前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇化学实验安全论文范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
化学实验是化学教学中最具魅力的教学方法,但它具有一定的危险性,笔者从事化学教学多年,耳闻目睹了不少化学实验的危险情景。实验中一旦发生事故,危及师生的安全,甚至严重致残造成终生不幸。但也不必谈虎色变,以致于不敢动手实验,安全实验的关键在于按照操作规定进行实验,危险也就转为安全。现就化学实验教学中的安全隐患问题谈谈个人的认识。
以下几个方面常常会发生化学实验事故。
1违反操作规定
1。1点燃可燃性的气体前应检验其纯度。如:在用锌和盐酸反应制取氢气的演示实验过程中,点燃氢气必须先检验纯度。可是,如果你在用锌和盐酸反应制取氢气的演示实验过程中,当锌粒反应完后,打开反应器的瓶塞又装上锌粒,塞上塞子就点燃,就会引起仪器爆炸。为什么会发生爆炸事故呢?这是因为你违背了点燃氢气前必须检验纯度的操作规定。实验过程中打开瓶塞装锌粒跟实验开始时装锌粒相同,反应器里进入了空气,氢气和氧气混合,点燃都会发生爆炸。
在演示氢气的性质实验前,教师可以做一个爆炸实验以加深学生印象,具体操作为:在一个塑料水瓶内装四分之一到三分之一容积的水,然后用排水法收集氢气,倒放在铁圈上,再用火柴去点,就会听见一声巨响,爆炸的气浪将塑料瓶高高掀起。
1。2实验完毕,应按规定有序撤除装置。加热制取气体并用排水法集气,实验完毕时,应先把导管从水里撤出,再撤酒精灯。如:用酒精和浓硫酸加入瓷片加热制乙烯,用排水集气法收集完毕时,先撤去了酒精灯,冷水就会沿导管流入盛浓硫酸的烧瓶,以致引起烧瓶炸裂,溅出硫酸。这是因为你违背了实验操作而引起的。
2用药过量发生危险
一些实验虽然剧烈,但试剂量小并无危险,如果用药量稍大便会引发危险。
如:钠与水反应很剧烈,但药量少时并无危险。在做学生分组实验时,让学生观察钠与水反应的现象时,放入的药量一定要适量(通常取一粒绿豆大小的金属钠即可),不得随意用药,且要选用敞口较大的烧杯作反应容器,千万别放在像小试管等敞口较小的容器里反应,否则就会发生意外事故。
我的学生在做钠与水反应的分组实验时,也曾发生过反应容器炸裂,其内液体四溅的事故。究其原因,是一位学生趁老师去指导其他学生的空挡,偷了几块金属钠放在盛有水的小试管里,因金属钠与水反应放出的大量的热量在小的空间里得不到及时的逸散,使试管里空气急剧膨胀而爆炸。
所以,在学生做钠与水反应的分组实验时,一定要事先给学生讲清注意事项:
①此反应只能放在烧杯里做(事先准备好放在学生实验桌上的),不能放在小试管做。并讲清原因。
②金属钠只能取一粒,不能多取(事先把钠切成绿豆大小放在讲台上,老师一定要站在旁边监督学生取钠。)。
③只能用镊子取金属钠,且镊子一定要是干燥的。不能用手拿。
3制取气体时实验装置不畅通
实验制取气体时,一定要保证实验仪器装置畅通,导管不得堵塞,否则会因气体无法排出而发生爆炸事故。
曾发生过学生在用高锰酸钾制氧气时,一位学生在试管的导管口处把棉花放得太多又塞得太紧,导致加热后产生的氧气排不出去,试管内气压增大而把塞子冲飞,棉花随着氧气流冲出并燃烧,燃烧的棉花恰好落到另一位学生的头上,造成这个学生的部分头发被烧。为防止类似的事故发生,在学生做这个实验之前,老师一定得给学生讲清注意事项:
①组装仪器时试管口要略低于试管底,防止加热过程中水蒸气遇冷流回试管底,从而引起试管炸裂。
②加热时,均匀受热后酒精灯的火焰先固定在靠近试管口的药品处,然后慢慢地把酒精灯的火焰往试管底部移,若反过来,氧气流会把前部的高锰酸钾带向导管口,阻塞导管。
③放棉花之前把棉花先拉松,且不要放得太多,尤其棉花不要用水弄湿。
④要做到先“离”后“熄”。即停止加热时,先把导管移出水面,再熄灭酒精灯。
4药品混入杂质
在用氯酸钾和二氧化锰的混合物加热制取氧气时,错把木炭粉当作二氧化锰加入试管与氯酸钾混合,使得药品中混入了杂质,造成了爆炸事故。因此用药时要认真辨清药物,不得马虎从事。
5使用失落标签未经鉴定的试剂发生事故
如:在配制溶液时错把硫酸当盐酸使用,造成伤害事故。凡失落标签的试剂一定要检验确定后再使用,以避免伤害事故的发生。
6实验室空气不畅通
在教学中有演示实验制取氯气、二氧化氮等有毒气体时,或学生实验制取可燃性气体如制氢气、乙烯等时,如果实验室空气不流通,有毒、易燃气体逸散到空气中越积越多,达到一定浓度,会引起师生中毒或其他意外事故。因此实验室应安置通风橱、换气扇等通风设施,必须做到实验室空气流通。
为排除实验安全隐患,更好更安全地进行化学实验教学,实验时一定要做到以下几点:
(1)一切实验要按操作规定进行。
(2)一切实验要在预备室准备好,做到实验无误,方可拿到教室或实验室做。
(3)有可燃性气体的实验,在点燃气体前必须检验其纯度,并注意室内通风。
(4)做有毒实验时,一定要打开门窗,使空气流通。制取或进行能产生具有刺激性、恶臭和有毒的气体反应时应在通风橱内进行。
(5)用药量宁少勿多,不要取用未经鉴定无标签的试剂。
(6)化学试剂随配随用,不可久置。如银氨溶液久置后再用易发生爆炸。
(7)步骤多的实验,操作顺序要记熟,不可看一步做一步。
(8)没做过的实验要向有经验者请教或查清资料再做,不要冒然实验。
(9)实验室要有一定的安全设施。如灭火器、石棉布、沙箱等。
论文关键词:注射器在化学实验中的妙用
