張 敏, 譚成玉, 劉 遠

(大連海洋大學 海洋科技與環(huán)境學院，遼寧 大連 116023)

0 引 言

隨著環(huán)境保護意識的不斷增強，高?；A(chǔ)有機化學實驗對生態(tài)環(huán)境造成的污染早已不容忽視，有機化學實驗日趨向著減少三廢排放的微型化方向發(fā)展。而半微量有機化學實驗就是介于微型和常規(guī)有機化學實驗之間的一種化學實驗方法。與常規(guī)有機化學實驗相比，半微量有機化學實驗具有化學試劑用量減少、經(jīng)費下降、安全性提高、污染物排放減少、實驗時間縮短、能源消耗降低等諸多優(yōu)勢[1-4]，因此我校于1999年建立有機化學實驗室時就全面開展了半微量有機化學實驗。經(jīng)過近20年的教學實踐，半微量有機化學實驗取得了良好的教學效果，受到學生們的普遍好評，并激發(fā)了學生對有機化學實驗課的興趣和學習積極性，課程結(jié)束時學生們常有意猶未盡的感覺。

1 有機化學實驗微型化的意義

微型化實驗是指在微小型的儀器中,用盡可能少的試劑來進行實驗(一般為常規(guī)量的1/10～1/1 000)[5]。微型化學實驗是20世紀80年代崛起的一種新型的化學實驗方法，被譽為化學實驗的革命，已在美國許多院校的基礎(chǔ)化學實驗教學中得到普遍應(yīng)用。微型化學實驗符合綠色化學(20世紀90年代由美國化學會提出)理念下的預(yù)防化學污染的思想,是實現(xiàn)綠色化學教學的有效途徑，是化學實驗向可持續(xù)發(fā)展方向改革的目標[6-8]。微型化學實驗也于1989年被列入了我國高等學?；瘜W教育研究中心的科研計劃，并由10多所院校協(xié)作開展國內(nèi)微型化學實驗的系統(tǒng)研究與推廣工作[9-10]。在基礎(chǔ)化學實驗中，有機化學實驗所用的試劑多數(shù)易揮發(fā)、易燃、毒性較大, 常規(guī)實驗試劑用量大，三廢排放量大，耗時耗能，危險性高，因此有機化學實驗微型化是基礎(chǔ)有機實驗教學的必然趨勢[11-12]。盡管目前很多高校已采用微量或半微量有機化學實驗，但在上世紀90年代很少應(yīng)用，仍然是以常規(guī)有機化學實驗為主。

我校于1999年籌建有機化學實驗室，受陳長水主編[1]的《微型有機化學實驗》書中內(nèi)容的啟發(fā)，決定我校的有機化學實驗也要全面微型化，該建議得到了學校的大力支持。考慮到當時微型設(shè)備和配套的輔助設(shè)備較貴，實驗試劑的用量很少(液體1 mL以下、固體10 mg以下)[9]，對操作要求高,對于初學有機化學實驗的學生難度較大，會使一些基本實驗操作難以控制，實驗現(xiàn)象有時不明顯, 產(chǎn)品甚至難以得到，會影響實驗技能的掌握及對實驗的興趣，因此選擇半微量有機化學實驗(選用的圓底燒瓶和三角瓶的容量規(guī)格均為25 mL)[13]，實驗內(nèi)容的選擇也遵循低毒、低污染的原則。當時只有食品工程、水產(chǎn)養(yǎng)殖和環(huán)境工程專業(yè)的學生學習有機化學實驗，但自1999年以來，我國普通高等教育開始大幅度擴招，我校涉及有機化學實驗的專業(yè)早已增加了生物技術(shù)、生物科學、食品質(zhì)量、環(huán)境科學、海洋科學、水醫(yī)、水族等多個專業(yè)，多達20多個班。實施了近20年的半微量有機化學實驗，盡管沒有和常規(guī)有機實驗進行過對比統(tǒng)計，但是在節(jié)約資源、節(jié)約能源、節(jié)省經(jīng)費、降低三廢排放等方面一定是非?？捎^的，而且學生在實驗技能提高的同時，實驗安全意識、環(huán)境保護意識和社會責任感得到提升。尤其在半微量有機合成實驗中，由于反應(yīng)物用量少，在合成、分離、提純各步操作中稍有疏忽就可能導致實驗失敗，因而可促使學生集中精力，認真操作，仔細觀察，從而促進其嚴謹?shù)目茖W實驗態(tài)度及綜合實驗?zāi)芰Φ奶岣摺?/p>

2 整合半微量有機實驗提高實驗效能

我校必修有機化學實驗的專業(yè)不是化學或化工專業(yè)，因此學時相對較少，獨立設(shè)課的最多為36學時，非獨立設(shè)課的只有8學時(為化學實驗中的有機實驗部分)，每個實驗4學時，兩人一組操作?？紤]專業(yè)特點，有機化學實驗課的內(nèi)容是以分離、提純等基本操作為核心來設(shè)置的，這也體現(xiàn)在參編的《化學實驗》第三章分離提純基本操作中[14]。

