森林療養(yǎng)科普實踐課程的設(shè)計與改進

張月娟，袁慶葉，劉藝芳，張云苓(北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，北京 100012)

0 引言

針對在校中小學(xué)生開展的森林療養(yǎng)課程中，動手實踐課程是重要的環(huán)節(jié)之一。在森林中通過對環(huán)境中水樣的選取以及土壤樣品的選取，進行實踐實驗的操作，不僅能夠提高學(xué)生的實踐動手能力，更能夠讓學(xué)生對學(xué)科應(yīng)用有深刻的理解，在療養(yǎng)過程中緩解壓力的同時掌握一定的學(xué)科知識，達到療養(yǎng)、科普雙重目的[1-3]。

在人類文明發(fā)展過程中，鐵所起的作用是其他任何元素都不能比擬的。鐵在地球上的豐度排第四位，僅次于氧、硅、鋁，在地殼的巖石中的質(zhì)量分數(shù)為6.2%。鐵系元素的價電子構(gòu)型為(n-1) d6～8ns2。除2個s電子參與成鍵外，內(nèi)層的d軌道電子也可能參與成鍵，因而，鐵元素除形成穩(wěn)定的正二價化合物的氧化態(tài)外，還有其他氧化態(tài)。鐵的穩(wěn)定氧化態(tài)為正二價和正三價，也存在不穩(wěn)定的正六價氧化態(tài)[4-6]。因此，了解掌握鐵元素對以后的生活與科研有著至關(guān)重要的作用。本文主要針對高中階段無機化合物中鐵及其化合物性質(zhì)實驗內(nèi)容進行了一定的改進和擴充，在森林療養(yǎng)實踐課程中使該實驗內(nèi)容更加貼近日常科研生活，更加有利于學(xué)生理解相關(guān)知識內(nèi)容。同時針對療養(yǎng)實踐課程設(shè)計了植物樣本制作課程，可以提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)和化學(xué)學(xué)科科學(xué)觀念。

1 自然環(huán)境中水以及土壤中金屬鐵的相關(guān)實踐課程

在普通實驗關(guān)于Fe3+的檢驗實驗內(nèi)容為：在2支試管里分別加入5 mL FeCl2溶液和5 mL FeCl3溶液，各滴入幾滴KSCN溶液。觀察現(xiàn)象并記錄。

在科普實踐課程中該實驗主要利用KSCN溶液對Fe3+的檢驗，通過顏色觀察，確定溶液中是否有Fe3+存在。改進后的實驗如表1所示，該實驗中除了涉及上述Fe3+的常見檢驗方法，也將后續(xù)有機實驗中苯酚的檢驗以及Fe3+在有色染料中的應(yīng)用做了簡單介紹。KSCN和FeCl3反應(yīng)會產(chǎn)生血紅色的[Fe(SCN)]Cl2，這是最常見的Fe3+的檢驗方法，F(xiàn)e[Fe(CN)6]和FeCl3反應(yīng)會產(chǎn)生深藍色的Fe4[Fe(CN)6]3，該物質(zhì)是常見的藍色染料。苯酚遇到FeCl3后會生成一種紫色的有機物H3[Fe(C6H5O)6]，在有機化合物苯酚的鑒定中常用FeCl3溶液。通過實驗改進，可以擴充學(xué)生知識儲備，同時提高了實驗的趣味性，既能讓學(xué)生掌握Fe3+的檢驗方法，同時也能夠掌握FeCl3也能夠應(yīng)用于有機物苯酚的檢驗。

表1 Fe3+的檢驗科普實踐課程與普通實驗對比

通過上述實驗改進，實踐課程中的實驗既能具體參照對比實驗，也能夠檢驗森林環(huán)境中的水樣中Fe3+的存在與否，將課本知識融入實際應(yīng)用，在森林療養(yǎng)過程中掌握三價鐵離子的檢驗方法。

