樊彥伶

【摘 要】本文從綠色化學(xué)的角度,從教育心理學(xué)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等方面來探討在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作的必要性和措施。

【關(guān)鍵詞】規(guī)范 化學(xué)實(shí)驗(yàn) 綠色化

化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué),在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,要使學(xué)生形成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的思維方法。在日常教學(xué)中,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)操作不規(guī)范造成的教學(xué)事故時有發(fā)生,造成的藥品浪費(fèi)和環(huán)境污染也不容忽視,和綠色化學(xué)的要求相去甚遠(yuǎn)。因此,在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的綠色化。

一、從教育心理學(xué)觀點(diǎn)看規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作的必要性

以班杜拉(Bandura)為代表的社會學(xué)習(xí)理論值認(rèn)為,人類的大多數(shù)行為是通過觀察學(xué)習(xí)(observational learning)而習(xí)得的。觀察學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者在一定的社會情境中,通過觀察別人的行為方式和行為結(jié)果,進(jìn)行的間接學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)者在對榜樣進(jìn)行模仿時,對自己的行為確定了一個參照標(biāo)準(zhǔn),在此基礎(chǔ)上的行為若符合此標(biāo)準(zhǔn),則會使自我效能感增強(qiáng),產(chǎn)生積極地、愉快的心理體驗(yàn)和滿足感。這樣,學(xué)習(xí)者自然地就會強(qiáng)化他模仿的行為。英國著名的教育家約翰·洛克也特別重視榜樣和示范在教育中的作用。洛克認(rèn)為“教導(dǎo)兒童”的方法中,“最高明,最容易而又最有效的辦法是把他們應(yīng)該做的或者應(yīng)該避免的事情的榜樣放在他們的面前”,“指給他們看”,再經(jīng)教師“口頭上的開導(dǎo)”,使之“懂得更清楚,印象更深刻”。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師的實(shí)驗(yàn)綠色化的行為,如嚴(yán)格控制藥品的取用和稱量、液體的量取和轉(zhuǎn)移、實(shí)驗(yàn)廢棄物的處理及實(shí)驗(yàn)綠色化的改進(jìn)等,會通過學(xué)習(xí)者的觀察和模仿加以強(qiáng)化。

馬斯洛認(rèn)為,動機(jī)是由多種不同層次與性質(zhì)的需求所組成的,需求層次理論將人的需求劃分為七個層次,由低到高,分別是生理需要、安全需要、社交需要、尊重需要、自我實(shí)現(xiàn)需要,每個需求層次必須得到實(shí)質(zhì)性的滿足后,才會激活下一個目標(biāo)。安全需要是人類的第二層次的需要,如果安全需要得不到滿足,其他更高層次的需要就不可能實(shí)現(xiàn)。規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作是實(shí)驗(yàn)綠色化的基礎(chǔ),可以為學(xué)生提供更為安全、無害于健康的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和心理氛圍,使學(xué)生克服實(shí)驗(yàn)畏懼心理,樂于進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

因此,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師應(yīng)注意成為學(xué)生學(xué)習(xí)的楷模。在實(shí)驗(yàn)中自覺規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作,做到言行一致。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師首先要以身作則,在實(shí)驗(yàn)演示時規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作,這是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)綠色化的關(guān)鍵。教師準(zhǔn)確熟練的操作可避免因藥品灑落、液體飛濺、暴沸、毒氣溢出、倒吸試管破裂等造成的污染、浪費(fèi)、人身安全事故等。學(xué)生在觀察學(xué)習(xí)時才會學(xué)習(xí)到正確的行為。教師實(shí)驗(yàn)過程中,要注意限定藥品用量,在保證實(shí)驗(yàn)效果的基礎(chǔ)上盡可能地減少藥品用量,把好的經(jīng)驗(yàn)傳播給學(xué)生,并且妥善處理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的廢棄物,以身作則,正確引導(dǎo)學(xué)生。這樣既提高了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和安全性、又為實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范化奠定了基礎(chǔ),還培養(yǎng)了學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣、同時也增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識。

