基于绿色化、微型化基础化学实验的实践与探讨

王梦 王迎春 李琛 麻景梅 范帅帅 高佳明 牛丽颖

摘要：本文通过倡导绿色化、微型化实验理念，设计微型化实验内容，构建基础化学实验教学课程体系，打破学科壁垒，促进化学各学科的交叉、融合与资源的共享，实现各学科间横向联合，纵向发展，全方位培养学生的综合实践能力、创新能力，同时探索中医药院校基础化学实验教学改革的内容和方法。

关键词：绿色化学；微型化；设计研究性；综合性

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）49-0248-02

化学是一门以实验为基础的学科，化学实验在巩固理论知识，培养认真、严谨的科学态度等方面，占据着不可或缺的重要地位。我校基础化学包括有机化学、分析化学、无机化学、物理化学和医用化学多门课程，是中药学、中药资源、药学、检验、影像学等专业的必修课，基础化学实验常年开设，实验内容有交叉有重复。随着学校招生专业增加，招生人数增长，招生规模扩大，势必会造成实验室空间拥挤、学生实验安排紧密、教师课时数增多、实验技术人员工作强度增大、三废处理、实验经费投入将大幅度提高等诸多问题亟待解决。微型化、绿色化化学实验教学改革迫在眉睫。

本文基于微型化实验教学改革，整合实验内容，避免学科之间实验内容的重复，意在构建新的基础化学实验课程体系。打破学科壁垒，促进无机化学、有机化学、分析化学等学科的交叉、融合与资源的共享，实现各学科间横向联合，纵向发展，全方位提升学生的综合实践技能，培养创新性、复合型医药人才。

一、微型化学实验概念及特点[1-3]

所谓微型化学实验（Microscale Laboratory简写为M.L），即在微型仪器装置中进行的化学实验，其试剂用量为常规的十分之一到千分之一，药品及试剂节省90%左右[1]。但它不是常规实验的简单缩减，而是在绿色化理念的指导下，结合大学生创新思维使基础化学各学科相互链接成一个学科环，促进各学科的交叉整合，并对实验技术改进和优化，以达到用尽可能少的试剂来获取尽可能多的化学信息为的目的[2]。

微型化学实验是实现绿色化学的关键步骤，是对传统实验方案进行的创新与提升，顺应时代发展潮流，符合“绿色化学”和“创新”的理念，体现了“小、快、省”的实验特点和“人与自然协调发展”的精神[3]。同时，它可以节约学校经费开支，减少环境污染，保证实验安全，实现教育功能的最大化，体现化学实验由“粗放型”到“集约型”的发展趋势。微型化学实验在推动实验教学改革，提高教育质量等方面发挥着重要作用，必将是今后化学实验教学改革的趋势。

二、开展微型化学实验的意义[4-6]

微型化学实验较常规实验，具有体积小、节省时间、操作简易、用药量少、污染低绿色环保等特点。因此在化学教学中开展微型实验有着诸多优势及重要意义。

（一）对于社会环境——减少污染，树立绿色化学理念

在常规化学实验中，试剂用量较大、污染物多，且许多污染物未经处理就排放到环境中，给社会和子孙带来了危害。采用微型化学实验，试验后的“三废”的排放量大幅度减少，从而减少了对环境的污染，有助于教育学生树立全新的“绿色化学”观念，符合“绿色化学”教学的思想[4]。

（二）对于学校——实现教学资源的优化配置

由于近年来扩大招生及化学试剂、仪器设备价格的大幅上涨，学校实验经费投入呈现逐年增多的趋势。而微型化学实验试剂用量仅为常规实验的十分之一乃至千分之一，基础化学实验微型化可节约试剂消耗，同时微型实验所用的微型玻璃仪器比常规玻璃仪器耐冲击性高，因此玻璃仪器破损率显著下降从而使得实验成本大为降低[5]。通过基础化学各学科实验融合，删除重复的实验内容，构建新的实验教学体系，从而有效节省了实验时间，减少了实验总课时数，实现了教学资源的优化配置。

（三）对于教师——提高综合教学素养

在常规化学实验教学中，教师大多数采用“照本宣科”的教学模式，缺乏对化学实验本身的教学研究与认识，严重阻碍了实验教学内容的更新和实验教学质量的提高[6]。采用微型化学实验整合实验内容，构建新的实验教学体系，在教学理念更新、教师队伍组建、教学资源优化以及教学质量评估等多方面都得到了跨越式的发展，提高了教师的综合教学素养。

（四）对于学生——提高安全性，培养严谨态度，激发创新精神

化学实验中经常会用到强酸、强碱、易燃、易挥发和一些有毒的化学试剂，采用微型实验后，试剂的用量小，有毒有害气体的排放量大幅度减少，爆炸、火灾等隐患明显降低，大大提高了实验操作安全性。