在化学实验中我们经常去寻找实验仪器的替代品,我发现针管在化学实验中有许多作用。原因是针管的各种规格都有、封闭性好,操作简便、节省试剂、可靠安全、污染少,针筒本身透明、有刻度,便于观察。广泛用在气体制备、收集,微型实验、家庭小实验等实验中,真正做到了一器多用,有哪些作用呢?我们来看一看。
一:充当各种规格的试管。
我们可以把针管的突出部位去掉后,用502胶水把小孔封好备用。优点是材料来源较广,易得,较经济,是偏远地区的学校的试管非常好的替代品;缺点是使用后不能用试管刷刷,原因是塑料制品易刷毛,这样使其使用的寿命大大降低。
二:充当各种规格的粗略量筒。
对于来说可增加量的意思意识初中物理论文,比如知道1~2mL大约是多少,从而在平常的实验中强化了量的意识,同时也可给学生树立节俭的意识。
三:充当各种规格的胶头滴管。
比如在做氨气的喷泉实验时,只需用单孔塞子及导管,而原来胶头滴管的位置只要用带针头的针管代替即可。此操作比用胶头滴管操作简单:抽水溶液,不需要固定在单孔塞子上,随时用随时插入,且用完又可以随时取出,清洗较方便。
四:作为反应容器
(1)制备氢氧化亚铁
在一支15mL针管(去掉针头)中吸入5~8mL新制备的氢氧化钠溶液,另一支试管(带有针头)中吸入2~3mL的新制备的硫酸亚铁溶液,推动针管的活塞把新制备的硫酸亚铁溶液缓缓地注入到氢氧化钠溶液,将会看到有白色的沉淀,且持续的时间较长。如果想看到氢氧化亚铁转化为氢氧化铁的过程,我们可以通过刚才的针管抽取多管的空气注入到生成氢氧化亚铁的试管中,则会观察到预期的一系列的现象。
(2)可用于钠与水(或乙醇)的反应
取一规格为15mL的针管拔掉活塞,从活塞出加入一小块金属钠。迅速塞上活塞且下推,推至钠块出,然后装上针头,迅速吸入适量的水或乙醇,然后把针管竖立起来,针头斜向上,稍后把针头移向酒精灯点燃,则会看到淡蓝色的火焰论文参考文献格式。
(3)可用于甲烷与氯气的取代反应
取用20mL(也可以用10mL或15mL)的注射器及打吊针时所用的针头及针头所连的细管(最好是配套的)。把注射器的活塞抽掉,配上合适的橡胶塞,用打吊针时所用的针头及针头所连的细管连在针管的小头处,用十字夹夹住细管处。然后用排饱和食盐水的方法在针管中先后充入4/5体积的Cl2和1/5体积的CH4, 用一细线把针管吊在铁架台上,把连有细管的针头放入烧杯中,在烧杯中加入水初中物理论文,并滴入几滴紫色石蕊试液。每个桌子上提供60W的台灯,则会观察到预期的实验现象。一段时间后打开十字夹,还会观察到喷泉实验。
(4)可用于浓氨水与浓盐酸的反应
取一硬质管,把两端配好合适的橡皮塞,用两只5毫升的针管分别抽取2毫升的浓盐酸和浓氨水,用如图所示装置
优点:此实验用量小,且在密闭容器中进行,无污染。
五:组合成各种装置
1.组合各种U形管
取两只相同或不同的针管(规格实验的要求而定)去掉活塞,然后用橡皮管(或打吊针的塑料管)把两针管的下面即原连针头的部位连接起来,即可自制成不同的U形管。
(1)可以用来充当电解池装置
在刚才做好的各种的U形管,如图所示配置好相应的塞子及相应的电极,即可电解各类电解质溶液。适用于微型实验及学生实验。
(2)可以用于制备NO及相关的化学性质的相互转化
选择一不等高的U形管(规格相差大约20mL比较好)固定好后,从高端向其中注入稀硝酸直至低端浸没铜丝,在低端加上一个分液漏斗(分液漏斗的塞子改为合适的橡胶塞),如图所示:
2008年上海高考第12题取材于笔者在《化学教学》发表的论文“试纸上的微型电解实验”[1], 该题依据实验中的现象,由于采用简单易行的微型化学实验操作,实验真实性得以显现,在知识与能力的考查基础上更加培养学生科学求实的态度。
自从29届国际奥林匹克化学竞赛实验试题采用微型化以来,国内各类化学试卷中都不同程度地出现以微型化学实验为背景的题目。试题中的信息在学生中快捷、广泛地传播;从以微型实验为情境的化学习题入手,另辟蹊径,可以展现微型化学实验仪器的应用,表达绿色化学的设计理念。
从期刊的影响力出发,笔者从目前化学教育研究领域比较权威的三刊(《化学教学》、《中学化学教学参考》、《化学教育》)以及以实验仪器研究为特色的期刊《教学仪器与实验》中的微型化学实验论文中取材,从不同角度出发编拟化学习题。
1以微型反应装置创设情境
如同常规实验装置的组装目的一样,微型实验仪器同样可以完成气体的制备、物质的合成、气体的干燥和净化、尾气的吸收等基本操作。以此创设化学试题情境,考查基础知识、基本技能。表面上看,只是提供给学生化学常规实验装置的缩微化,但仪器的微型化给解题带来了陌生感,尤其是仪器体积小带来的特殊操作细节,例如试剂的取量、反应程度的控制、尾气处理等――这些都是实验论文作者阐述的实验注意点,也恰是学生在实验操作中容易忽略的因素。
例1、硫化氢是一种有臭鸡蛋气味的有毒气体,采用常规仪器进行制备和性质检验,常因气密性不佳而对环境产生污染。周老师采用六孔井穴板和注射器组装出以下微型反应装置(如图1所示),向各井穴加入指定的试剂与物料,然后用生料带缠绕井穴塞1-2圈后插入6 孔井穴板的井穴中并旋紧塞子,使井穴塞紧密地盖住井穴,以细乳胶管把前一单元出气管与相邻单元的进气管逐一连接起来,保证没有硫化氢泄漏。该实验无需通风橱即可进行,对反应废物摸索了实验后处理方法,体现了绿色化学实验的要求[2]。
(1)1号井穴里装有少量FeS固体,实验装置按图搭建完毕后,把吸有稀硫酸的注射器缓缓下推,就可以有连续平缓的气流产生。请问1号井穴孔发生反应应为_______________________________。
