剿魇降膶W(xué)習(xí)，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，改造，組合各種裝置、儀器，體現(xiàn)了以學(xué)生為本的教學(xué)理念，并有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

三、設(shè)想和展望

基于綠色化學(xué)理念，并根據(jù)我校化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，將無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容融合，實(shí)現(xiàn)各學(xué)科間橫向聯(lián)合，縱向發(fā)展。對化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行微型化、綠色化的探索與實(shí)踐，依據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容特點(diǎn)與聯(lián)系，具體為三部分內(nèi)容實(shí)施：

（一）微型基礎(chǔ)性化學(xué)實(shí)驗(yàn)

在無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇綠色環(huán)保的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為載體，以傳播綠色化學(xué)為理念，制定微型化實(shí)驗(yàn)方案。采用微型化實(shí)驗(yàn)與常規(guī)實(shí)驗(yàn)對比法，探討實(shí)驗(yàn)儀器、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置、確定試劑種類、明確試劑用量等詳細(xì)研究內(nèi)容，有助于教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，促進(jìn)教師的專業(yè)發(fā)展，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效益，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。同時(shí)可以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，營造良好的學(xué)習(xí)氛圍。

（二）微型綜合性化學(xué)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系依附于理論課程，各自形成獨(dú)立系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有重復(fù)，導(dǎo)致教學(xué)效率低。依據(jù)化學(xué)學(xué)科自身的發(fā)展規(guī)律，打破舊有實(shí)驗(yàn)體系，通過優(yōu)化融合無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)等學(xué)科，重構(gòu)綜合化教學(xué)改革體系。例如：菠菜色素的提取與分離為有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握用浸泡法從天然物質(zhì)中提取有機(jī)化合物，對提取液進(jìn)行分液與萃取的一般方法，同時(shí)與分析化學(xué)、制劑分析、儀器分析等后續(xù)課程進(jìn)行聯(lián)合，使學(xué)生盡早熟悉微量有機(jī)化合物薄層色譜的分離原理和操作步驟。可見，打破學(xué)科壁壘，可以促進(jìn)各學(xué)科融合與資源的共享，形成一個(gè)學(xué)科環(huán)，實(shí)現(xiàn)各學(xué)科間橫向聯(lián)合，縱向發(fā)展，又能匯聚學(xué)科隊(duì)伍，組建多學(xué)科集成的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)；同時(shí)使學(xué)生的綜合實(shí)踐技能得到全方位提升。

（三）微型設(shè)計(jì)研究性化學(xué)實(shí)驗(yàn)

為豐富學(xué)生第二課堂，采用學(xué)生為主體、教師為輔導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。指導(dǎo)學(xué)生有針對性地設(shè)計(jì)研究微型實(shí)驗(yàn)，將現(xiàn)有的常量儀器重新設(shè)計(jì)組裝，采用微量-半微量的試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。例如：微量法從茶葉中提取咖啡因的實(shí)驗(yàn)，由于試劑微量化，學(xué)生需對實(shí)驗(yàn)方案、咖啡因提取方法、如何對粗產(chǎn)品進(jìn)行分離與純化等諸多問題不斷進(jìn)行探索研究，反復(fù)實(shí)驗(yàn)最終確定可行性實(shí)驗(yàn)方法。通過實(shí)施設(shè)計(jì)性微型實(shí)驗(yàn)途徑，使一、二年級本科生盡早進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行有針對性的課題研究，熟悉提取分離與鑒別的相關(guān)研究思路與方法，為后續(xù)制劑分析以及中藥化學(xué)等課程做好鋪墊。同時(shí)，激發(fā)了學(xué)生探索精神，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力，提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

四、結(jié)語

微型實(shí)驗(yàn)符合綠色化、經(jīng)濟(jì)化和節(jié)約化的教學(xué)理念，大大減少了教師的工作量，同時(shí)可提高學(xué)生的動手操作能力、創(chuàng)新能力、科研能力等，但受實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率低、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯等因素的制約，導(dǎo)致有些實(shí)驗(yàn)不能進(jìn)行微型化改革，因此需要結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐活動反復(fù)摸索和教師長時(shí)間探討實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，最終制定適合綠色化、微型化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案。

微型實(shí)驗(yàn)節(jié)約學(xué)校經(jīng)費(fèi)開支，減少環(huán)境污染，保證實(shí)驗(yàn)安全，實(shí)現(xiàn)教育功能的最大化，以達(dá)到教學(xué)理念的創(chuàng)新；同時(shí)通過化學(xué)學(xué)科自身的發(fā)展規(guī)律，打破舊有實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系所形成的獨(dú)立系統(tǒng)，各學(xué)科間重新整合、優(yōu)化、融合、重構(gòu)綜合化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，使基礎(chǔ)化學(xué)各學(xué)科相互鏈接形成一個(gè)學(xué)科群，以達(dá)到教學(xué)思維的創(chuàng)新。

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