綠色微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在地方高校中的意義

阮文科 彭蘭貞

（嶺南師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 廣東·湛江 524048）

0 引言

所謂的“綠色”微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，是指具有微型化的儀器和微量化的試劑的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。它不僅比常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)省錢、省時(shí)、省力，而且還比常規(guī)實(shí)驗(yàn)更環(huán)保、更安全。早在20 世紀(jì)80 年代美國化學(xué)家Mayo 提出了微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的概念，近年來，隨著科技發(fā)展與人們環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，“綠色”微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)越來越受到人們的重視。其中，微型儀器的種類日益更新以滿足更多實(shí)驗(yàn)要求，而儀器規(guī)格形貌越小巧精致越受歡迎。早年，我校的劉一兵和沈戮老師[1]開發(fā)了一套多功能微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，其中有18 種共30 件由微型實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)及配套部件組成的便攜微型儀器箱，該儀器箱相當(dāng)于一個(gè)飯盒大小（24×12×11cm）。該套實(shí)驗(yàn)儀器探究性功能較強(qiáng)，可以任意組裝，能滿足中學(xué)大部分化學(xué)實(shí)驗(yàn)，而且儀器組裝簡單以及方便攜帶，極大激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣，提高了化學(xué)教學(xué)質(zhì)量，深受地方高校以及中學(xué)化學(xué)的教師的青睞。目前，大部分地方高校都普及了微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，該實(shí)驗(yàn)相對(duì)安全，大大減輕了教師們心理壓力，而靈活自由儀器組裝又能激發(fā)學(xué)生的好奇心，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性和創(chuàng)造性，同時(shí)由于微型實(shí)驗(yàn)所用的試劑藥品用量微量，既符合經(jīng)濟(jì)實(shí)惠又減少對(duì)環(huán)境的污染，因此，“綠色”微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)地方高校的發(fā)展具有前瞻性、劃時(shí)代的戰(zhàn)略意義。

1 綠色微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于高校實(shí)驗(yàn)室管理

目前，地方高校的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室主要有無機(jī)、有機(jī)、物化、分析、高分子、精細(xì)化工、藥物合成、新能源材料化學(xué)以及各科研團(tuán)隊(duì)等實(shí)驗(yàn)室，各實(shí)驗(yàn)藥品試劑種類繁多，無疑大大加重學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)室的管理負(fù)擔(dān)。尤其是有機(jī)實(shí)驗(yàn)室，存放的大多數(shù)有機(jī)物有一定的毒性，沸點(diǎn)低，易燃、易揮發(fā)，另外有機(jī)反應(yīng)一般副產(chǎn)物多，組成成分復(fù)雜的廢物廢液處理比較困難而且成本高，更重要的是，廢物廢液存量日益增多，還會(huì)增大實(shí)驗(yàn)室安全隱患。[2]尤其最近幾年，已經(jīng)出現(xiàn)過幾次高校實(shí)驗(yàn)室爆炸事件，引起全國各高校警惕，實(shí)驗(yàn)室安全是每個(gè)高校不可忽視的大事，因此，綠色微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)走進(jìn)地方高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是非常有必要的。

其實(shí)，在上世紀(jì)八十年代后期，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)已傳入我國，很快就引起國內(nèi)化學(xué)各界人士的重視，經(jīng)過這些年的努力，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本普及到地方高校的各個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中。有華東師范大學(xué)開展無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)整體微型化的教學(xué)嘗試，[3]山東大學(xué)開展有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化的教學(xué)以及我校開展中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與微型化學(xué)結(jié)合教學(xué)等。目前大多數(shù)的常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)都可以取而代之，例如：在氫氣的制取和性質(zhì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)中，若收集到的氫氣不純，極容易發(fā)生爆炸，存在極大風(fēng)險(xiǎn)，采用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)后，則大大降低實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)；金屬鈉與水的實(shí)驗(yàn)中，采用微型化實(shí)驗(yàn)后，只需切取米粒大小的金屬鈉即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，而且該實(shí)驗(yàn)裝置簡單、安全快捷、直觀性強(qiáng)以及現(xiàn)象明顯；在氯氣的制備及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，由于氯氣是一種有強(qiáng)烈刺激性氣味的有毒氣體，對(duì)人體和環(huán)境影響較大，采用微型化實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)操作簡便、安全，不用專門收集氯氣即可完成全部的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，既減少氯氣逸出機(jī)會(huì)，又可節(jié)約試劑用量?？偟膩碚f，相對(duì)于經(jīng)費(fèi)緊張的一般地方高校，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以減少對(duì)藥品試劑的采購，尤其是存在極大隱患的易制毒易制爆的化學(xué)藥品的采購，不僅節(jié)約成本，而且便于實(shí)驗(yàn)室管理。