(2)2号井穴内只放入一张湿润的白色醋酸铅试纸,且“短管进、长管出”。其作用是(填写两点):____________________________________。
(3)3号井穴孔盛放少量溴水,其主要作用是证明H2S的____________________(能呈现出该性质的),还可以用____________________溶液代替。
(4)4、5、6井穴孔分别盛放了0. 1 mol・L-1 ZnSO4、0.1 mol・L-1 CdSO4、0. 1 mol・L-1 CuSO4溶液,在实验中分别产生了白色、黄色和黑色沉淀,说明了这些金属硫化物的________(性质)。
(5)7号井穴孔盛有________(填写药品),其目的在于____________________。
评点:该题主要考查硫化氢气体的制备、气体检验、性质验证、尾气处理等。一切都基于基础知识、基本技能,只是通过微型化学实验装置呈现情境。
答案:(1)FeS+2HCl=FeCl2+H2S; (2)缓冲作用(安全瓶), 检验硫化氢气体; (3)还原性, 酸性高锰酸钾; (4)难溶性; (5)NaOH溶液,吸收尾气
例2、“电凝聚气浮法”是一种工业上处理废水的常用方法,我们用塑料多用滴管作为载体,以微型实验的形式呈现了该方法的原理。先在100 mL烧杯中加约50 mL蒸馏水,再添加3滴CrCl3溶液作为无机污染物,另加少许泥沙和硫酸钠,用玻璃棒搅拌使之浑浊,得模拟废水,标记为A。用塑料多用滴管吸取废水A,从液泡两侧分别插入两根大头针(两针不相互接触), 用鳄鱼夹、 导线将两根大头针与电池(9V)相连,即可对废水进行电解[3]。
(1)电解开始,阴极释放出大量气体,请写出电极反应式________________________________;
(2)阳极现象不明显;片刻后,溶液中生成大量绿色沉淀,随着阴极气泡大量逸出,绿色沉淀随之上浮至液面。已知大头针主要成分为铁,请推测阳极可能发生的两个反应式为:____________;
(3)绿色沉淀中不仅包括由阳极产生物与溶液酸碱性变化而生成的不溶物,还包括沉淀_______(填写化学式),这就表现出对污水中的金属离子进行清除。
(4)本实验中在电解液中添加硫酸钠的目的是____________________。
(5)另取一份相同废水,滴加3滴苯酚溶液作为有机污染物,再加3滴亚甲基蓝使其显示颜色,添加食盐至饱和,标记为B;用塑料多用滴管吸取废水B,采用如上图的装置,只不过将阳极大头针更换成全活动铅笔专用笔芯,在电解后的溶液中滴加FeCl3溶液不发生显色反应,说明____________。更换阳极材料原因是__________________________(用电极反应式说明);
评点:化工生产是化学教学的重要内容,但一直是实际教学中欠缺的,通过微型化学实验模拟实际问题可以帮助中学生了解化学与技术、体会时代性增强学生学习的使命感和责任感。该类试题适用于《化学反应原理》模块的“电解池”、《化学与技术》模块中的“水处理技术”、《化学与生活》模块中的“化学与环境保护”,以及《实验化学》模块中提出的“能发现学习和生产、生活中有意义的化学问题,并进行实验探究”。
答案:(1)2H++2e-H2; (2)Fe-2e-Fe2+,Fe2++2OH-Fe(OH)2; (3)Cr(OH)3;(4)增强导电性; (5)苯酚在阳极释放的强氧化性气体作用下已发生了转化,避免阳极材料本身被氧化。
2以微型实验引导实验改进思维
在各大期刊发表的微型化学实验论文多为一线化学教师或高校实验研究者发表,如果只是简单地在学生面前重现这些素材,对他们自身的实验素养提高有限;而通过试题的巧妙设置,将学生也引入到对实验的设计思路中去,有利于提高他们对微型化学实验的深刻认识,也有利于他们创新思维的发展。
微型化学实验不是常规实验的简单缩微或减量,而是要在微型化的条件下对实验进行重新设计和探索,达到以尽可能少的试剂获取尽可能多的化学信息的目标。
例3、用一个小注射器和小塑料反应管做反应仪器,两者中各有一种化学物质,反应后将注射器针头扎入一根带火星的香烟里推动活塞,发现窜起一大串火苗[4]。请问,塑料试管中盛放药品为________,注射器中盛放____________药品。该实验可以代替常规实验中的实验是_______________。
评点:注射器是化学实验改进中常用的替代品,在微型化学实验中常常需要挖掘其功能进行设计,在命题中应用中能帮助学生体会到。图3中的注射器代替分液漏斗,图4中的注射器起到氧气收集的作用。
答案:MnO2,双氧水,氧气的制备和氧气的助燃性质
3以微型实验题干提供探究和评价的平台
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文
近年来科学探究实验在化学新课程考试中广被重视,这些实验题不再象以往的实验题平铺直叙――单纯的“课本知识加实验加填空”,也不象大学知识“下放”的新信息实验题,而是促使考生多想实验的整个过程:“做什么”、“怎么做”、“为什么这样做”、“选取哪些因素作为实验变量”、“可能什么原因”、“还有没有更好的改进方法”、“这样的实验有什么实际用途”等等,更加促使考生像科学家一样进行探索,达到真正考查科学思维的目的。微型化学实验与常规化学实验相比,一样能提供符合教学需要的实验内容,更能提供多个相关实验的优化设计过程和满足使用者自主探究的基本条件[5]。以微型化学实验论文素材命题,为训练学生探究思维和评价能力提供了一个适宜的平台,也为一线化学教师提供了巧妙的探究思路,有助于教师拓宽视野。
