綠色微型化學實驗教學在地方高校中的意義

阮文科 彭蘭貞

（嶺南師范學院化學化工學院 廣東·湛江 524048）

0 引言

所謂的“綠色”微型化學實驗，是指具有微型化的儀器和微量化的試劑的化學實驗。它不僅比常規化學實驗省錢、省時、省力，而且還比常規實驗更環保、更安全。早在20 世紀80 年代美國化學家Mayo 提出了微型化學實驗的概念，近年來，隨著科技發展與人們環保意識增強，“綠色”微型化學實驗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驗要求，而儀器規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]開發了一套多功能微型化學實驗儀器，其中有18 種共30 件由微型實驗操作臺及配套部件組成的便攜微型儀器箱，該儀器箱相當于一個飯盒大小（24×12×11cm）。該套實驗儀器探究性功能較強，可以任意組裝，能滿足中學大部分化學實驗，而且儀器組裝簡單以及方便攜帶，極大激發學生對化學實驗的學習興趣，提高了化學教學質量，深受地方高校以及中學化學的教師的青睞。目前，大部分地方高校都普及了微型化學實驗教學，該實驗相對安全，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學生的好奇心，增強學生實驗積極性和創造性，同時由于微型實驗所用的試劑藥品用量微量，既符合經濟實惠又減少對環境的污染，因此，“綠色”微型化學實驗對地方高校的發展具有前瞻性、劃時代的戰略意義。

1 綠色微型化學實驗教學，有利于高校實驗室管理

目前，地方高校的化學實驗室主要有無機、有機、物化、分析、高分子、精細化工、藥物合成、新能源材料化學以及各科研團隊等實驗室，各實驗藥品試劑種類繁多，無疑大大加重學校對實驗室的管理負擔。尤其是有機實驗室，存放的大多數有機物有一定的毒性，沸點低，易燃、易揮發，另外有機反應一般副產物多，組成成分復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，還會增大實驗室安全隱患。[2]尤其最近幾年，已經出現過幾次高校實驗室爆炸事件，引起全國各高校警惕，實驗室安全是每個高校不可忽視的大事，因此，綠色微型化學實驗走進地方高校的實驗教學是非常有必要的。

其實，在上世紀八十年代后期，微型化學實驗已傳入我國，很快就引起國內化學各界人士的重視，經過這些年的努力，微型化學實驗基本普及到地方高校的各個實驗教學當中。有華東師范大學開展無機化學實驗整體微型化的教學嘗試，[3]山東大學開展有機化學實驗微型化的教學以及我校開展中學化學實驗與微型化學結合教學等。目前大多數的常規化學實驗教學，微型化學實驗教學都可以取而代之，例如：在氫氣的制取和性質常規實驗中，若收集到的氫氣不純，極容易發生爆炸，存在極大風險，采用微型化學實驗后，則大大降低實驗風險；金屬鈉與水的實驗中，采用微型化實驗后，只需切取米粒大小的金屬鈉即可進行實驗操作，而且該實驗裝置簡單、安全快捷、直觀性強以及現象明顯；在氯氣的制備及性質實驗中，由于氯氣是一種有強烈刺激性氣味的有毒氣體，對人體和環境影響較大，采用微型化實驗后進行一體化實驗設計，實驗操作簡便、安全，不用專門收集氯氣即可完成全部的性質實驗，既減少氯氣逸出機會，又可節約試劑用量。總的來說，相對于經費緊張的一般地方高校，微型化學實驗教學可以減少對藥品試劑的采購，尤其是存在極大隱患的易制毒易制爆的化學藥品的采購，不僅節約成本，而且便于實驗室管理。

2 綠色微型化學實驗教學，有利于提高教師教學創新性

綠色微型化學實驗教學是地方高校化學實驗教學的一種創新性改革，而高校中教師作為教學活動的主導者和引領者，其實驗教學模式必須要從傳統的教授模式向綠色化、微型化進行靈活轉變。這就要求教師們不能照搬教材，死板地灌輸書面知識給學生，必須具有創新教學理念，因為微型化學實驗不是常規化學實驗簡單微型化，而是根據微型化學實驗的特點，以盡可能少的藥品試劑去獲取更多的化學知識。然而，有一些化學教師對于微型實驗存在一定誤解，缺乏對微型化學實驗的重要意義的認識與了解，認為微型化學實驗在經費上可以得到一定節約，但會影響到實驗教學的質量，甚至有些化學教師認為，常規實驗的儀器比較齊全，再采用微型化學實驗儀器反而增加學校經費開支。不可否認，目前微型化學實驗的確存在一定局限性，它的硬件(微型儀器) 和軟件(實驗內容與方法)與常規化學實驗相比，還有待進一步完善。[4]但經過這些年的改善與創新，微型實驗的硬件和軟件方面得到很大提升。杭州師范學院研制成套玻璃和塑料系列微型化學儀器，山東大學研制出微型有機化學實驗制備儀，華東師范大學研制出初中微型化學實驗室（盒），天津大學研制出無機化學微型儀器、云南大學研制出便攜式微型化學實驗儀以及我校研制一套多功能微型化學實驗儀器等；而軟件方面的研究，主要是對常規化學實驗微型化去獲取更多化學信息然后對實驗進行創新性改革，根據常規化學實驗教學目標、功能、內容、模式等進行系統總結以及歸納前人化學實驗研究成果，探索出新的微型化學實驗技術和方法并加以科學設計，創新實踐。經過多年實踐與創新，化學教師們試驗出系列效果顯著的微型化學實驗，氧氣制備與性質、氫氣制備與性質、乙酸乙酯制備與性質、可燃性粉塵爆炸、電解食鹽水、噴泉等微型化學實驗。通過開創一些新穎的探究性、趣味微型化學實驗，打開當代青年教師的眼界，使其和學生之間產生一種以教帶學、以學促教的良性循環，轉變舊觀念，大膽創新，才能更好引領學生走向“綠色新時代”。

