基于綠色化、微型化基礎化學實驗的實踐與探討

王夢 王迎春 李琛 麻景梅 范帥帥 高佳明 牛麗穎

摘要：本文通過倡導綠色化、微型化實驗理念，設計微型化實驗內容，構建基礎化學實驗教學課程體系，打破學科壁壘，促進化學各學科的交叉、融合與資源的共享，實現各學科間橫向聯合，縱向發展，全方位培養學生的綜合實踐能力、創新能力，同時探索中醫藥院校基礎化學實驗教學改革的內容和方法。

關鍵詞：綠色化學；微型化；設計研究性；綜合性

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

化學是一門以實驗為基礎的學科，化學實驗在鞏固理論知識，培養認真、嚴謹的科學態度等方面，占據著不可或缺的重要地位。我校基礎化學包括有機化學、分析化學、無機化學、物理化學和醫用化學多門課程，是中藥學、中藥資源、藥學、檢驗、影像學等專業的必修課，基礎化學實驗常年開設，實驗內容有交叉有重復。隨著學校招生專業增加，招生人數增長，招生規模擴大，勢必會造成實驗室空間擁擠、學生實驗安排緊密、教師課時數增多、實驗技術人員工作強度增大、三廢處理、實驗經費投入將大幅度提高等諸多問題亟待解決。微型化、綠色化化學實驗教學改革迫在眉睫。

本文基于微型化實驗教學改革，整合實驗內容，避免學科之間實驗內容的重復，意在構建新的基礎化學實驗課程體系。打破學科壁壘，促進無機化學、有機化學、分析化學等學科的交叉、融合與資源的共享，實現各學科間橫向聯合，縱向發展，全方位提升學生的綜合實踐技能，培養創新性、復合型醫藥人才。

一、微型化學實驗概念及特點[1-3]

所謂微型化學實驗（Microscale Laboratory簡寫為M.L），即在微型儀器裝置中進行的化學實驗，其試劑用量為常規的十分之一到千分之一，藥品及試劑節省90%左右[1]。但它不是常規實驗的簡單縮減，而是在綠色化理念的指導下，結合大學生創新思維使基礎化學各學科相互鏈接成一個學科環，促進各學科的交叉整合，并對實驗技術改進和優化，以達到用盡可能少的試劑來獲取盡可能多的化學信息為的目的[2]。

微型化學實驗是實現綠色化學的關鍵步驟，是對傳統實驗方案進行的創新與提升，順應時代發展潮流，符合“綠色化學”和“創新”的理念，體現了“小、快、省”的實驗特點和“人與自然協調發展”的精神[3]。同時，它可以節約學校經費開支，減少環境污染，保證實驗安全，實現教育功能的最大化，體現化學實驗由“粗放型”到“集約型”的發展趨勢。微型化學實驗在推動實驗教學改革，提高教育質量等方面發揮著重要作用，必將是今后化學實驗教學改革的趨勢。

二、開展微型化學實驗的意義[4-6]

微型化學實驗較常規實驗，具有體積小、節省時間、操作簡易、用藥量少、污染低綠色環保等特點。因此在化學教學中開展微型實驗有著諸多優勢及重要意義。

（一）對于社會環境——減少污染，樹立綠色化學理念

在常規化學實驗中，試劑用量較大、污染物多，且許多污染物未經處理就排放到環境中，給社會和子孫帶來了危害。采用微型化學實驗，試驗后的“三廢”的排放量大幅度減少，從而減少了對環境的污染，有助于教育學生樹立全新的“綠色化學”觀念，符合“綠色化學”教學的思想[4]。

（二）對于學?！獙崿F教學資源的優化配置

由于近年來擴大招生及化學試劑、儀器設備價格的大幅上漲，學校實驗經費投入呈現逐年增多的趨勢。而微型化學實驗試劑用量僅為常規實驗的十分之一乃至千分之一，基礎化學實驗微型化可節約試劑消耗，同時微型實驗所用的微型玻璃儀器比常規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驗成本大為降低[5]。通過基礎化學各學科實驗融合，刪除重復的實驗內容，構建新的實驗教學體系，從而有效節省了實驗時間，減少了實驗總課時數，實現了教學資源的優化配置。

（三）對于教師——提高綜合教學素養

在常規化學實驗教學中，教師大多數采用“照本宣科”的教學模式，缺乏對化學實驗本身的教學研究與認識，嚴重阻礙了實驗教學內容的更新和實驗教學質量的提高[6]。采用微型化學實驗整合實驗內容，構建新的實驗教學體系，在教學理念更新、教師隊伍組建、教學資源優化以及教學質量評估等多方面都得到了跨越式的發展，提高了教師的綜合教學素養。

（四）對于學生——提高安全性，培養嚴謹態度，激發創新精神

化學實驗中經常會用到強酸、強堿、易燃、易揮發和一些有毒的化學試劑，采用微型實驗后，試劑的用量小，有毒有害氣體的排放量大幅度減少，爆炸、火災等隱患明顯降低，大大提高了實驗操作安全性。