例4、紫甘蓝,又名紫卷心菜,所含花色苷色素的颜色会随pH改变,一般遇酸变红,遇碱变绿。向点滴板上一凹槽滴加一滴紫甘蓝汁,再滴加一滴硫酸钠溶液,用连接导线的鳄鱼夹各夹住一根铅笔芯,将电极一端浸入紫甘蓝汁液面以下[7]。
(1)当导线分别与电池两极相连,发生现象是:
阳极_______________________________;
阴极_______________________________。
用铅笔芯将两极所在位置的溶液搅拌均匀,发现整个液滴呈现紫色,(用离子方程式)说明发生反应为_________________________________;
(2)若采用大头针作为______极电极,则对以上实验现象有极大干扰,这是因为_____________;
(3)以各类典型的酸碱盐溶液作为辅助试剂加入紫甘蓝汁中,以铅笔芯作为电极进行电解。请预测实验现象并完成下表1:
(4)将添加NaCl溶液的甘蓝汁电解后溶液搅匀,最终竟然消褪为无色。这是因为__________;
(5)以上实验是以_______、_______作为变量开展的探究活动,如果你是实验设计者,从该实验的特点出发,你还会挑选_______作为变量。(开放性问题,答案合理即可);
(6)如果你是实验竞赛的评委,你将该实验与你们常见的电解实验对比,请提出一些评价意见(至少写出两点,开放性问题,答案合理即可)。
评点:微型化学实验试题取材于实验探究论文,突出真实性;注重实验条件,突出思考性。本题不仅以紫甘蓝汁作为创新情境考查电解规律、中和反应等基本原理,还从异常现象原因探究、变量控制等角度促使学生对实验原理进行深层思考,并且通过开放性的问答培养学生评价和鉴别能力。
答案:(1)2H2O-4e-O2+4H+; 2H2O+2e- H2+2OH-; H++OH-=H2O; (2)阳极;作为阳极的金属电极比水更容易被氧化,产生有色离子如亚铁离子、铁离子对甘蓝汁颜色有干扰; (3)电极附近溶液变紫,有气泡产生;电极附近有大量气泡产生;紫色;迅速冒出刺激性气味的气泡,电极附近溶液变红;迅速冒出气泡,电极附近溶液变红; (4)电解NaCl溶液阳极产生的Cl2将电解对象漂白; (5)电极,电解质溶液;载体、电解体系等; (6)参考评价意见:评价之一:紫甘蓝汁不仅充当电解对象,还兼作实验中的酸碱指示剂,一举两得;评价之二:该微型实验只采用了一滴紫甘蓝汁液作为电解对象,降低成本,操作方便,大大减少了实验时间,适合学生自己动手操作观察探究;评价之三:紫甘蓝汁取材于纯天然,整个实验用量又是微量,所以充分体现绿色环保的理念;评价之四:实验现象明显,有利于学生加深对电解本质的理解。
4 反思
在科学教育中引入习题的初衷是巩固和加深对知识的理解,考查学生掌握知识的水平,培养学生应用知识解决问题的能力。每一道习题都是从原始问题抽象而来,然而有相当一部分已经把其中的一些次要细节、非本质的联系舍去,也没有将科学现象与事实作为背景,甚至完全脱离科学现象,学生思维的一部分已经被习题编制人员“越俎代疱”地完成了。同时,习题教学还存在着模式化倾向,缺乏科学思想的分析,太重视程序与计算、熟练与技巧。因此,在一定意义上说,我国学生创造能力的匾乏是习题教学的直接后果。事实上,科学最重要的基础是源自实验现象的,首都师范大学专家曾提出通过引进原始问题来逐步使习题教学与原始问题教学相结合,从而达到提高科学教育效能的目的。而发表在各种期刊上的实验论文能表现论文作者所作出的技术性和认知性研究的原始工作,是教学科研过程中的一种生成资源[8],也是原始问题的一种表现形式。笔者近年来以微型化学实验为主要研究方向,并尝试将所设计的原创实验素材融合入课堂教学、探究活动中,发现对提高学生解决问题能力、实验分析评价能力有较明显的促进作用;于是进而取材命题,抛砖引玉,目的之一是及时推广课程改革中来自教学一线和高校专家的实验研究经验,从而使研究成果迅速转化为“生产力”,不断推动实验教学研究工作向纵深发展;更希望这些原汁原味的实验素材呈现出反映科学概念、规律本质的原始问题和未被加工的典型实验现象和事实,使学生大脑充分开放、思维触角充分发展,体会到与原论文作者研究过程中类似的思路和体验,甚至在条件允许前提下,用微型化学实验这种耗材少成本小的实验手段完成符合绿色化学理念的验证、改进和探究,达到知识升华的目的。
建议化学命题者可以认真研究各种期刊登载的微型化学实验专题文章,将其素材开发为创新试题:具有提问多样化、知识探究化、信息情境化以及形式开放化等多方面特点,为促进化学习题教学提供优质的题材[9],同时也促进微型化学实验能在中学得到普遍重视和合理应用。
参考文献:
[1]陈凯,张丽娜,龙琪.试纸上的微型电解实验[J].化学教学,2008,(4):10.
[2]周宁怀,屠小燕.一类气体制备与系列反应的微型装置[J].化学教学.2000(12):8~10.
[3]陈凯,刘少贤,张丽娜.电化学法处理废水的微型模拟实验[J].教学仪器与实验,2008,(10):39~40.
[4]陈博,陈凯,胡益民.有关烟草的化学实验集锦[J].中学化学教学参考.2008.(7):46~47.
[5]宋心琦.关于发展和推广微型化学实验的一点看法[J].化学教学,2008,(2):1~2.
[6]陈凯,龙琪,张丽娜.一滴紫甘蓝汁的微型电解实验[J].化学教育,2008,(8):65~67.
[7]邢,陈清梅.从习题到原始问题:科学教育方式的重要变革 [J].课程.教材.教法.2006.(261):56~60.
[8]易章和.充分利用生成资源命题推进化学课改评价研究[J].化学教学,2005,(10):41~43.
