半微量有机化学实验怎样提高实验效能

来源：职称阁分类：教育论文时间：2019-04-04 10:29热度：

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半微量有机化学实验怎样提高实验效能

　　关键词:半微量;有机化学实验;实验效能

　　随着环境保护意识的不断增强，高校基础有机化学实验对生态环境造成的污染早已不容忽视，有机化学实验日趋向着减少三废排放的微型化方向发展。而半微量有机化学实验就是介于微型和常规有机化学实验之间的一种化学实验方法。与常规有机化学实验相比，半微量有机化学实验具有化学试剂用量减少、经费下降、安全性提高、污染物排放减少、实验时间缩短、能源消耗降低等诸多优势[1-4]，因此我校于1999年建立有机化学实验室时就全面开展了半微量有机化学实验。经过近20年的教学实践，半微量有机化学实验取得了良好的教学效果，受到学生们的普遍好评，并激发了学生对有机化学实验课的兴趣和学习积极性，课程结束时学生们常有意犹未尽的感觉。

　　1有机化学实验微型化的意义

　　微型化实验是指在微小型的仪器中，用尽可能少的试剂来进行实验(一般为常规量的1/10～1/1000)[5]。微型化学实验是20世纪80年代崛起的一种新型的化学实验方法，被誉为化学实验的革命，已在美国许多院校的基础化学实验教学中得到普遍应用。微型化学实验符合绿色化学(20世纪90年代由美国化学会提出)理念下的预防化学污染的思想，是实现绿色化学教学的有效途径，是化学实验向可持续发展方向改革的目标[6-8]。微型化学实验也于1989年被列入了我国高等学校化学教育研究中心的科研计划，并由10多所院校协作开展国内微型化学实验的系统研究与推广工作[9-10]。在基础化学实验中，有机化学实验所用的试剂多数易挥发、易燃、毒性较大，常规实验试剂用量大，三废排放量大，耗时耗能，危险性高，因此有机化学实验微型化是基础有机实验教学的必然趋势[11-12]。尽管目前很多高校已采用微量或半微量有机化学实验，但在上世纪90年代很少应用，仍然是以常规有机化学实验为主。我校于1999年筹建有机化学实验室，受陈长水主编[1]的《微型有机化学实验》书中内容的启发，决定我校的有机化学实验也要全面微型化，该建议得到了学校的大力支持。考虑到当时微型设备和配套的辅助设备较贵，实验试剂的用量很少(液体1mL以下、固体10mg以下)[9]，对操作要求高，对于初学有机化学实验的学生难度较大，会使一些基本实验操作难以控制，实验现象有时不明显，产品甚至难以得到，会影响实验技能的掌握及对实验的兴趣，因此选择半微量有机化学实验(选用的圆底烧瓶和三角瓶的容量规格均为25mL)[13]，实验内容的选择也遵循低毒、低污染的原则。当时只有食品工程、水产养殖和环境工程专业的学生学习有机化学实验，但自1999年以来，我国普通高等教育开始大幅度扩招，我校涉及有机化学实验的专业早已增加了生物技术、生物科学、食品质量、环境科学、海洋科学、水医、水族等多个专业，多达20多个班。实施了近20年的半微量有机化学实验，尽管没有和常规有机实验进行过对比统计，但是在节约资源、节约能源、节省经费、降低三废排放等方面一定是非常可观的，而且学生在实验技能提高的同时，实验安全意识、环境保护意识和社会责任感得到提升。尤其在半微量有机合成实验中，由于反应物用量少，在合成、分离、提纯各步操作中稍有疏忽就可能导致实验失败，因而可促使学生集中精力，认真操作，仔细观察，从而促进其严谨的科学实验态度及综合实验能力的提高。