常规实验受实验时间、实验装置、实验药品消耗等方面的影响，往往2～4人一组合做同一实验，达不到人人可动手的实验目的。而微型化学实验中，学生可单人单组进行实验，且可反复操作，提高学生动手能力。同时由于实验仪器体积小、试剂用量少，反应时间短，为此学生必须精心操作，认真观察，从而有利于培养他们严谨细致的科学态度。

传统化学实验基本属于注入式教学，并在实验操作规范和仪器的组合方式上有严格的规定，学生做实验只是被动地验证、机械地重复，学生的创新实践和创新思维受到限制。微型实验使学生由被动变为主动探索式的学习，对实验进行设计，改造，组合各种装置、仪器，体现了以学生为本的教学理念，并有效地培养学生的创新精神。

三、设想和展望

基于绿色化学理念，并根据我校化学实验教学现状，将无机化学、有机化学、分析化学实验内容融合，实现各学科间横向联合，纵向发展。对化学实验进行微型化、绿色化的探索与实践，依据实验内容特点与联系，具体为三部分内容实施：

（一）微型基础性化学实验

在无机化学、有机化学、分析化学现有实验基础上，选择绿色环保的实验内容为载体，以传播绿色化学为理念，制定微型化实验方案。采用微型化实验与常规实验对比法，探讨实验仪器、改进实验装置、确定试剂种类、明确试剂用量等详细研究内容，有助于教师转变教学观念，促进教师的专业发展，提高实验教学效益，促进实验教学改革。同时可以提高学生的实验技能、实验动手能力，培养学生的学习兴趣，营造良好的学习氛围。

（二）微型综合性化学实验

实验教学课程体系依附于理论课程，各自形成独立系统，实验内容有重复，导致教学效率低。依据化学学科自身的发展规律，打破旧有实验体系，通过优化融合无机化学、有机化学、分析化学等学科，重构综合化教学改革体系。例如：菠菜色素的提取与分离为有机化学实验，使学生掌握用浸泡法从天然物质中提取有机化合物，对提取液进行分液与萃取的一般方法，同时与分析化学、制剂分析、仪器分析等后续课程进行联合，使学生尽早熟悉微量有机化合物薄层色谱的分离原理和操作步骤。可见，打破学科壁垒，可以促进各学科融合与资源的共享，形成一个学科环，实现各学科间横向联合，纵向发展，又能汇聚学科队伍，组建多学科集成的创新团队；同时使学生的综合实践技能得到全方位提升。

（三）微型设计研究性化学实验

为丰富学生第二课堂，采用学生为主体、教师为辅导的实验教学模式。指导学生有针对性地设计研究微型实验，将现有的常量仪器重新设计组装，采用微量-半微量的试剂进行实验。例如：微量法从茶叶中提取咖啡因的实验，由于试剂微量化，学生需对实验方案、咖啡因提取方法、如何对粗产品进行分离与纯化等诸多问题不断进行探索研究，反复实验最终确定可行性实验方法。通过实施设计性微型实验途径，使一、二年级本科生尽早进入实验室，进行有针对性的课题研究，熟悉提取分离与鉴别的相关研究思路与方法，为后续制剂分析以及中药化学等课程做好铺垫。同时，激发了学生探索精神，培养了学生发现、分析、解决问题的能力，提升了学生的综合素质。

四、结语

微型实验符合绿色化、经济化和节约化的教学理念，大大减少了教师的工作量，同时可提高学生的动手操作能力、创新能力、科研能力等，但受实验产率低、实验现象不明显等因素的制约，导致有些实验不能进行微型化改革，因此需要结合大学生创新实践活动反复摸索和教师长时间探讨实验内容，最终制定适合绿色化、微型化实验教学改革方案。

微型实验节约学校经费开支，减少环境污染，保证实验安全，实现教育功能的最大化，以达到教学理念的创新；同时通过化学学科自身的发展规律，打破旧有实验教学体系所形成的独立系统，各学科间重新整合、优化、融合、重构综合化实验教学体系，使基础化学各学科相互链接形成一个学科群，以达到教学思维的创新。

参考文献：

[1]王琴.微型化学实验的探讨[J].甘肃科技，2010，26（4）：193-194.

[2]贾欣欣.基础化学实验课微型化改革的探讨[J].广州化工，2010，38（10）：237-238.

[3]李琼芳.测定胆矾中铜含量的微型实验研究[J].内蒙古民族大学学报，2009，15（4）：118-120.

[4]江炎兰，梁小蕊.绿色化、微型化普通化学实验教学的探索[J].内蒙古民族大学学报，2009，（4）.

[5]陈菲.无机化学微型实验的应用与利弊[J].教育教学论坛，2014，（5）：252-253.

[6]黄宏生，鲁绪会，代纪林.新升本科院校化学实验教学调查与研究[J].广州化工，2011，39（16）：178-179.