前 言
化学实验是一门重要的课程,可以培养大学生的动手能力,巩固理论课上学到的知识,在实验中对化学增加感性认识[1]。实验能力的高低是衡量大学化学专业学生综合素养的重要标志之一。正因为此,各高校在实验课程设置、内容目标、实验资源、教学模式、评价方法等方面积极进行改革,以促进学生实验能力的提高[2]。
一、大学生化学实验课程教学改革的目的
化学实验课程主要包括无机化学、有机化学、分析化学、仪器分析、物理化学的相关实验,其目的是培养学生的基本化学实验技能、基本化学计算、实验设计、实验操作、数据采集和分析处理能力,常规和部分贵重仪器的使用、图谱解析,实验总结与报告能力。进行化学实验教学改革的目的主要有以下几个方面[3]:
1.培养学生基本操作技能的规范性
玻璃器具使用、天平使用、真空泵使用、滴定分析、抽滤、分离、洗涤等,实验器材的维护及正确放置、标签的书写、实验废弃物处置等,都属于基本操作的范畴,规范地掌握这些基本操作,是形成良好实验行为的基础,也是学生基本科学素质的体现。这些素质的欠缺,将影响学生的未来发展,甚至人身安全,因为许多化学实验室事故的发生都是由于操作不规范而引发的。因此,化学实验教学必须在培养学生操作的规范性方面下足功夫,教师的指导必须严格到位。
2.强调基础性实验的作用和重要性
在当前强调培养创新人才、加强综合性实验的同时,不要忘记和淡化基础性实验。没有基础或基础不牢,就谈不上综合,更谈不上创新。因此,在教学资源的调配上,要始终抓好基础性实验的教学安排,配备足够的师资、教学时间和教学设备等,这是需要由实验教学管理部门统筹考虑的工作。
3.训练学生的表达与分析能力
经过一系列测试获得一批实验数据,对这些数据进行科学处理与分析,进而得出科学结论,不仅是对教学实验的总结,而且也是科研的重要环节之一。这种能力的培养十分重要,如果在这方面重视不够,就会导致学生的归纳、总结与分析能力不强,提出问题、提出新概念的能力不强,这最终会影响学生的创造能力。
4.培养学生综合素质
学生思维的多样性、观察能力、耐心、细致、沉稳、有序等素质需要依靠实验过程的点滴训练和积累,这是一个长期的过程,需要在实验教学中精心培养,需要教师进行耐心细致的、科学的指导。大学生化学实验综合素质的培养需要从选择题目开始,到实验设计、实验操作、结果分析、问题思考与解答等多个方面系统进行能力培养[4]。
5.提高化学实验教师队伍素质
实验教师的授课水平和责任心是影响实验教学质量的关键。实验教学改革对于青年教师和研究生助教的培养,老教师在教学方法、教案设计、教学技巧与能力、教学态度等方面的引导,全面帮助,都有助于他们胜任实验教学工作,科学地培养学生。
二、大学生化学实验教学中存在的问题
化学实验是化学教学中一门独立课程,其目的不仅是传授化学知识,更重要的是动手能力和优良素质的培养。通过长时间对大学实验课程教学的切身感受和观察分析,我们可以看出在化学实验教学中现在主要存在以下几个问题:
1.课程设置不重视化学实验
许多学校对理论课程很重视,而忽略实验操作的训练,即存在重理论、轻实验的现象。尽管现在强调培养创新型人才、加强综合性化学实验,但决不能淡化基础实验的训练,基础实验是综合性实验的基础,其基础性和重要性是毫无疑问的。实验指导教师要认真负责、严谨规范,实验课程就会得到学生的高度重视。此外,还存在实验课学时数占总学时的比例较低,有些实验课学生动手的机会较少等不合理现象。
2.对学生的综合素质培养不够
化学实验是化学教学中一门独立课程,其目的不仅是传授化学知识,更重要的是动手能力和优良素质的培养。综合设计性实验可以体现化学教学内容的综合性,设计的独立性,同时能考察出大学生的实验技能,反映出学生的实验综合素质。但是现在实验课内容较浅,一般都是验证性的,很少有探求性和研究性的。这样的实验不符合培养高素质大学生的要求,也会影响学生学习的积极性。
3.实验教学室设备陈旧,投入不足
尽管各院校都在加大对实验教学的投资力度,购进了不少新的实验仪器,实验室面积较过去有所增大,但是由于过去欠账较多,仍有不少陈旧仪器在使用,近几年在校学生人数增加了几倍,而实验室的面积和实验仪器的增加相对滞后,实验课的教学条件没有明显的改善,所以对实验课教学质量的提高必然会产生一定的影响[5]。
4.实验课教学方法欠佳
一些教师在实验课的讲授方法上比较单一,不注意实验课教学方法的研究,教师怎么讲学生就怎么做,给予学生独立分析问题和发挥想象的机会较少,不能充分调动学生的主观能动性。另外,课堂讨论的教学方式采用较少,现代化教学手段应用不够,也制约着实验教学水平的提高。
5.教师责任心不够,对学生管理不够严格
部分学生的化学实验习惯不好。比方说,对于刚打开的天平没有检查是否处于水平态;使用完电子天平没有进行清扫;用完后未关掉电源和罩上天平罩。学生在做滴定实验时,坐站姿态不雅观;有的学生损害仪器不汇报给带课教师等[6]。学生实验动作不规范也是化学实验教师需要特别关注的问题。如果要求严格、动作规范,对他们的后续化学实验课大有益处;相反,如果实验操作动作不规范,以后很难改正。
三、大学生化学实验教学存在原因分析
很多高校在教学中重理论轻实验的思想仍然没有发生根本地改变,必然会影响到实验室的管理和建设,从而影响实验课的教学质量[7]。
1.教师和学生对实验课的认识不够重视
很多大学生在学习时,仍然保持着高中的一些学习习惯,就是重理论轻实践。到了大学以后,对实验课的重视程度仍然轻于理论课,他们在思想上并没有将实验课提升到与理论课同等重要的地位。其次,诸如大学英语四六级、计算机等级的考试也占据了学生的大部分时间,这些考试都会涉及到以后学生的就业、落户等问题,使他们没有更多的精力投入到实验课的学习当中去;最后,基础实验较多,没有充分激发学生的兴趣,结果基础没学好,专业实验课也是学的一塌糊涂,操作能力自然就会很差。