2 綠色微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于提高教師教學(xué)創(chuàng)新性

綠色微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是地方高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種創(chuàng)新性改革，而高校中教師作為教學(xué)活動(dòng)的主導(dǎo)者和引領(lǐng)者，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式必須要從傳統(tǒng)的教授模式向綠色化、微型化進(jìn)行靈活轉(zhuǎn)變。這就要求教師們不能照搬教材，死板地灌輸書面知識(shí)給學(xué)生，必須具有創(chuàng)新教學(xué)理念，因?yàn)槲⑿突瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)不是常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)簡單微型化，而是根據(jù)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，以盡可能少的藥品試劑去獲取更多的化學(xué)知識(shí)。然而，有一些化學(xué)教師對(duì)于微型實(shí)驗(yàn)存在一定誤解，缺乏對(duì)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要意義的認(rèn)識(shí)與了解，認(rèn)為微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在經(jīng)費(fèi)上可以得到一定節(jié)約，但會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，甚至有些化學(xué)教師認(rèn)為，常規(guī)實(shí)驗(yàn)的儀器比較齊全，再采用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器反而增加學(xué)校經(jīng)費(fèi)開支。不可否認(rèn)，目前微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的確存在一定局限性，它的硬件(微型儀器) 和軟件(實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法)與常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)相比，還有待進(jìn)一步完善。[4]但經(jīng)過這些年的改善與創(chuàng)新，微型實(shí)驗(yàn)的硬件和軟件方面得到很大提升。杭州師范學(xué)院研制成套玻璃和塑料系列微型化學(xué)儀器，山東大學(xué)研制出微型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)制備儀，華東師范大學(xué)研制出初中微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)室（盒），天津大學(xué)研制出無機(jī)化學(xué)微型儀器、云南大學(xué)研制出便攜式微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀以及我校研制一套多功能微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器等；而軟件方面的研究，主要是對(duì)常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化去獲取更多化學(xué)信息然后對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新性改革，根據(jù)常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、功能、內(nèi)容、模式等進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)以及歸納前人化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究成果，探索出新的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法并加以科學(xué)設(shè)計(jì)，創(chuàng)新實(shí)踐。經(jīng)過多年實(shí)踐與創(chuàng)新，化學(xué)教師們試驗(yàn)出系列效果顯著的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，氧氣制備與性質(zhì)、氫氣制備與性質(zhì)、乙酸乙酯制備與性質(zhì)、可燃性粉塵爆炸、電解食鹽水、噴泉等微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)。通過開創(chuàng)一些新穎的探究性、趣味微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，打開當(dāng)代青年教師的眼界，使其和學(xué)生之間產(chǎn)生一種以教帶學(xué)、以學(xué)促教的良性循環(huán)，轉(zhuǎn)變舊觀念，大膽創(chuàng)新，才能更好引領(lǐng)學(xué)生走向“綠色新時(shí)代”。

3 綠色微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于促進(jìn)學(xué)生綜合能力發(fā)展以及樹立綠色化學(xué)新理念

近年來，由于全國各高校不斷擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)的增加，意味著學(xué)生實(shí)驗(yàn)所用的實(shí)驗(yàn)耗材也必然會(huì)增加，這不僅加重實(shí)驗(yàn)室管理的負(fù)擔(dān)，也導(dǎo)致大部分教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)也越來越沉重。教師們除了在生理上覺得身心疲累，在心理上更是提心吊膽，擔(dān)心學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)事故，因?yàn)槌Ｒ?guī)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中易燃、易爆、毒、腐蝕等問題存在很大的安全隱患。而綠色微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需要的化學(xué)試劑用量一般只為常規(guī)實(shí)驗(yàn)用量的幾十分之一乃至幾千分之一，化學(xué)反應(yīng)容量減少意味著危險(xiǎn)指數(shù)的下降以及對(duì)環(huán)境污染的減少，所以在地方高校中微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的引入是非常有必要的。另外，更重要的原因是，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)與常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)相比，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以根據(jù)不同要求任意組裝，具有體積小、時(shí)間省、反應(yīng)快、易操作、探究性功能較強(qiáng)等優(yōu)勢，更能激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)軇?dòng)性和積極性，有利于促進(jìn)學(xué)生綜合能力的發(fā)展以及樹立綠色化學(xué)新理念。