針對Fe3+的Fe2+的轉(zhuǎn)化實驗，由于部分自然環(huán)境中的鐵含量偏低，因此本實踐課程開展課外探究實驗-鄰二氮菲分光光度法測量鐵含量。鄰二氮菲與Fe2+在pH為2.0～9.0溶液中形成橙紅色配合物，利用HAC-NaAc緩沖溶液，保持溶液pH在5.0～6.0。通過系列標準溶液的配置以及標準曲線的繪制，測量水樣中鐵含量的準確濃度。通過該實驗可以讓學(xué)生較早的接觸分光光度計，該儀器作為常見的定量分析儀器，其原理主要是通過特定波長處或一定波長范圍內(nèi)光的吸收度的測量，對該物質(zhì)中某一成分含量進行定性或定量分析。常用于金屬含量、核酸，蛋白定量以及細菌生長濃度的定量。分光光度計主要由光源、單色器、樣品室、檢測器、信號處理器和顯示與存儲系統(tǒng)組成。需要強調(diào)的是，由于Fe3+與鄰二氮菲作用形成藍色配合物，穩(wěn)定性較差，因此在實際工作中常加入還原劑鹽酸羥胺，使Fe3+還原為Fe2+，與顯色劑鄰二氮菲反應(yīng)，從而實現(xiàn)其含量的測定[7-11]。通過分光光度計測定鐵含量的簡單介紹，在療養(yǎng)過程中學(xué)習(xí)學(xué)科知識，可以讓學(xué)生認知到三價鐵與二價鐵之間的轉(zhuǎn)換在日常科研生活中對鐵元素定性以及定量的應(yīng)用。

2 植物標本制作實踐課程

森林內(nèi)植物種類豐富，環(huán)境優(yōu)美，空氣清新，在森林療養(yǎng)中的實踐課程與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式相比，林內(nèi)的實踐教學(xué)課程具有很強的可視化效果，森林中的天然素材對學(xué)習(xí)不同類型的植物結(jié)構(gòu)具有重要作用。另外，森林中實地科普實踐課程有利于學(xué)生進一步了解該植物的生境特征及生態(tài)意義。植物標本在藥用植物學(xué)的科研、教學(xué)中發(fā)揮著重要的作用。目前常見的植物標本制作方法是利用環(huán)氧樹脂AB膠，這是一種由環(huán)氧樹脂和固化劑組成的雙組份高分子材料，具有無毒、不污染環(huán)境、透明度高、硬度高、黏度低、成本低廉等優(yōu)點。

通過課程設(shè)計，將AB膠制作葉、花類藥用植物標本實驗融入到森林實踐課程中，將趣味與學(xué)科知識緊密結(jié)合，在體驗森林療養(yǎng)環(huán)節(jié)中掌握學(xué)科知識，提高學(xué)科素養(yǎng)。實踐課程的主要步驟如下：天平稱量A膠與B膠，將AB 膠按質(zhì)量比3∶1混合，用一次性塑料勺攪拌，若出現(xiàn)氣泡則靜置至氣泡消失。將配制好的AB膠緩慢灌入潔凈的模具中，然后將干花以及樹葉標本小心放入模具，等標本沉降至模具適當位置。待固化后脫模取出。制作標本如圖1所示。

圖1 利用AB膠制備干花植物標本過程圖

森林療養(yǎng)實踐課程利用環(huán)氧樹脂制作植物的各種質(zhì)地的葉類及各種顏色的花類標本。利用環(huán)氧樹脂制作出的標本透明度高、結(jié)構(gòu)清晰，并保持了植物體原有的形態(tài)和顏色，可長期保存，供教學(xué)與科研使用。而且干花以及樹葉制作標本的實踐課程可以在有限的時間內(nèi)，制作外形完整、形態(tài)豐富的植物標本，提高標本制作的成功率。此外，還能將標本制作中的化學(xué)學(xué)科知識與生物學(xué)科知識有效結(jié)合，提高學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)，有利于學(xué)生在療養(yǎng)過程中通過趣味實踐課程掌握科學(xué)知識。

3 結(jié)語

針對在校中小學(xué)生開展的森林科普活動是目前森林療養(yǎng)中的一個重要組成部分，通過結(jié)合教材中學(xué)科實驗內(nèi)容并融合森林環(huán)境中元素，設(shè)計并開展了系列實踐活動。在過程中，通過實驗設(shè)計以及實驗操作，在療養(yǎng)過程中將學(xué)科知識融入實踐過程，在學(xué)生接受療養(yǎng)的過程中能夠更好地掌握化學(xué)學(xué)科知識，提高學(xué)科素養(yǎng)，使療養(yǎng)課程既能使參與者放松心情又能接觸專業(yè)知識，實現(xiàn)療養(yǎng)與科學(xué)的兼顧，開發(fā)了新的療養(yǎng)體系課程，為將來森林療養(yǎng)的實踐課程完善奠定實踐基礎(chǔ)。