3 綠色微型化學實驗教學，有利于促進學生綜合能力發展以及樹立綠色化學新理念

近年來，由于全國各高校不斷擴招，學生人數的增加，意味著學生實驗所用的實驗耗材也必然會增加，這不僅加重實驗室管理的負擔，也導致大部分教師的實驗教學任務也越來越沉重。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，擔心學生在實驗中出現事故，因為常規的化學實驗中易燃、易爆、毒、腐蝕等問題存在很大的安全隱患。而綠色微型化學實驗教學所需要的化學試劑用量一般只為常規實驗用量的幾十分之一乃至幾千分之一，化學反應容量減少意味著危險指數的下降以及對環境污染的減少，所以在地方高校中微型化學實驗教學的引入是非常有必要的。另外，更重要的原因是，微型化學實驗與常規化學實驗相比，微型化學實驗可以根據不同要求任意組裝，具有體積小、時間省、反應快、易操作、探究性功能較強等優勢，更能激發學生的實驗能動性和積極性，有利于促進學生綜合能力的發展以及樹立綠色化學新理念。

（1）綠色微型化學實驗教學，有利于提高學生的觀察能力、動手能力。由于微型化學實驗的儀器具有微型化和試劑微量化兩大特點，即儀器體積小，試劑用量少，一般實驗反應時間也相對較短，這對學生們的觀察能力和動手能力提出更高的要求。例如在氯氣的制備與性質微型實驗中，所產生的氯氣遇到紫色石蕊溶液會使溶液變紅一會溶液又由紅色變為無色，若組裝儀器時沒有檢查好氣密性或不細心觀察其顏色的變化，學生一般很難推斷出氯氣溶于水后是具有兩種性質：酸性和漂白性。所以在微型化學實驗教學，學生更是要細心觀察實驗中的每個細節以及精心操作實驗中的每一個步驟。

（2）綠色微型化學實驗教學，有利于提高分析解決問題能力和創新能力。微型化學實驗教學所采用便攜式微型化學實驗箱，一般由一個多功能微型實驗操作臺以及各種類微型儀器所構成，除了外形包裝美觀、儀器設計精巧，比常規儀器具有優越性，在組裝上還可以靈活配置、可操作性強，學生可以根據不同的實驗要求進行合理組裝儀器，開發學生們創新思維；微型化學實驗的易裝、易調、易拆卸的簡便之處，實驗操作可重復性強，學生在實驗中所發現的各種問題及反應現象，還可以進行重復多次驗證，不僅激發他們對新的未知的渴望和探究熱情，還提高了他們對實驗中所出現問題和現象分析與解決能力。

（3）綠色微型化學實驗教學，有利于樹立綠色化學新理念。與地方高校中物理實驗和生物實驗相比，化學實驗排放的廢液、廢氣、廢渣對環境污染影響比較大。一直以來，各高校化學實驗室都會面臨著“三廢”回收與處理問題，而每年處理它都需要投入大量資金，對于一些經費緊張的地方高校，簡直就是雪上加霜。因此，地方高校應該從預防污染和資源節約等兩個層面上考慮，創新和改革傳統化學實驗，積極引入綠色微型化學實驗教學，綠色化的微型化學實驗教學不僅是一種新的教學理念，也符合我國環境保護與可持續發展理念的戰略。因此，在實驗教學過程中，教師必須積極探索綠色化實驗教學，從綠色化學理念出發，[5]讓學生在“綠色化”的微型實驗教學氛圍中，學以及用，節約資源，減少實驗室污染，更有利于培養學生樹立綠色化學新理念。

4 結束語

綠色微型化學實驗教學已經引起越來越多的地方高校的關注和重視，它的省錢、省時、省力，環保、安全等優點，展示了在化學實驗教學中發揮著越來越大的作用。但目前國內有關的綠色微型化實驗儀器配置和制度還沒統一化，依然有待完善，然而這不影響到它對化學實驗教學起到積極意義，我們相信，隨著綠色微型化學實驗教學不斷優化和改善，將會有更多師生認識并了解綠色微型化學實驗，而它的存在與發展將會對推動地方高校發展也起到更深遠的意義。