绿色微型化学实验教学在地方高校中的意义

阮文科 彭兰贞

（岭南师范学院化学化工学院 广东·湛江 524048）

0 引言

所谓的“绿色”微型化学实验，是指具有微型化的仪器和微量化的试剂的化学实验。它不仅比常规化学实验省钱、省时、省力，而且还比常规实验更环保、更安全。早在20 世纪80 年代美国化学家Mayo 提出了微型化学实验的概念，近年来，随着科技发展与人们环保意识增强，“绿色”微型化学实验越来越受到人们的重视。其中，微型仪器的种类日益更新以满足更多实验要求，而仪器规格形貌越小巧精致越受欢迎。早年，我校的刘一兵和沈戮老师[1]开发了一套多功能微型化学实验仪器，其中有18 种共30 件由微型实验操作台及配套部件组成的便携微型仪器箱，该仪器箱相当于一个饭盒大小（24×12×11cm）。该套实验仪器探究性功能较强，可以任意组装，能满足中学大部分化学实验，而且仪器组装简单以及方便携带，极大激发学生对化学实验的学习兴趣，提高了化学教学质量，深受地方高校以及中学化学的教师的青睐。目前，大部分地方高校都普及了微型化学实验教学，该实验相对安全，大大减轻了教师们心理压力，而灵活自由仪器组装又能激发学生的好奇心，增强学生实验积极性和创造性，同时由于微型实验所用的试剂药品用量微量，既符合经济实惠又减少对环境的污染，因此，“绿色”微型化学实验对地方高校的发展具有前瞻性、划时代的战略意义。

1 绿色微型化学实验教学，有利于高校实验室管理

目前，地方高校的化学实验室主要有无机、有机、物化、分析、高分子、精细化工、药物合成、新能源材料化学以及各科研团队等实验室，各实验药品试剂种类繁多，无疑大大加重学校对实验室的管理负担。尤其是有机实验室，存放的大多数有机物有一定的毒性，沸点低，易燃、易挥发，另外有机反应一般副产物多，组成成分复杂的废物废液处理比较困难而且成本高，更重要的是，废物废液存量日益增多，还会增大实验室安全隐患。[2]尤其最近几年，已经出现过几次高校实验室爆炸事件，引起全国各高校警惕，实验室安全是每个高校不可忽视的大事，因此，绿色微型化学实验走进地方高校的实验教学是非常有必要的。

其实，在上世纪八十年代后期，微型化学实验已传入我国，很快就引起国内化学各界人士的重视，经过这些年的努力，微型化学实验基本普及到地方高校的各个实验教学当中。有华东师范大学开展无机化学实验整体微型化的教学尝试，[3]山东大学开展有机化学实验微型化的教学以及我校开展中学化学实验与微型化学结合教学等。目前大多数的常规化学实验教学，微型化学实验教学都可以取而代之，例如：在氢气的制取和性质常规实验中，若收集到的氢气不纯，极容易发生爆炸，存在极大风险，采用微型化学实验后，则大大降低实验风险；金属钠与水的实验中，采用微型化实验后，只需切取米粒大小的金属钠即可进行实验操作，而且该实验装置简单、安全快捷、直观性强以及现象明显；在氯气的制备及性质实验中，由于氯气是一种有强烈刺激性气味的有毒气体，对人体和环境影响较大，采用微型化实验后进行一体化实验设计，实验操作简便、安全，不用专门收集氯气即可完成全部的性质实验，既减少氯气逸出机会，又可节约试剂用量。总的来说，相对于经费紧张的一般地方高校，微型化学实验教学可以减少对药品试剂的采购，尤其是存在极大隐患的易制毒易制爆的化学药品的采购，不仅节约成本，而且便于实验室管理。

2 绿色微型化学实验教学，有利于提高教师教学创新性

绿色微型化学实验教学是地方高校化学实验教学的一种创新性改革，而高校中教师作为教学活动的主导者和引领者，其实验教学模式必须要从传统的教授模式向绿色化、微型化进行灵活转变。这就要求教师们不能照搬教材，死板地灌输书面知识给学生，必须具有创新教学理念，因为微型化学实验不是常规化学实验简单微型化，而是根据微型化学实验的特点，以尽可能少的药品试剂去获取更多的化学知识。然而，有一些化学教师对于微型实验存在一定误解，缺乏对微型化学实验的重要意义的认识与了解，认为微型化学实验在经费上可以得到一定节约，但会影响到实验教学的质量，甚至有些化学教师认为，常规实验的仪器比较齐全，再采用微型化学实验仪器反而增加学校经费开支。不可否认，目前微型化学实验的确存在一定局限性，它的硬件(微型仪器) 和软件(实验内容与方法)与常规化学实验相比，还有待进一步完善。[4]但经过这些年的改善与创新，微型实验的硬件和软件方面得到很大提升。杭州师范学院研制成套玻璃和塑料系列微型化学仪器，山东大学研制出微型有机化学实验制备仪，华东师范大学研制出初中微型化学实验室（盒），天津大学研制出无机化学微型仪器、云南大学研制出便携式微型化学实验仪以及我校研制一套多功能微型化学实验仪器等；而软件方面的研究，主要是对常规化学实验微型化去获取更多化学信息然后对实验进行创新性改革，根据常规化学实验教学目标、功能、内容、模式等进行系统总结以及归纳前人化学实验研究成果，探索出新的微型化学实验技术和方法并加以科学设计，创新实践。经过多年实践与创新，化学教师们试验出系列效果显著的微型化学实验，氧气制备与性质、氢气制备与性质、乙酸乙酯制备与性质、可燃性粉尘爆炸、电解食盐水、喷泉等微型化学实验。通过开创一些新颖的探究性、趣味微型化学实验，打开当代青年教师的眼界，使其和学生之间产生一种以教带学、以学促教的良性循环，转变旧观念，大胆创新，才能更好引领学生走向“绿色新时代”。

