无机化学微型实验的应用与利弊
会员上传 分享
更新时间：2023-01-17 12:30:24 发布时间：24小时内
微型化学实验是指在微型化的仪器装置中进行的化学实验，下面是小编搜集整理的一篇探究微型实验教学实施效果的论文范文，供大家阅读借鉴。
摘要：微型化学实验是指在微型化的仪器装置中进行的化学实验，具有污染少、费用低、效果好等优点。本教学组对大一无机化学实验教学微型化进行了一些尝试，结果表明：学生对微型实验接受良好，普遍认为微型实验不影响实验效果，现象易于观察，试剂用量与排放均大幅度减少。但对大一本科实验而言，微型实验不能完全代替常规实验，必须综合进行，在开放性实验中则可自行选题完全设计为微型实验。
关键词：无机化学;微型实验;实验体系
微型化学实验是指在微型化的仪器装置中进行的化学实验，其基本特征包括试剂微量化和仪器微量化[1]。它具有节省试剂、减小污染、缩短时间等优点，符合化学实验绿色化的5R原则：减量(reduction)、循环利用(reusing)、回收(recycling)、再生(regeneration)、拒用(rejection)。微型化学实验自开展起来，在我国受到广泛关注，实验技术日益完善[2]。无机化学实验课程在我校大一全年开设，实验人次较多，药品需求量大，所用试剂超过一半是有毒或者无毒但能造成环境污染的。为此，我们在规定实验的基础上，对大一部分专业开展的无机化学实验课程开展了微型实验教学的尝试。
在推广学生实验前，教师首先确定微型实验体系的大致框架。学生实验主要限定于定性实验，设计为在井穴板中进行。常规无机化学实验基本为试管实验，涉及的操作主要有称量、加样、滴管、混合、加热、搅拌、离心、萃取、结晶、过滤等。但微型化学实验的操作方法与常规仪器不同，加热、萃取、沉淀分离(离心、过滤等)等操作也因仪器本身的限制仍需做常规实验[3，4]。根据以上限制，我们在目前开设的无机化学实验中选择三个实验项目(电解质溶液、氧化还原反应、配位化合物)作为微型化学实验的试点。教师先行实验确定适合进行微型实验的内容，并对其中少量实验步骤进行调整以适应微型实验仪器和操作的要求，例如：(1)部分实验现象通过颜色改变来观察，如果试剂用量过少则变色不明显，可调整浓度;(2)在井穴板中加固体试剂不易溶解，可考虑改成液体试剂等。确定实验内容并验证后，教师编写实验讲义发给学生。讲义中要求学生用常量实验方法与微量实验方法同时进行实验，并对实验结果进行分析、评价，提出改进建议。
一、微型实验教学实施效果
实验前，教师要求学生进行预习，查找相关资料，熟悉微量实验与常量实验的差别。实验过程中，应及时记录现象，实验结束后清洗回收井穴板，对比常规实验结果，讨论微型实验现象是否明显易观察，操作是否可行，记录需改进部分，并总结感受提出建议。教师观察到，实验过程中，学生对井穴板的操作上手很快。因试剂用量少，对比实验都在孔中进行，滴加试剂和清洗的时间减少，基本上微型实验时间比常规实验时间缩短三分之一到四分之一。学生普遍认为微型实验最大的优点是操作快速简便，井穴板中的实验均具显著效果，实验现象明显，如KMnO4与NaSO3的反应，三个井穴孔中的颜色对比一目了然，又节约了实验时间。从学生反馈来看，基本上都能够接受微型实验这种实验方式，并认为微型实验确实能够在不影响实验效果的基础上，实现减少试剂用量、减轻实验室排放的目的。部分学生在对比后提出，微型实验所需时间短，某些实验内容可进一步细化，例如实验内容酸度对氧化还原反应速率和产物的影响中，可增加不同酸度对反应的影响。学生在课后思考中提出，电解质溶液实验中有关沉淀溶解的部分中可以更换更无毒的药品而达到相同的效果，例如用Ca(NO3)2和K2CO3反应代替Pb(NO3)2和KI，以减轻污染又不影响实验目的。说明学生能够根据已有的知识开阔思维，主动思考实验相关问题，探索更好的绿色化学实验，而不是单纯被动完成实验内容，这较好地改善了学生的学习态度与思维能力。因此微型实验有利于引导学生更改实验条件、发现问题、应用理论知识总结问题。