2.化学实验室建设水平落后
有的高校把实验教学附属于理论教学,在一定程度上削弱了实验教学在整个教学过程中的作用。另外,在实验教学的建设中投入非常有限,实验仪器设备及设施老化、废弃、数量不足,且配套不齐全,自动化程度不高,仪器设备分散,开出实验率低,设备利用率低,实验条件、实验手段、实验技术水平落后。
3.实验课教师队伍的素质不高
在一些高校里,实验教师是辅助教学的二线工作人员,因此大家一直认为实验工作无足轻重,致使不少人缺岗在编,却很少或根本没有从事实验教学工作,部分人员只经过简单培训就上岗工作。此外,实验室人员独立活动能力弱,不利于充分调动实验技术人员的积极性。
4.实验课程管理制度的松懈。
多数高校都有实验课考试不通过不能参加理论课考试的规定,但是几乎所有高校学生每次实验课都来参加,不论实验做的如何,其实验课程考试成绩均为合格,以杜绝学生因实验课考试未通过而不能参加理论课考试的现象发生。从而使学生滋生了轻视实验课的想法,反正最后也能通过。
四、大学生化学实验教学改革的具体措施
1.将理论教学与实践教学有机结合起来
课堂教学可以使学生熟悉每种仪器分析方法和分析仪器所基于的基本理论,也可以培养学生的思维和创新能力;同时加大实践教学的比例,使学生能有机会学习和使用这些仪器和设备,运用理论与实际相结合的教学过程,最大限度地提高学生的实践能力。培养学生比较系统地掌握本学科、专业必需的基础理论、基本知识,掌握本专业必要的基本技能、方法和相关知识,具有充实本专业实际工作和研究工作的初步能力。教会学生在实践中自主地发现问题、查阅资料、处理及解决问题[8]。
2.注重更新实验教学手段
随着科学技术的发展,电化教学手段的广泛应用,计算机及多媒体技术的日益普及,这些教学手段可以将实验的全过程生动、形象、直观地展现在学生们面前,便于学生对某些抽象、枯燥的实验原理、理论和概念更准确、更深刻地理解和掌握,激发学生的学习的兴趣,提高他们学习的积极性。在仪器分析教学和实验中,最严峻的一个问题是一些大型贵重仪器的短缺。采用多媒体教学可以在某种程度上弥补机器难以普及的缺陷。
近年来开始应用的计算机辅助教学技术,可以把计算机应用和化学实验教学紧密结合起来,利用微机模拟实验的全过程,对拓宽学生知识面,开阔学生视野,巩固和提高学生计算机应用能力,培养学生创造性思维有极大促进作用,这是传统的实验教学手段所无法比拟的。还要注意加强计算机在实验教学中的应用,引导学生利用计算机进行繁杂的实验数据处理和数据分析,不断改进传统的实验方法和测试手段,促进实验内容与现代科学技术的有机结合。
3.开展灵活多样的实验教学形式
针对目前存在的实验教学学时数偏低的问题,在按实验教学大纲的要求开好课内实验的前提下,各实验室应积极创造条件,贯彻因材施教的原则,在学有余力的学生中开展一些丰富活泼、形式多样的课外实验活动,如开放实验室,在实验室完成课程设计、毕业(论文)设计,开设实验选修(辅修)课,开设第二课堂,成立课外科技兴趣小组,参与教师的科研课题等,以此作为实验教学的延续、补充和提高[9]。
4.强调学生在实验教学中的主体性
在实验过程中教师要明确学生是学习主体的观点,在学生熟练掌握基础实验知识和实验技能之后,充分利用大学生求知欲强、愿意动手、喜欢操作的特点,放手让学生在实验过程中唱“主角”,给学生充分的独立思考、独立活动和探索新知识的锻炼机会,充分发挥学生在实验中的主观能动性。为进一步调动学生化学实验的积极性和参与意识,可以让学生自己设计实验题目,带着问题动手做,带着问题去学习、去查找答案,完成实验,提出改进实验的思路和方法,变被动为主动。不但可以培养学生的自学能力、在知识海洋中查找资料的能力、解决问题的能力,还可以充分调整、调动学生学习化学实验的积极性和对化学课的兴趣。这种放手让学生参与的做法激励了学生积极思考的意识,增强了化学实验思维能力,拓宽了学生知识面,变被动机械的学习为主动灵活的学习,学生动手能力也有了很大提高[10-12]。
5.在实验教学中培养大学生创新能力
要培养学生的实验创新能力,必须首先加强学生实践动手能力的培养,科学改革实验教学内容,减掉那些陈旧的演示性的实验、验证性实验,增加一些设计性、应用性和综合性实验,锻炼学生综合运用所学知识,解决实际问题的能力。另外,也可以让学生参与到教师的教学科研活动中,让他们真正体验实验的价值与魅力所在,培养学生在纷繁复杂的科学领域发现问题,找到发明创造的方法[13]。
5.1 查阅文献能力
通过网上查询、图书馆文献查询等方式,在前人大量科研工作的基础上,不断总结经验,找到研究的切入点,有所创新,将两者完美结合,成为自己的东西,在实践中提高创新能力[14]。
5.2 实验设计能力
针对研究方向,在查阅资料的基础上,讨论实验方案,根据前人的工作和化学实验的特点,设计实验方案和实验的具体内容。
5.3 动手能力的培养
通过示范各种设备的使用方法,充分发挥学生的聪明才智,鼓励他们动手动脑,遇到困难,自己想办法克服,不要立刻告诉他们如何做,以此来磨练他们的意志。
5.4 化学实验操作的准确性训练
实验操作的正确与否直接影响着实验结果的准确性,熟练和扎实的实验技能是学生应该具备的能力,要强调基本操作规范化的重要性和必要性。
5.5 写作能力的培养
首先给学生一个论文的模版,按照模版撰写论文,论文要进行反复修改,比如摘要尽量简洁,关键词要有,论文中的图表要规范,论文文笔要流畅,内容充实,结论要总结好,还要有文献的引用及致谢等。