3 绿色微型化学实验教学，有利于促进学生综合能力发展以及树立绿色化学新理念

近年来，由于全国各高校不断扩招，学生人数的增加，意味着学生实验所用的实验耗材也必然会增加，这不仅加重实验室管理的负担，也导致大部分教师的实验教学任务也越来越沉重。教师们除了在生理上觉得身心疲累，在心理上更是提心吊胆，担心学生在实验中出现事故，因为常规的化学实验中易燃、易爆、毒、腐蚀等问题存在很大的安全隐患。而绿色微型化学实验教学所需要的化学试剂用量一般只为常规实验用量的几十分之一乃至几千分之一，化学反应容量减少意味着危险指数的下降以及对环境污染的减少，所以在地方高校中微型化学实验教学的引入是非常有必要的。另外，更重要的原因是，微型化学实验与常规化学实验相比，微型化学实验可以根据不同要求任意组装，具有体积小、时间省、反应快、易操作、探究性功能较强等优势，更能激发学生的实验能动性和积极性，有利于促进学生综合能力的发展以及树立绿色化学新理念。

（1）绿色微型化学实验教学，有利于提高学生的观察能力、动手能力。由于微型化学实验的仪器具有微型化和试剂微量化两大特点，即仪器体积小，试剂用量少，一般实验反应时间也相对较短，这对学生们的观察能力和动手能力提出更高的要求。例如在氯气的制备与性质微型实验中，所产生的氯气遇到紫色石蕊溶液会使溶液变红一会溶液又由红色变为无色，若组装仪器时没有检查好气密性或不细心观察其颜色的变化，学生一般很难推断出氯气溶于水后是具有两种性质：酸性和漂白性。所以在微型化学实验教学，学生更是要细心观察实验中的每个细节以及精心操作实验中的每一个步骤。

（2）绿色微型化学实验教学，有利于提高分析解决问题能力和创新能力。微型化学实验教学所采用便携式微型化学实验箱，一般由一个多功能微型实验操作台以及各种类微型仪器所构成，除了外形包装美观、仪器设计精巧，比常规仪器具有优越性，在组装上还可以灵活配置、可操作性强，学生可以根据不同的实验要求进行合理组装仪器，开发学生们创新思维；微型化学实验的易装、易调、易拆卸的简便之处，实验操作可重复性强，学生在实验中所发现的各种问题及反应现象，还可以进行重复多次验证，不仅激发他们对新的未知的渴望和探究热情，还提高了他们对实验中所出现问题和现象分析与解决能力。

（3）绿色微型化学实验教学，有利于树立绿色化学新理念。与地方高校中物理实验和生物实验相比，化学实验排放的废液、废气、废渣对环境污染影响比较大。一直以来，各高校化学实验室都会面临着“三废”回收与处理问题，而每年处理它都需要投入大量资金，对于一些经费紧张的地方高校，简直就是雪上加霜。因此，地方高校应该从预防污染和资源节约等两个层面上考虑，创新和改革传统化学实验，积极引入绿色微型化学实验教学，绿色化的微型化学实验教学不仅是一种新的教学理念，也符合我国环境保护与可持续发展理念的战略。因此，在实验教学过程中，教师必须积极探索绿色化实验教学，从绿色化学理念出发，[5]让学生在“绿色化”的微型实验教学氛围中，学以及用，节约资源，减少实验室污染，更有利于培养学生树立绿色化学新理念。

4 结束语

绿色微型化学实验教学已经引起越来越多的地方高校的关注和重视，它的省钱、省时、省力，环保、安全等优点，展示了在化学实验教学中发挥着越来越大的作用。但目前国内有关的绿色微型化实验仪器配置和制度还没统一化，依然有待完善，然而这不影响到它对化学实验教学起到积极意义，我们相信，随着绿色微型化学实验教学不断优化和改善，将会有更多师生认识并了解绿色微型化学实验，而它的存在与发展将会对推动地方高校发展也起到更深远的意义。