周密、精确和系统的观察是一切科学实验、科学新发现的基础。微型实验的化学试剂用量少，反应时间缩短，这就对学生的观察能力提出了更高的要求，操作上必须更加仔细、认真，态度严谨，必须集中精力去观察，学生对实验现象印象更加深刻，有利于提高学生的动手能力和培养学生严谨的科学态度。同时，学生也意识到，对于定性实验，并不是一定要试剂量大才能得到结果，采用微型实验能得到相同的结论，且仪器清洗方便快捷。在减轻污染方面，微型实验试剂用量少使实验桌上环境更整洁，三废排放大大减少，不仅改善了实验室的工作环境，学生也反馈提出通过微型实验切实注意到了化学实验与保护环境的密切关系，在实验中更加认真操作避免浪费药品，环保意识得到了增强。微型实验试剂用量为常规实验的10%～30%左右，降低了实验员的工作强度。微型实验主要采用井穴板，该仪器由透明的聚苯乙烯或有机玻璃经精密注塑而成的，仪器破损也明显减少，且可循环使用，这样可大量节约实验经费。
二、微型实验的利弊与存在问题
本教学组比较成功地将微型实验应用到了大一学生无机化学实验中。学生接受程度较好，不影响实验原有结果。学生实验完成后要进行相关思考，自行对比常规实验结果，用于讨论解答实验过程中出现的各种现象和问题，这提高了学生的实验能力、自学能力、分析问题和解决问题的能力。微型实验试剂量少，仪器小，反应快，缩短了实验时间，可适当增加对比性实验内容和元素化学实验内容，增强学生对相应内容的理解，提高学生的探究能力。同时，试剂损耗以及废液排放大幅度降低，提高了学生的环保意识，降低了实验成本。
不足之处主要体现在：(1)微型实验仪器体积小，操作简易，容易使学生忽视基本操作的规范性，这就要求教师首先应强调规范操作的重要性，进行学生基本操作的训练，同时加强课中指导。(2)某些实验试剂用量太少现象不明显，实验效果不理想，如某些性质实验，药品量少必然导致颜色浅或是沉淀量少，不易观察。(3)加热、萃取、分离等操作不适合在微型仪器中进行，一些合成实验无法微型化。(4)井穴板对某些试剂有明显的吸附作用，长时间后难于清洗，如高锰酸钾等有颜色的溶液。因此在本科的实验教学中只能是微型实验与常规实验的有机结合。部分学生提出，微型实验占的比重偏低，在无机化学实验中的操作相对比较简单，可以考虑在开放性实验中开展微型实验。根据本校开设的实验特点，具体实施可有几种形式：(1)学生自选实验课题，自行查找资料，自制实验器具或利用微型实验仪器箱;(2)将常规实验中一些连续性强、步骤多的合成实验单独抽出，减量设计为小型实验;(3)如何将现有实验中一些小型合成实验串联起来，产物可在不同实验中使用，提高药品使用率。这样可以充分地利用微型化学实验的优势，开阔学生视野，促进学生充分思考，避免被动接受，提高其创新能力和动手能力，为培养创新型人才打下基础。
参考文献：
[1]李晋国.微型化学实验教学资源开发利用的原则和策略[J].长治学院学报，2012，(2)：63-65.
[2]周宁怀.微型无机化学实验[M].北京：科学技术出版社，2002.
[3]李成未，郑会勤，司晚令.无机化学实验绿色化设计与研究[J].河南教育学院学报(自然科学版)，2011，20(3)：59-61.
[4]韩春平.微型化学实验在教学改革中的应用[J].内蒙古民族大学学报，2012，18(2)：141-142.