二、從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作的措施

現(xiàn)代系統(tǒng)論的觀點(diǎn)認(rèn)為,自然界的一切事物,它們無不都是系統(tǒng),即自然界中,物質(zhì)系統(tǒng)式普遍存在著的。那么,什么是系統(tǒng)呢?人們把由各種不同要素組成的,具有一定結(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)整體叫做系統(tǒng)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)也是一個系統(tǒng),盡管在化學(xué)科學(xué)研究和化學(xué)教學(xué)中,可以把化學(xué)實(shí)驗(yàn)分為不同類型,但是從認(rèn)識論角度看,它們都是由相同的要素,按照一定的相互聯(lián)系方式而構(gòu)成的有機(jī)整體。如果從相對靜止的角度,對每一項(xiàng)具體的實(shí)驗(yàn)做微觀結(jié)構(gòu)剖析,其構(gòu)成的基本要素有三個:化學(xué)實(shí)驗(yàn)者、化學(xué)實(shí)驗(yàn)手段(包括儀器、裝置以及科學(xué)方法)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)對象。如果從動態(tài)角度看,每項(xiàng)具體化學(xué)實(shí)驗(yàn)又都是由緊密相聯(lián)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備、化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施展開和化學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)束這樣三個階段所組成。

下面就從動態(tài)角度看,在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作,以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的綠色化:

在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)前,教師一定要強(qiáng)調(diào)學(xué)生實(shí)驗(yàn)前復(fù)習(xí)有關(guān)知識,明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟,按正確步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。提高實(shí)驗(yàn)的成功率,避免重復(fù)實(shí)驗(yàn),造成不必要的浪費(fèi)。例如,在銀氨溶液在配制時,要防止加過量的氨水,且隨配隨用,不可久置,以免發(fā)生爆炸,造成危險(xiǎn)。又要做好氣密性檢驗(yàn)工作,以防實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的有毒氣體泄漏到空氣中,對大氣和人體造成危害。實(shí)驗(yàn)過程中,要有意識地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行規(guī)范的的實(shí)驗(yàn)操作,注意及時指出學(xué)生的錯誤操作。務(wù)必要求學(xué)生做到基本操作正確而且規(guī)范化,使學(xué)生在藥品的取用、物質(zhì)的稱量、液體的量取和轉(zhuǎn)移、物質(zhì)的加熱、玻璃儀器的洗滌、液體的過濾和分液等做到動作準(zhǔn)確、操作熟練、運(yùn)用靈活,可避免因操作失誤造成的污染。特別對于毒性較大的化學(xué)實(shí)驗(yàn)一定要嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程,在通風(fēng)柜內(nèi)或者通風(fēng)效果好的地方進(jìn)行,以免產(chǎn)生的有害氣體污染實(shí)驗(yàn)室,危及學(xué)生的健康。還要強(qiáng)化學(xué)生的節(jié)約意識,引導(dǎo)學(xué)生時刻注意節(jié)約藥品,能少用的一定要少用,能回收的一定要回收,能循環(huán)使用的一定要循環(huán)使用,這樣既節(jié)省了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi),又保護(hù)了環(huán)境。盡量讓學(xué)生在定性實(shí)驗(yàn)中養(yǎng)成使用藥品的有量化意識。這樣既節(jié)省藥品,減少污染,又方便操作,易讓學(xué)生接受、觀察和記憶,從而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法。例如,讓學(xué)生在元素化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)如物質(zhì)的分離、檢驗(yàn)綜合性實(shí)驗(yàn)中,逐步養(yǎng)成在少量的待測液中逐滴加入試劑的操作習(xí)慣。凡是使用后還燃著(有明火)的火柴梗,都應(yīng)該放在玻璃片、瓷片或鐵架臺等指定的安全地方,即使是安全地方,也不可以有潛意識隨意丟棄垃圾的習(xí)慣動作。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,要監(jiān)督學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)的收尾工作,實(shí)驗(yàn)完畢后所有的儀器必須清洗干凈,以防有毒物質(zhì)緩慢揮發(fā)對教室及儀器室的污染。對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的“三廢”要妥善處理,廢液、廢渣嚴(yán)格按實(shí)驗(yàn)要求,倒入廢液缸或指定地方,不準(zhǔn)隨意傾倒沖洗;用剩的金屬料(片)要回收;用剩試劑交實(shí)驗(yàn)教師處理。