（1）綠色微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于提高學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力。由于微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的儀器具有微型化和試劑微量化兩大特點(diǎn)，即儀器體積小，試劑用量少，一般實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時(shí)間也相對(duì)較短，這對(duì)學(xué)生們的觀察能力和動(dòng)手能力提出更高的要求。例如在氯氣的制備與性質(zhì)微型實(shí)驗(yàn)中，所產(chǎn)生的氯氣遇到紫色石蕊溶液會(huì)使溶液變紅一會(huì)溶液又由紅色變?yōu)闊o色，若組裝儀器時(shí)沒有檢查好氣密性或不細(xì)心觀察其顏色的變化，學(xué)生一般很難推斷出氯氣溶于水后是具有兩種性質(zhì)：酸性和漂白性。所以在微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生更是要細(xì)心觀察實(shí)驗(yàn)中的每個(gè)細(xì)節(jié)以及精心操作實(shí)驗(yàn)中的每一個(gè)步驟。

（2）綠色微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于提高分析解決問題能力和創(chuàng)新能力。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所采用便攜式微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，一般由一個(gè)多功能微型實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)以及各種類微型儀器所構(gòu)成，除了外形包裝美觀、儀器設(shè)計(jì)精巧，比常規(guī)儀器具有優(yōu)越性，在組裝上還可以靈活配置、可操作性強(qiáng)，學(xué)生可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行合理組裝儀器，開發(fā)學(xué)生們創(chuàng)新思維；微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的易裝、易調(diào)、易拆卸的簡便之處，實(shí)驗(yàn)操作可重復(fù)性強(qiáng)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中所發(fā)現(xiàn)的各種問題及反應(yīng)現(xiàn)象，還可以進(jìn)行重復(fù)多次驗(yàn)證，不僅激發(fā)他們對(duì)新的未知的渴望和探究熱情，還提高了他們對(duì)實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)問題和現(xiàn)象分析與解決能力。

（3）綠色微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于樹立綠色化學(xué)新理念。與地方高校中物理實(shí)驗(yàn)和生物實(shí)驗(yàn)相比，化學(xué)實(shí)驗(yàn)排放的廢液、廢氣、廢渣對(duì)環(huán)境污染影響比較大。一直以來，各高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室都會(huì)面臨著“三廢”回收與處理問題，而每年處理它都需要投入大量資金，對(duì)于一些經(jīng)費(fèi)緊張的地方高校，簡直就是雪上加霜。因此，地方高校應(yīng)該從預(yù)防污染和資源節(jié)約等兩個(gè)層面上考慮，創(chuàng)新和改革傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，積極引入綠色微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，綠色化的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅是一種新的教學(xué)理念，也符合我國環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展理念的戰(zhàn)略。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師必須積極探索綠色化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從綠色化學(xué)理念出發(fā)，[5]讓學(xué)生在“綠色化”的微型實(shí)驗(yàn)教學(xué)氛圍中，學(xué)以及用，節(jié)約資源，減少實(shí)驗(yàn)室污染，更有利于培養(yǎng)學(xué)生樹立綠色化學(xué)新理念。

4 結(jié)束語

綠色微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)引起越來越多的地方高校的關(guān)注和重視，它的省錢、省時(shí)、省力，環(huán)保、安全等優(yōu)點(diǎn)，展示了在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮著越來越大的作用。但目前國內(nèi)有關(guān)的綠色微型化實(shí)驗(yàn)儀器配置和制度還沒統(tǒng)一化，依然有待完善，然而這不影響到它對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到積極意義，我們相信，隨著綠色微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不斷優(yōu)化和改善，將會(huì)有更多師生認(rèn)識(shí)并了解綠色微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，而它的存在與發(fā)展將會(huì)對(duì)推動(dòng)地方高校發(fā)展也起到更深遠(yuǎn)的意義。