加强化学实验改革提高教学效果

文章编号：1009-5519（2007）08-1260-02 中图分类号：R19 文献标识码：B

为了提高学员实验操作技能，充分发挥学员主观能动性，培养学员的创新意识，我们结合化学教学大纲在以往教学基础上，进行了实验教学改革[1，2]。

1 实验教材内容的改革

1.1 增强实验设计的综合性，培养学员严谨的工作作风：传统的化学实验内容比较单一。如：熔点测定实验即是一个纯物质或混合物的熔点测定，只有毛细管测熔点这一基本操作。为了加强实验基本操作训练，我们把该实验改为乙酰水杨酸熔点测定，实验内容包括乙酰水杨酸的合成、纯化及熔点的测定。基本操作包括水浴加热、抽滤、结晶、重结晶、毛细管测熔点法。经学员做实验验证，效果非常好，个别学员合成的乙酰水杨酸纯度很高，熔点距仅为0.1℃。

我们开展多步骤合成实验，以锻炼学员的操作技术和严肃认真的科学态度。磺胺是一种常用广谱抗菌药物，学员有一定的感性认识。我们把磺胺药物的合成分为3个步骤。首先合成乙酰氨基苯磺酰氯，再用产物与杂环胺反应合成对乙酰氨基苯磺酰杂环胺，第三步碱性水解即得磺胺药物。由于上一个实验产物是下一个实验的原料，所以必须保证每一步合成都成功，这样既锻炼了学员的操作技能，又培养了学员的责任心和严谨的工作作风。

1.2 研究实验条件，改进实验效果：按照以往实验教材，从茶叶中提取咖啡因得到的产物为棕色黏稠物，实验效果不明显，不能给学员很深的感性认识。我们经多次试验，改变其反应条件，使实验效果得以改进。首先在回流得到的混合物中加入沉淀剂或强碱（NaOH）使杂质（多为高分子化合物，常以酸式盐的形式与咖啡因混溶在一起）沉淀下来或以可溶性盐的形式留在溶液中。用氯仿萃取，使咖啡因大部分转移到氯仿中。蒸干溶剂后，得到白色或浅褐色物质，再升化得到白色针状结晶的咖啡因。最后用钼酸铵与浓硫酸对咖啡因结晶进行定性显色反应。通过该实验，学员从茶叶中提取到了纯净的咖啡因，对喝茶使人兴奋的原因有了深刻理解，对咖啡因在常温下的物理状态及化学性质有所了解，也学会了从产物中提纯有效成分的方法。

1.3 增加实验的实用性和趣味性，提高学员的积极性：为了让学员了解化学在生活和医学中的具体运用，增加了药物合成以及与生活紧密相连的实验。如：复合维生素中Fe（Ⅱ）含量的测定、乙酰水杨酸（阿司匹林）的合成、对氨基苯磺酰胺（磺胺类药物）的合成、水的净化及其纯度检测、紫菜中碘的提取及其含量的测定等。通过这些化学实验，学员对化学的实用性有了深刻的了解，学习态度也端正了。

做三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的制备实验时，鼓励学员利用产物自制感光纸做趣味实验。在感光纸上附上自己裁剪的图案后，置于阳光下爆晒，最后感光纸上显影出与图案形状一样的图形。由于是自己合成的翠绿色三草酸合铁（Ⅲ）酸钾晶体，晶形和颜色都非常漂亮，自制感光纸又显现出自己设计的图案，学员都很兴奋，对化学实验兴趣大增，实验效果很好。

2 建立探究式实验模式

2.1 学员自己设计实验方案，鉴别有机化合物：以前的有机化合物性质实验都是验证实验，学员只需“照方抓药”，记录实验现象即可[3]。我们认为验证实验学员动脑机会少，限制学员主观能动性的发挥，也不能培养学员的创新意识。我们经多方论证、试验，将这些验证实验改为让学员根据所学知识，自己设计实验方案，鉴别各组有机物的分析实验。我们只给出常用有机化学实验用品和试剂，以及所需检验的各组样品，样品的试剂瓶上无标签，只有序号。要求学员查找资料，利用常用试剂和实验现象明显、操作简便的经典方法，设计出操作方案，把各种化合物样品鉴别出来。由于要求学员自己设计操作路线，使所学理论知识真正用来解决实际问题，提高了学员学习的主观能动性和创造性。

2.2 学员自己查资料，用正交法研究物质合成路线：碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3为天然孔雀石的主要成分, 呈暗红色或淡蓝色[由于所含成分Cu(OH)2和CuCO3的比例不同, 而颜色不同]。我们开放实验室，要求学员自己设计实验路线，找出制备碱式碳酸铜最合理的合成方法和反应条件。