三、規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)綠色化的具體辦法

現(xiàn)行高中化學(xué)教材中,很多實(shí)驗(yàn)的藥品用量在教材中都未明確給出限量,大多用“少量”、“少許”、“適量”、“一定量”等籠統(tǒng)的詞來限定,以至學(xué)生很難把握藥品的實(shí)際用量。即使有時候定出藥品的用量,教師和學(xué)生常常忽視稱量,憑經(jīng)驗(yàn)大概地估計(jì)取用藥品,也有因?yàn)閷W(xué)生缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和熟練的操作技能作依托,以致對這些數(shù)量詞確切含義直觀形象的理解,難以粗略估計(jì)取樣,還有的學(xué)生憑興趣做實(shí)驗(yàn),他們常常認(rèn)為藥品越多,現(xiàn)象越好。這樣既可能影響實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和實(shí)驗(yàn)的效果,又會造成藥品的浪費(fèi),還會對環(huán)境造成一定的污染。因此,教師要規(guī)定用量和濃度,取最小量或采用微型實(shí)驗(yàn),以方便學(xué)生操作、節(jié)省藥品、減少對環(huán)境污染為原則。明確規(guī)定藥品用量和濃度,既方便實(shí)驗(yàn)員配置溶液,又方便教師和學(xué)生操作,更易于讓學(xué)生接受、觀察、記憶和與其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對照,從而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法,同時又能節(jié)約實(shí)驗(yàn)藥品,減少污染。實(shí)驗(yàn)時引導(dǎo)學(xué)生盡量控制反應(yīng)物的用量,只要能得到準(zhǔn)確明顯的結(jié)果,能觀察到物質(zhì)的存在,了解和掌握它的性質(zhì)即可。不要因?yàn)楦信d趣而亂加試劑,尤其象銅和熱濃硫酸反應(yīng)、銅和硝酸反應(yīng)這些有毒產(chǎn)物生成的實(shí)驗(yàn),更應(yīng)該盡量利用少量物質(zhì)反應(yīng),把污染減少到最低程度。

如果學(xué)生缺乏毒有害物質(zhì)危害性的知識,他們就不能夠理解為什么要限制藥品的用量,就會隨興而加,任意浪費(fèi)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的綠色化,不僅要加強(qiáng)規(guī)范操作實(shí)驗(yàn)操作技能的訓(xùn)練,提高實(shí)驗(yàn)動手率,而且還有必要讓學(xué)生弄清楚為甚要嚴(yán)格限定反應(yīng)物用量,其用意何在等問題。例如,在檢驗(yàn)硫酸根離子的實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生往往加入過多的氯化鋇溶液。如果學(xué)生知道水體中含鋇最高允許濃度為1.0mg/L,多余的鋇離子會造成水質(zhì)污染,影響生態(tài)環(huán)境。而硫酸鋇的溶解度很小,只要生成很少量就會看到沉淀,而且不易被動物吸收。所以鋇餐就是吃硫酸鋇,而不是氯化鋇,如果吃了氯化鋇就會重金屬中毒。學(xué)生了解了這種情況就會注意藥品的用量,規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作。同理,檢驗(yàn)氯離子時,也只要加入少量的硝酸銀就可以了。蛋白質(zhì)的變性實(shí)驗(yàn),要使用到乙酸鉛溶液,教材中沒有具體量化。鉛是可以在人體和動物組織中蓄積的有毒金屬,主要毒性效應(yīng)是導(dǎo)致貧血癥、神經(jīng)機(jī)能失調(diào)和腎損傷。鉛會影響植物的光合作用和蒸騰作用。鉛對生物的安全濃度為0.16mg/L。如果學(xué)生了解了鉛的毒害性,就會注意滴加的量?？梢?在平時的教學(xué)中就要注意滲透化學(xué)品的毒害性和正確使用的知識,這樣學(xué)生自己動手實(shí)驗(yàn)起來才能自覺注意操作的規(guī)范性。

對一些危險(xiǎn)系數(shù)大的實(shí)驗(yàn)操作,教師可以借助多媒體也演示錯誤的操作造成的嚴(yán)重后果?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作是學(xué)生必須要掌握的基本技能,錯誤的操作會有什么危害由于學(xué)生并未親自做過,老師也不允許做,學(xué)生往往記不住。若用CAI模擬違規(guī)操作,將產(chǎn)生的不良后果展示給學(xué)生,讓學(xué)生看到錯誤操作的嚴(yán)重性,給學(xué)生以強(qiáng)有力的刺激,可以有效地防止錯誤操作的發(fā)生。例如,濃硫酸的稀釋,可以模擬將水加入濃硫酸后,液體四處飛濺,還可以模擬用啟普發(fā)生器制乙炔等。特別是如果不注意規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作,造成的爆炸、毒氣泄漏等危險(xiǎn)事故,還有肆意排放實(shí)驗(yàn)室“三廢”對環(huán)境造成的惡劣影響等,利用CAI模擬這些錯誤操作的的后果,使學(xué)生獲得鮮明的印象,對規(guī)范操作的重要性有更加深刻的體驗(yàn)和認(rèn)識。

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