理論課采用多媒體教學后，相同的學時下可以增大課上信息量，而相同的教學任務(wù)下可以減少學時來完成。因此，在實驗課內(nèi)容的安排上，充分發(fā)揮了半微量有機化學實驗試劑用量少操作省時的優(yōu)勢，整合實驗內(nèi)容以提高實驗效能，即提高每次實驗的效率和學生的有機實驗操作技能。以蒸餾和分餾、柱色譜和薄層色譜為例，按常規(guī)有機化學實驗的課程設(shè)置，蒸餾和分餾為兩個獨立的實驗(常規(guī)蒸餾或分餾實驗需2～2.5 h)[15]，柱色譜和薄層色譜也是兩個獨立的實驗。而通過兩個半微量有機化學實驗，即乙醇的蒸餾與分餾(半微量蒸餾或分餾實驗只需30～40 min)、染料的柱色譜和薄層色譜分離完成了常規(guī)的4個實驗的教學任務(wù)，大大提高了實驗效能。

在乙醇的蒸餾與分餾實驗中，實驗?zāi)康氖鞘箤W生掌握蒸餾、分餾的原理及其正確操作，掌握常量法沸點的測定，了解微量法沸點的測定。通過這個實驗，學生不僅比較性的學習蒸餾和分餾的原理、常壓蒸餾和分餾的正確操作，同時比較性的學習了常量法和微量法兩種沸點測定的方法。分餾比蒸餾就多了一個韋氏分餾柱，其他如沸點測定的方法都是常量法，接收裝置也相同，但一次分餾可以達到多次蒸餾的效果，從而可以達到更好的分離提純效果。因此講授結(jié)束后，讓學生先做乙醇的蒸餾實驗，熟悉裝置正確的安裝和拆卸順序，做到規(guī)范操作，熟悉常量法沸點的測定和產(chǎn)品的接收。蒸餾結(jié)束后再進行工業(yè)酒精的分餾實驗，這樣分餾實驗就很得心應(yīng)手，并讓學生細心觀察分餾柱中的現(xiàn)象，理解分餾柱中實現(xiàn)的多次汽化-冷凝過程，這樣操作上的異同加深了學生對蒸餾和分餾實驗技能的理解掌握。而蒸餾和分餾得到的產(chǎn)品全部進行回收再利用。最后進行微量法沸點的測定，常量法和微量法沸點的測定原理相同但所用儀器不同，操作方法也不同，同時接觸兩種沸點測定方法，讓學生們感受到了科學實驗的魅力。

在染料的柱色譜和薄層色譜分離實驗中，實驗?zāi)康氖鞘箤W生掌握柱色譜、薄層色譜的基本原理及其正確的操作方法。因為薄板用載玻片來制備比較快，但活化過程需要0.5 h，點樣展開也需要一定時間，而柱色譜裝柱和加樣洗脫過程都需要較長的時間，因此講授結(jié)束后，先讓學生做薄層板，放入烘箱開始活化后，讓學生開始裝柱。等薄層板活化好了，點樣展開，同時進行柱色譜的加樣洗脫，同時觀察。本實驗的柱色譜和薄層色譜原理都是吸附色譜原理，通過同時進行染料的柱色譜和薄層色譜分離，不僅使學生比較性的學習柱色譜和薄層色譜的正確操作，明確了柱色譜和薄層色譜分離的各自特點和優(yōu)勢，而且學習了實驗時間的合理有序安排。同時看到3種染料通過柱色譜和薄層色譜達到良好的分離效果，學生都很開心，很有成就感，也激發(fā)了他們對有機化學實驗的興趣。

由于是兩個人一組進行實驗，實驗中經(jīng)常會出現(xiàn)一個人動手另一個人觀摩的現(xiàn)象，因此在提高實驗效能方面也特別加強了實驗過程的考核。提高過程考核的比例，由原來的20%提高到50%，讓每一個學生都動起手來，鍛煉其實驗動手能力，從而提高實驗操作技能和分析問題解決問題的能力。

3 結(jié) 語

半微量有機化學實驗符合綠色化學理念，是有機化學實驗可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。多年的半微量有機化學實驗教學，使歷屆學生的實驗效能和實驗安全性得到了提高。此外，該實驗對于學生實驗的嚴謹性、準確性、規(guī)范性的培養(yǎng)起了很大的作用。只要教師以學生為本，有強烈的責任心，肯于付出，即使學時減少，通過整合半微量有機實驗提高實驗效能，就能確保教學任務(wù)的順利完成。在今后的實驗教學過程中,將不斷探索,力爭取得更好教學效果?，F(xiàn)有的半微量有機化學實驗也將逐步向微型化方向發(fā)展，并增加綜合設(shè)計型實驗以提高學生科學實驗的綜合素質(zhì)。