学员首先选用硫酸铜和碳酸钠进行复分解反应，方程式如下:

但进行了大量实验后,发现该反应条件难以控制,且副产物较多,产率较低或以副产物为主。 究其原因,碳酸钠溶液本身碱性较强,当硫酸铜与碳酸钠溶液混合时,则有3种不同的化合物生成,即水合碱式碳酸铜(形成大型沉淀) 、水合碱式硫酸铜和氢氧化铜。后来学员又尝试用硝酸铜与碳酸氢铵溶液反应制备碱式碳酸铜, 方程式如下:

因为硝酸根离子较小,减少了沉淀形成过程中对硝酸根离子的包裹机会,有效控制了包合物的生成。在反应体系中,硝酸根离子不易形成复盐,大大降低了副产物的生成。反应达到平衡状态时,反应体系中只有碱式碳酸铜不溶于水, 产物的晶体颗粒较大，品质好，易于分离。最后学员又用正交法探究反应条件得到了最佳反应温度和反应物配比[4]，设计出比较理想的合成路线。

3 降低污染，培养学员绿色化学意识

3.1 增加微型试验，减少污染，保护环境：微型化学实验是近20年迅速发展起来的一种新型化学实验方法，旨在用尽可能少的试剂来获得所需化学信息，以减少污染。用蒸馏的方法测定液体的沸点，属于常量测沸法，所需液体量比较大，安装仪器比较复杂，操作时间长。我们采用毛细管和微型试管测定液体的沸点，液体只需4~5滴。毛细管作为气化中心，受热后有小气泡逸出，采用降温法，气泡停止逸出时，最后一个气泡欲缩回毛细管内时，毛细管内蒸汽压与大气压相等，此时的温度即为该液体的沸点。利用微量测沸法，试剂用量少，污染小，所用仪器及操作方便简单，用时少，数据准确，符合绿色化学的要求。

有机化学中的性质实验是验证各类常见有机物的主要性质，以丰富学员的感性认识，提高学员的学习兴趣。用试管实验，试剂用量在1-2 ml，反应后废弃物较多，给后续处理带来一定麻烦。因此我们在保证实验现象的前提下，尽可能使用微量化或半微量化实验。不需加热即反应的实验，用点滴板操作，试剂用量只用几滴，实验效果也很明显。对于需要加热，温度不超过80℃的实验，如：烷烃、醇类、油脂的性质实验，我们用井穴板就可达到目的。

有些有机实验污染大，容易给师生健康造成不利的影响，废弃物也会给环境带来污染。为此我们配备了半微量有机制备仪，减少了试剂用量，也减少了污染，使实验趋于绿色化。我们还利用多媒体清晰而形象地演示毒性较大的实验过程，使学员通过观察理解实验，了解实验过程、现象和结果。这样既生动，学员印象深刻，又节约药品，没有污染。

3.2 降低反应物、产物、废弃物毒性，保护环境：设计实验内容时，我们尽量选择低毒或无毒的反应物，反应后的废弃物也进行无毒化处理。安息香缩合反应是苯甲醛在氰化钠（钾）催化下，在乙醇中加热回流，发生两分子苯甲醛间缩合反应，生成二苯乙醇酮（也称安息香）。由于氰化钠有剧毒，我们改用维生素B1盐酸盐催化反应，反应条件温和，产率也高。反应后的废弃物中，余有少量苯甲醛，我们就加入高锰酸钾氧化，使废弃的苯甲醛转为毒性小的苯甲酸。

4 借助网络建立实验预习系统

我们利用图、文、声、像并茂的多媒体教学课件虚拟化学实验室，在实验预习时让学员观看各个试验的知识背景，注意事项，仪器基本操作，试验装置的安装顺序及实验要求等等。在演示实验过程的同时提出问题，让学员思考以加深印象。如此身临其境的预习，规范了实验操作。学员在具体操作时，就能得心应手，一气呵成，不用“照方抓药”，实验效果好。

在实验教学改革中，我们从内容、预习到实验模式等方面进行了有益的尝试，使学员树立了绿色化学思想，培养了学员创新意识和分析问题、解决问题的能力。在实验操作考试中，大多数学员选择的仪器、设计的实验流程以及最后的实验结果都符合考题要求。后续课的实验老师也反映参与改革的学员在后续实验课时基本操作正确、熟练，仪器安装规范，实验操作积极主动，实验效果好。

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