6.加强学校实验室硬件建设
提高大学生实验创新能力的培养,必须搞好实验室的硬件设施建设。实验教学不仅能综合利用学生学过的理论知识提高学生的动手实践能力,更能够较好的培养学生的实验创新能力,从而提高学生的综合素质。这些年来,大部分学校对学校的实验室都有很大的改善,但随着经济的快速发展,大学生的数目越来越多,学校实验室远远不能满足实验教学的需要。学校必须要有计划的、有步骤地增加对实验室的投入,对实验室的设备要不断更新、不断完善,才能为实验教学提供更好的条件[13]。
7.提高实验教学人员的素质,促进实验教学水平的提高
学生实验操作水平,实验创新能力的提高与学校实验指导教师的能力密切相关。目前,部分学校化学实验教师队伍素质与社会发展不适应,长期对实验教学的不重视,导致大量人才的流失,实验教学人员严重不足,另一方面,广大学生却对教学要求提出了更高的要求,他们已经不能满足实验指导书上知识的学习,简单的技能指导完全不能满足他们对知识的渴望,这就要求广大实验指导老师不仅要专业精,还要求知识广。为了加强实验教学队伍实力,还可以将一些高学历,高能力的教师引进到教师队伍中,把这些教师培养为实验教师队伍的骨干成员,学科带头人,从而提升实验教学水平。
8.改进化学实验成绩的评定方法
实验成绩评定方法和量化评分标准的改进有助于促进学生的实验兴趣和科研行为的养成,根据前人实践经验和方法,实验成绩评定一般采用的几种方法如下[15]:
8.1 实验预习检查法
检查对整个实验课程体系的宏观了解和认识,既是每次实验前的准备工作,又是做好每个实验的保证。
8.2 实验过程评分法
就是学生在做实验的过程中,老师观察每个学生做实验的情况,按一定的方式和标准,进行现场评分。
8.3 实验报告审阅评分法
实验报告是学生在实验基础上的再加工过程,对培养学生的抽象思维能力,数据的观察、记录与处理能力,实验过程的概括思维能力,科技论文写作和表达能力,以及实事求是的科学精神与工作作风,具有不可替代的作用。
8.4 其他评判方法
如学生参与全国大赛并取得好成绩,或科研创新具有特色;实验事故率处理与新现象发现;操作规范与卫生习惯,制度与纪律遵守等,一般由老师灵活掌握,作为个性或特色适当加、减分。
9.重视化学竞赛对实验教学的推动作用
广泛地开展化学实验技能竞赛活动,可以激发广大学生提高化学实验技能的热情,培养他们的全面素质与能力,能够有效地大面积提高教育质量,同时也有力地推动和促进高校的化学实验教学[16]。
开展化学实验技能竞赛受到了广大院校和师生的极大重视,各参赛院校都以实验技能竞赛为契机,加大了对化学实验的投入,如投入经费改善设备条件,更新实验仪器,对学生开放化学实验室等。而参加训练的学生也都加大了对化学实验的精力投入从长远上看,这些都有利于化学实验教学的进一步深化和提高。
9.2 发现实验教学中的不足,交流实验教学经验
在化学实验技能竞赛中,参赛学生所产生的诸多失误,有相当部分反映了在实验教学中的存在问题,对今后的实验教学改革提供了参考资料。通过竞赛与交流,各院校发现一些化学实验教学中存在的不足之处,在后继的实验教学中加以改进和优化。
总之,通过调整化学理论和化学实验教学内容和方式,改进实验教学方法,强化教学管理,加强实验教学条件的建设,培养学生扎实的理论基础和规范、娴熟的实验操作技艺,提高学生发现问题、综合分析问题和解决问题的能力,改善化学实验教学的评定方法,提高化学实验教学人员的职业素养,才能更好的促进大学生化学实验教学的改革与发展。
参考文献
[1]杨巧文,王启宝,袁振,等. 大学生化学实验竞赛体会[J]. 中国科教创新导刊,2011,34:190.
[2]吕琳,徐丹悦,吴星. 大学生化学实验学习障碍的调查报告[J]. 化学教育,2010,5:54-56.
[3]陈六平,邹世春,石建新,等. 从第5届全国大学生化学实验邀请赛看当前实验教学存在的问题[J]. 大学化学,2007,22(1):14-22.
[4]孔莉. 论大学生化学实验能力的培养[J]. 天津市教科院学报,2002,3:84-86.
[5]贾福全,权松. 浅谈大学生实验能力的培养[J]. 长春师范学院学报(自然科学版),2006,25(6):138-140.
[6]吕仁庆 曹作刚. 大学生化学实验邀请赛培训的启示[J]. 石油教育,2010,1:80-82.
[7]郝利君. 浅谈大学生实验操作能力差的成因及对策[J]. 新西部,2009. 08:231.219.
[8]付小宁. 浅谈仪器分析教学方法与大学生实验能力的培养[J]. 广州化工,2010,38(5):258-259.
[9]庞巍,吕鹏,张昀青. 加强试验教学、激发大学生实验兴趣[J]. 科技创新导报,2008,06:222.
[10]党玉丽. 强化大学生化学实验动手能力的实践与探索[J]. 郑州牧业工程高等专科学校学报,2004,24(1):55-56.
[11]苗超林,陈改荣. 如何培养大学生的化学实验兴趣[J]. 广州化工,2011,39(8):155,157.
[12]张晓光. 如何提高大学生的实验与创新能力[J]. 新课程研究,2011,12:145-146.
[13]陈铭昌. 浅谈大学生实验创新能力的培养[J]. 科技风,2011,10:258.
[14]徐东耀,杨楠,周昊,等. 大学生实验创新能力的培养[J]. 中国科教创新导报,2011,34:33.
[15]胥学金,胡莉. 大学生实验成绩评定方法与问题探讨[J]. 西南科技大学高教研究,2009,1:57-58,74.