　　2整合半微量有机实验提高实验效能

　　我校必修有机化学实验的专业不是化学或化工专业，因此学时相对较少，独立设课的最多为36学时，非独立设课的只有8学时(为化学实验中的有机实验部分)，每个实验4学时，两人一组操作。考虑专业特点，有机化学实验课的内容是以分离、提纯等基本操作为核心来设置的，这也体现在参编的《化学实验》第三章分离提纯基本操作中[14]。理论课采用多媒体教学后，相同的学时下可以增大课上信息量，而相同的教学任务下可以减少学时来完成。因此，在实验课内容的安排上，充分发挥了半微量有机化学实验试剂用量少操作省时的优势，整合实验内容以提高实验效能，即提高每次实验的效率和学生的有机实验操作技能。以蒸馏和分馏、柱色谱和薄层色谱为例，按常规有机化学实验的课程设置，蒸馏和分馏为两个独立的实验(常规蒸馏或分馏实验需2～2.5h)[15]，柱色谱和薄层色谱也是两个独立的实验。而通过两个半微量有机化学实验，即乙醇的蒸馏与分馏(半微量蒸馏或分馏实验只需30～40min)、染料的柱色谱和薄层色谱分离完成了常规的4个实验的教学任务，大大提高了实验效能。在乙醇的蒸馏与分馏实验中，实验目的是使学生掌握蒸馏、分馏的原理及其正确操作，掌握常量法沸点的测定，了解微量法沸点的测定。通过这个实验，学生不仅比较性的学习蒸馏和分馏的原理、常压蒸馏和分馏的正确操作，同时比较性的学习了常量法和微量法两种沸点测定的方法。分馏比蒸馏就多了一个韦氏分馏柱，其他如沸点测定的方法都是常量法，接收装置也相同，但一次分馏可以达到多次蒸馏的效果，从而可以达到更好的分离提纯效果。因此讲授结束后，让学生先做乙醇的蒸馏实验，熟悉装置正确的安装和拆卸顺序，做到规范操作，熟悉常量法沸点的测定和产品的接收。蒸馏结束后再进行工业酒精的分馏实验，这样分馏实验就很得心应手，并让学生细心观察分馏柱中的现象，理解分馏柱中实现的多次汽化-冷凝过程，这样操作上的异同加深了学生对蒸馏和分馏实验技能的理解掌握。而蒸馏和分馏得到的产品全部进行回收再利用。最后进行微量法沸点的测定，常量法和微量法沸点的测定原理相同但所用仪器不同，操作方法也不同，同时接触两种沸点测定方法，让学生们感受到了科学实验的魅力。在染料的柱色谱和薄层色谱分离实验中，实验目的是使学生掌握柱色谱、薄层色谱的基本原理及其正确的操作方法。因为薄板用载玻片来制备比较快，但活化过程需要0.5h，点样展开也需要一定时间，而柱色谱装柱和加样洗脱过程都需要较长的时间，因此讲授结束后，先让学生做薄层板，放入烘箱开始活化后，让学生开始装柱。等薄层板活化好了，点样展开，同时进行柱色谱的加样洗脱，同时观察。本实验的柱色谱和薄层色谱原理都是吸附色谱原理，通过同时进行染料的柱色谱和薄层色谱分离，不仅使学生比较性的学习柱色谱和薄层色谱的正确操作，明确了柱色谱和薄层色谱分离的各自特点和优势，而且学习了实验时间的合理有序安排。同时看到3种染料通过柱色谱和薄层色谱达到良好的分离效果，学生都很开心，很有成就感，也激发了他们对有机化学实验的兴趣。由于是两个人一组进行实验，实验中经常会出现一个人动手另一个人观摩的现象，因此在提高实验效能方面也特别加强了实验过程的考核。提高过程考核的比例，由原来的20%提高到50%，让每一个学生都动起手来，锻炼其实验动手能力，从而提高实验操作技能和分析问题解决问题的能力。

　　3结语

　　半微量有机化学实验符合绿色化学理念，是有机化学实验可持续发展的必然趋势。多年的半微量有机化学实验教学，使历届学生的实验效能和实验安全性得到了提高。此外，该实验对于学生实验的严谨性、准确性、规范性的培养起了很大的作用。只要教师以学生为本，有强烈的责任心，肯于付出，即使学时减少，通过整合半微量有机实验提高实验效能，就能确保教学任务的顺利完成。在今后的实验教学过程中，将不断探索，力争取得更好教学效果。现有的半微量有机化学实验也将逐步向微型化方向发展，并增加综合设计型实验以提高学生科学实验的综合素质。

　　作者：张敏谭成玉刘远单位：大连海洋大学海洋科技与环境学院

文章名称：半微量有机化学实验怎样提高实验效能

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