常規實驗受實驗時間、實驗裝置、實驗藥品消耗等方面的影響，往往2～4人一組合做同一實驗，達不到人人可動手的實驗目的。而微型化學實驗中，學生可單人單組進行實驗，且可反復操作，提高學生動手能力。同時由于實驗儀器體積小、試劑用量少，反應時間短，為此學生必須精心操作，認真觀察，從而有利于培養他們嚴謹細致的科學態度。

傳統化學實驗基本屬于注入式教學，并在實驗操作規范和儀器的組合方式上有嚴格的規定，學生做實驗只是被動地驗證、機械地重復，學生的創新實踐和創新思維受到限制。微型實驗使學生由被動變為主動探索式的學習，對實驗進行設計，改造，組合各種裝置、儀器，體現了以學生為本的教學理念，并有效地培養學生的創新精神。

三、設想和展望

基于綠色化學理念，并根據我校化學實驗教學現狀，將無機化學、有機化學、分析化學實驗內容融合，實現各學科間橫向聯合，縱向發展。對化學實驗進行微型化、綠色化的探索與實踐，依據實驗內容特點與聯系，具體為三部分內容實施：

（一）微型基礎性化學實驗

在無機化學、有機化學、分析化學現有實驗基礎上，選擇綠色環保的實驗內容為載體，以傳播綠色化學為理念，制定微型化實驗方案。采用微型化實驗與常規實驗對比法，探討實驗儀器、改進實驗裝置、確定試劑種類、明確試劑用量等詳細研究內容，有助于教師轉變教學觀念，促進教師的專業發展，提高實驗教學效益，促進實驗教學改革。同時可以提高學生的實驗技能、實驗動手能力，培養學生的學習興趣，營造良好的學習氛圍。

（二）微型綜合性化學實驗

實驗教學課程體系依附于理論課程，各自形成獨立系統，實驗內容有重復，導致教學效率低。依據化學學科自身的發展規律，打破舊有實驗體系，通過優化融合無機化學、有機化學、分析化學等學科，重構綜合化教學改革體系。例如：菠菜色素的提取與分離為有機化學實驗，使學生掌握用浸泡法從天然物質中提取有機化合物，對提取液進行分液與萃取的一般方法，同時與分析化學、制劑分析、儀器分析等后續課程進行聯合，使學生盡早熟悉微量有機化合物薄層色譜的分離原理和操作步驟。可見，打破學科壁壘，可以促進各學科融合與資源的共享，形成一個學科環，實現各學科間橫向聯合，縱向發展，又能匯聚學科隊伍，組建多學科集成的創新團隊；同時使學生的綜合實踐技能得到全方位提升。

（三）微型設計研究性化學實驗

為豐富學生第二課堂，采用學生為主體、教師為輔導的實驗教學模式。指導學生有針對性地設計研究微型實驗，將現有的常量儀器重新設計組裝，采用微量-半微量的試劑進行實驗。例如：微量法從茶葉中提取咖啡因的實驗，由于試劑微量化，學生需對實驗方案、咖啡因提取方法、如何對粗產品進行分離與純化等諸多問題不斷進行探索研究，反復實驗最終確定可行性實驗方法。通過實施設計性微型實驗途徑，使一、二年級本科生盡早進入實驗室，進行有針對性的課題研究，熟悉提取分離與鑒別的相關研究思路與方法，為后續制劑分析以及中藥化學等課程做好鋪墊。同時，激發了學生探索精神，培養了學生發現、分析、解決問題的能力，提升了學生的綜合素質。

四、結語

微型實驗符合綠色化、經濟化和節約化的教學理念，大大減少了教師的工作量，同時可提高學生的動手操作能力、創新能力、科研能力等，但受實驗產率低、實驗現象不明顯等因素的制約，導致有些實驗不能進行微型化改革，因此需要結合大學生創新實踐活動反復摸索和教師長時間探討實驗內容，最終制定適合綠色化、微型化實驗教學改革方案。

微型實驗節約學校經費開支，減少環境污染，保證實驗安全，實現教育功能的最大化，以達到教學理念的創新；同時通過化學學科自身的發展規律，打破舊有實驗教學體系所形成的獨立系統，各學科間重新整合、優化、融合、重構綜合化實驗教學體系，使基礎化學各學科相互鏈接形成一個學科群，以達到教學思維的創新。

參考文獻：

[1]王琴.微型化學實驗的探討[J].甘肅科技，2010，26（4）：193-194.

[2]賈欣欣.基礎化學實驗課微型化改革的探討[J].廣州化工，2010，38（10）：237-238.

[3]李瓊芳.測定膽礬中銅含量的微型實驗研究[J].內蒙古民族大學學報，2009，15（4）：118-120.

[4]江炎蘭，梁小蕊.綠色化、微型化普通化學實驗教學的探索[J].內蒙古民族大學學報，2009，（4）.

[5]陳菲.無機化學微型實驗的應用與利弊[J].教育教學論壇，2014，（5）：252-253.

[6]黃宏生，魯緒會，代紀林.新升本科院?；瘜W實驗教學調查與研究[J].廣州化工，2011，39（16）：178-179.