葛国文等[1]在对医学专业毕业质量追踪调查中发现,毕业生有明显的科研后劲不足的迹象,其中动手操作能力、综合分析能力最为欠缺,这与医学院校的实验教学有着直接的关系,其中实验教材的内容绝大多数为验证性的内容,从根本上限制了学生潜能的发挥。潘慧娟等[2]及我们多年的实验教学中的调查中得到如下结论:有较多的学生希望教师能作一些实验教学改革,增加一些综合性、设计性和开创性的实验,给学生一个探索实践的空间,以充分培养和发掘他们探索创新的兴趣和科研能力。乙酰水杨酸对从事化学的人来说是一个较为熟悉的有机产品,在有机实验教材中是经典的有机合成实验[3,4]。本实验的改进是,将其合成微量化和成组实验,用离心沉淀代替了抽滤分离,使实验时间大为缩短;乙酸酐和水杨酸的用量比例较教科书中大大减少;催化剂用碳酸氢钠等对环境友好的试剂代替了浓硫酸,实现了安全化、经济化、绿色环保化,并在操作手续和装置上作了简化,使实验能快速完成,全部实验内容在3~4h内很容易完成,为学生开展探索性实验创造条件。由于微型化学实验可以大量节约化学原料,减少环境污染,并能适当减少实验时间,还有利于培养学生严谨的科学态度,因此受到人们的广泛重视。
1 主要实验仪器和试剂
1.1 主要仪器
10ml的小试管;15ml的离心管;2.5ml的注射器;恒温水箱(±1℃);离心机; XT-4显微熔点测定仪。
1.2 实验试剂
水杨酸(C.P);乙酸酐(C.P,新蒸);无水碳酸钠(C.P);无水碳酸氢钠(C.P);无水硫酸氢钠(C.P);无水硫酸钠(C.P);磷酸氢二钠(C.P);磷酸二氢钠(C.P);磷酸三钠(C.P);浓硫酸(C.P);95%乙醇(C.P);FeCl3水溶液(1%);HCl(1∶3) (C.P)。
2 实验操作部分
2.1 乙酰水杨酸的合成方法及探索性实验方案
2.1.1 合成方法
向10ml干燥的小试管中加入约0.20g干燥的水杨酸和20mg无水碳酸氢钠作催化剂,用干燥的注射器加入0.3ml的乙酸酐。轻轻摇动后,放70℃的水浴中反应10min后取出,趁热加入5ml的冷蒸馏水和1滴HCl(1∶3)溶液并不断搅拌,然后置于冰水浴中冷却30min,小心用玻棒压碎结晶倒入15ml的离心管中,在离心机中离心分离,弃去上清液,并用冷水洗涤产品(3次,每次约0.5ml)后在离心机中离心分离,弃去上清液,得白色产品粗乙酰水杨酸0.22g,产率84%。
2.2 粗产品的精制
在2.1步骤中制得的上述各种粗产品加入约1.0ml乙醇(65%)水溶液,在热水浴加热至产品溶解完全,得到无色透明溶液,停止加热后趁热加入4.0ml温热的蒸馏水,如有结晶析出则在水浴中加热至结晶完全溶解后移出水浴,让溶液冷却至室温后,放入冰水浴中冷却30min。冷却结晶后,小心用玻棒压碎结晶,使析出的结晶沉于离心管底部,在离心机中离心分离,弃去上清液,滴入10滴蒸馏水洗涤结晶,再离心分离出水分,取出晶体并在滤纸上挤压、烘干。得白色结晶即乙酰水杨酸产品。产品在电子天平上称量约得0.16g。
2.3 产品的检验
取少许乙酰水杨酸产品,用约1ml 95%乙醇溶解,加FeCl3(1%)溶液1滴,溶液不显紫红色,说明产品中已无水杨酸。
在XT-4显微熔点测定仪中测定产品的熔点为136℃,达熔点时分解。
2.4 探索性实验方案的设计
让学生在其它反应条件不变的情况下分别使用不同的催化剂(如无水碳酸钠、无水碳酸氢钠、无水硫酸钠、无水硫酸氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸三钠、浓硫酸和磷酸等)、不同的乙酸酐的用量、不同的反应温度及反应时间等,这些反应条件由学生通过实验结果分析来确定最佳的反应条件。
3 讨论
3.1 本实验的优点
一是用离心分离的方法代替了抽滤分离,比文献[3,4]中的正常实验减少了反应步骤,缩短了实验时间,达到快速完成的目的;避免了产品在多个步骤中的损失,如粘在滤纸等,使产率大为提高,为实现微型化实验提供有利条件;可进行成组实验,为实现学生进行探索性研究的目标创造了条件。二是实验采用微型化,药品、试剂的使用量比正常的实验减少10余倍,能养成学生勤俭节约的良好习惯。三是用碳酸氢钠、碳酸钠等作催化剂对环境友好的化学试剂代替浓硫酸等试剂,对操作的学生而言安全性大为提高,同时对环境保护起到积极作用,使绿色化学的观念深入学生的心中;四是用注射器量取乙酸酐可提高准确性,也使实验的速度大大加快,保证整个实验能在预定时间里完成。
3.2 精减课时,提高学生动手能力
随着医学教育改革的不断深入,减少医学基础课程的教学课时数是大势所趋,如何利用有限的教学时间让学生完成更多的实验,掌握更多的知识,提高他们的实验技能和科研素质是我们亟待解决的问题。改革实验教材增加综合性、设计性和探索性的实验内容是提高医学生的实验动手能力和培养他们的科研素质的最有效的途径。本实验由于使用快速微型化的实验方法,使乙酰水杨酸的合成的时间大大缩短,为实现探索性实验创造了条件,以往最少要两次实验课如今仅一次实验课就可完成,达到了减少教学时数而教学内容不减少的目标。
3.3 指导学生将实验报告写成小论文
大学生在做医学实验时均应书写实验报告,这是因为实验报告既是实验课的重要内容,又是科学研究的一个重要部分,同时还是科研论文的第一手资料。小论文是一种新的模式,它介于实验报告和毕业论文专题之间,其新颖、简化、便于保存的特点更能激发学生的实验热情,有助于提高学生的兴趣、自信和写作能力。
乙酰水杨酸的制备是有机化学合成实验中重要的内容,其合成方法也有多种。在实验教学中以教材提供的合成路线为主进行合成,学生在实验前查阅其他教材、相关文献或数据手册,在对反应物、目标产物、中间物质的物理性质充分了解的基础上,选择合理的实验条件、设计实验细节,以提高产率、减少副反应为目的,也可尝试新的合成方法如微波合成等,也可就如何减少实验误差、及实验室污染方面进行讨论,形式多样。在合成实验中可以找到很多论文的题目。
参考文献
[1]葛国文,刘军,良.九0~九五届医学毕业生质量调查分析[J].中国高等医学教育杂志,2001(2):20-21.
[2]潘慧娟,朱跃,田菊雯.医学生化学实验学习情况调查分析[J].医学理论与实践,2002,15(6):732-733.
[3]伍琨贤.有机化学实验[M].北京:中国医药科技出版社,2004.