樊彦伶

【摘 要】本文从绿色化学的角度,从教育心理学、化学实验系统等方面来探讨在化学实验教学中规范实验操作的必要性和措施。

【关键词】规范 化学实验 绿色化

化学是一门实验科学,在化学实验教学中,要使学生形成良好的实验习惯、规范的实验操作、严谨的治学态度和科学的思维方法。在日常教学中,因为实验操作不规范造成的教学事故时有发生,造成的药品浪费和环境污染也不容忽视,和绿色化学的要求相去甚远。因此,在化学实验教学中要规范实验操作,实现实验的绿色化。

一、从教育心理学观点看规范实验操作的必要性

以班杜拉(Bandura)为代表的社会学习理论值认为,人类的大多数行为是通过观察学习(observational learning)而习得的。观察学习是学习者在一定的社会情境中,通过观察别人的行为方式和行为结果,进行的间接学习。学习者在对榜样进行模仿时,对自己的行为确定了一个参照标准,在此基础上的行为若符合此标准,则会使自我效能感增强,产生积极地、愉快的心理体验和满足感。这样,学习者自然地就会强化他模仿的行为。英国著名的教育家约翰·洛克也特别重视榜样和示范在教育中的作用。洛克认为“教导儿童”的方法中,“最高明,最容易而又最有效的办法是把他们应该做的或者应该避免的事情的榜样放在他们的面前”,“指给他们看”,再经教师“口头上的开导”,使之“懂得更清楚,印象更深刻”。在实验教学中,教师的实验绿色化的行为,如严格控制药品的取用和称量、液体的量取和转移、实验废弃物的处理及实验绿色化的改进等,会通过学习者的观察和模仿加以强化。

马斯洛认为,动机是由多种不同层次与性质的需求所组成的,需求层次理论将人的需求划分为七个层次,由低到高,分别是生理需要、安全需要、社交需要、尊重需要、自我实现需要,每个需求层次必须得到实质性的满足后,才会激活下一个目标。安全需要是人类的第二层次的需要,如果安全需要得不到满足,其他更高层次的需要就不可能实现。规范实验操作是实验绿色化的基础,可以为学生提供更为安全、无害于健康的实验环境和心理氛围,使学生克服实验畏惧心理,乐于进行化学实验。

因此,在实验教学中教师应注意成为学生学习的楷模。在实验中自觉规范实验操作,做到言行一致。实验教学中教师首先要以身作则,在实验演示时规范实验操作,这是进行实验绿色化的关键。教师准确熟练的操作可避免因药品洒落、液体飞溅、暴沸、毒气溢出、倒吸试管破裂等造成的污染、浪费、人身安全事故等。学生在观察学习时才会学习到正确的行为。教师实验过程中,要注意限定药品用量,在保证实验效果的基础上尽可能地减少药品用量,把好的经验传播给学生,并且妥善处理化学实验的废弃物,以身作则,正确引导学生。这样既提高了实验的科学性和安全性、又为实验操作的规范化奠定了基础,还培养了学生良好的实验习惯、同时也增强了学生的环境保护意识。

二、从系统的观点看规范实验操作的措施

现代系统论的观点认为,自然界的一切事物,它们无不都是系统,即自然界中,物质系统式普遍存在着的。那么,什么是系统呢?人们把由各种不同要素组成的,具有一定结构和功能的有机整体叫做系统。化学实验也是一个系统,尽管在化学科学研究和化学教学中,可以把化学实验分为不同类型,但是从认识论角度看,它们都是由相同的要素,按照一定的相互联系方式而构成的有机整体。如果从相对静止的角度,对每一项具体的实验做微观结构剖析,其构成的基本要素有三个:化学实验者、化学实验手段(包括仪器、装置以及科学方法)和化学实验对象。如果从动态角度看,每项具体化学实验又都是由紧密相联的化学实验的准备、化学实验的实施展开和化学实验的结束这样三个阶段所组成。

下面就从动态角度看,在化学实验教学中如何在学生实验中规范实验操作,以实现实验的绿色化:

在学生分组实验前,教师一定要强调学生实验前复习有关知识,明确实验目的和要求,设计好实验方法和实验步骤,按正确步骤进行实验。提高实验的成功率,避免重复实验,造成不必要的浪费。例如,在银氨溶液在配制时,要防止加过量的氨水,且随配随用,不可久置,以免发生爆炸,造成危险。又要做好气密性检验工作,以防实验中产生的有毒气体泄漏到空气中,对大气和人体造成危害。实验过程中,要有意识地引导学生进行规范的的实验操作,注意及时指出学生的错误操作。务必要求学生做到基本操作正确而且规范化,使学生在药品的取用、物质的称量、液体的量取和转移、物质的加热、玻璃仪器的洗涤、液体的过滤和分液等做到动作准确、操作熟练、运用灵活,可避免因操作失误造成的污染。特别对于毒性较大的化学实验一定要严格按照实验操作规程,在通风柜内或者通风效果好的地方进行,以免产生的有害气体污染实验室,危及学生的健康。还要强化学生的节约意识,引导学生时刻注意节约药品,能少用的一定要少用,能回收的一定要回收,能循环使用的一定要循环使用,这样既节省了实验经费,又保护了环境。尽量让学生在定性实验中养成使用药品的有量化意识。这样既节省药品,减少污染,又方便操作,易让学生接受、观察和记忆,从而培养学生严谨的实验态度和科学的实验方法。例如,让学生在元素化合物的性质实验如物质的分离、检验综合性实验中,逐步养成在少量的待测液中逐滴加入试剂的操作习惯。凡是使用后还燃着(有明火)的火柴梗,都应该放在玻璃片、瓷片或铁架台等指定的安全地方,即使是安全地方,也不可以有潜意识随意丢弃垃圾的习惯动作。在实验结束后,要监督学生做好实验的收尾工作,实验完毕后所有的仪器必须清洗干净,以防有毒物质缓慢挥发对教室及仪器室的污染。对实验产生的“三废”要妥善处理,废液、废渣严格按实验要求,倒入废液缸或指定地方,不准随意倾倒冲洗;用剩的金属料(片)要回收;用剩试剂交实验教师处理。

三、规范实验操作,实现实验绿色化的具体办法

现行高中化学教材中,很多实验的药品用量在教材中都未明确给出限量,大多用“少量”、“少许”、“适量”、“一定量”等笼统的词来限定,以至学生很难把握药品的实际用量。即使有时候定出药品的用量,教师和学生常常忽视称量,凭经验大概地估计取用药品,也有因为学生缺乏足够的实验经验和熟练的操作技能作依托,以致对这些数量词确切含义直观形象的理解,难以粗略估计取样,还有的学生凭兴趣做实验,他们常常认为药品越多,现象越好。这样既可能影响实验的科学性和实验的效果,又会造成药品的浪费,还会对环境造成一定的污染。因此,教师要规定用量和浓度,取最小量或采用微型实验,以方便学生操作、节省药品、减少对环境污染为原则。明确规定药品用量和浓度,既方便实验员配置溶液,又方便教师和学生操作,更易于让学生接受、观察、记忆和与其他同学的实验进行对照,从而培养学生严谨的实验态度和科学的实验方法,同时又能节约实验药品,减少污染。实验时引导学生尽量控制反应物的用量,只要能得到准确明显的结果,能观察到物质的存在,了解和掌握它的性质即可。不要因为感兴趣而乱加试剂,尤其象铜和热浓硫酸反应、铜和硝酸反应这些有毒产物生成的实验,更应该尽量利用少量物质反应,把污染减少到最低程度。

如果学生缺乏毒有害物质危害性的知识,他们就不能够理解为什么要限制药品的用量,就会随兴而加,任意浪费。在实验教学中实现实验的绿色化,不仅要加强规范操作实验操作技能的训练,提高实验动手率,而且还有必要让学生弄清楚为甚要严格限定反应物用量,其用意何在等问题。例如,在检验硫酸根离子的实验中,学生往往加入过多的氯化钡溶液。如果学生知道水体中含钡最高允许浓度为1.0mg/L,多余的钡离子会造成水质污染,影响生态环境。而硫酸钡的溶解度很小,只要生成很少量就会看到沉淀,而且不易被动物吸收。所以钡餐就是吃硫酸钡,而不是氯化钡,如果吃了氯化钡就会重金属中毒。学生了解了这种情况就会注意药品的用量,规范实验操作。同理,检验氯离子时,也只要加入少量的硝酸银就可以了。蛋白质的变性实验,要使用到乙酸铅溶液,教材中没有具体量化。铅是可以在人体和动物组织中蓄积的有毒金属,主要毒性效应是导致贫血症、神经机能失调和肾损伤。铅会影响植物的光合作用和蒸腾作用。铅对生物的安全浓度为0.16mg/L。如果学生了解了铅的毒害性,就会注意滴加的量。可见,在平时的教学中就要注意渗透化学品的毒害性和正确使用的知识,这样学生自己动手实验起来才能自觉注意操作的规范性。

对一些危险系数大的实验操作,教师可以借助多媒体也演示错误的操作造成的严重后果。化学实验基本操作是学生必须要掌握的基本技能,错误的操作会有什么危害由于学生并未亲自做过,老师也不允许做,学生往往记不住。若用CAI模拟违规操作,将产生的不良后果展示给学生,让学生看到错误操作的严重性,给学生以强有力的刺激,可以有效地防止错误操作的发生。例如,浓硫酸的稀释,可以模拟将水加入浓硫酸后,液体四处飞溅,还可以模拟用启普发生器制乙炔等。特别是如果不注意规范实验操作,造成的爆炸、毒气泄漏等危险事故,还有肆意排放实验室“三废”对环境造成的恶劣影响等,利用CAI模拟这些错误操作的的后果,使学生获得鲜明的印象,对规范操作的重要性有更加深刻的体验和认识。

参考文献:

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