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1、高校化学实验中各种学科知识的运用----大学教育论文-->高校化学实验中各种学科知识的运用摘 要:运用物理、生物、计算机、组合理论等交叉学科知识设计思维新颖、无污染、步骤简便的化学实验,补充了大学化学实验改革的薄弱环节。关键词:非常压体系;科学移植;内隐知识外化化学学科在整个科学体系中,是中心科学、是实验科学,因此化学实验是相关学科交融、优势互补、创新思维培养、创新成果产出的最好训练。大学化学实验如何实现与交叉学科知识的合理融合,促进学生创新思维的形成,锻炼学生创造实践能力,是大学化学实验教学改革的薄弱环节。面临的关键问题是:改革陈旧、知识单一、缺乏创新的实验内容,设计思维新颖、现
2、象明显、学科综合、无害自然、简单易做的实验内容。1.借助物理原理,赋传统化学实验以新的生命力化学实验中的非常压体系是指封闭体系中化学反应的某一部分,其内部的压力不等于大气压力时的体系。迄今为止,该体系在制备高沸点有机物的常规实验中广泛应用。而在大学化学实验的改进方面,特别是微型化学实验技术改进方面却被人们所忽视。1.1利用非常压体系,设计负压力微型快速过滤装置在物质的合成实验中,若目标产物为无定形胶状沉淀或颗粒小的沉淀,常压过滤速度较慢,减压过滤胶体沉淀易透过滤纸,小颗粒易在滤纸上形成密实的沉淀,溶液不易透过。我们吸收了传统的常、减压过滤之优点,设计出快速过滤沉淀的微型减压装置。此
3、装置过滤器取常压过滤部分,液体接收器取减压部分,即用带支管的硬质大试管代替吸滤瓶;吸耳球或注射器代替水泵做微负压源,过滤时用微负压源不断地抽吸支管,有效地解决了上述问题。实验教学中微负压源应用在过滤技术中有三个优点:加快过滤速度,缩短实验时间,为拓宽素质教育内容赢得宝贵时间;培养并拓展学生实验思维的宽度和深度;使学生在具体的实验创新尝试中掌握相关知识的迁移。1.2利用微压力变化,用直观的物理现象证明化学反应热效应化学反应中常伴随热量变化,将产生热效应的化学反应与物理中的压强变化相联系,自制微压力检测器,通过观察压力的微小变化定性检验化学反应热效,证明温度对化学反应速率的影响。如生石
4、灰、氢氧化钠溶解时,在冷水中的反应速度大于在热水中。微压力检测器是用直径为0.2~0.5cm,高度为8~10cm的玻璃管做成的U型管,U型管的一端用胶塞塞紧,另一端与溶解时产生热效应的小型反应器(如小试管)相接。反应时在U型管中装入一定体积的水,小型反应器中加化学反应时发生热量变化的物质,由于放热(或吸热)反应的发生,使小型反应器一端温度升高(降低),内部压力增大(减小),导致与之相连一侧U型管中液体的液面变化。自制U型管的直径是实验改进成功与否的关键。改进的优点在于知识综合、节省药品、现象明显、简单易做;学生在简单的实验操作中深化其它学科的知识,有利于培养学生科学的实验思想。2.
5、科学移植相关学科技术,简化、绿化化学实验2.1利用酶催化的高度选择性,简化尿素含量测定步骤尿素是有机弱碱(Kb=1.3×10-14),不能用标准酸直接滴定,目前广泛采用杜马(Dumas),卡达尔法(Kjeldahl)处理试样,这两种方法的不足是当试样中含有其它有机胺类时,干扰测定而影响结果的准确度,且操作麻烦,不适于工厂快速分析。为此,利用酶催化反应的高度专一性、反应温和性,选择尿素酶作催化剂,催化尿素水解,用标准的盐酸溶液直接滴定水解产生的NH3,即可进行定量测定,实验方法本身可以很好消除干扰,并操作简便、快速、节省时间。用大豆中的尿素水解酶(尿素酶)为催化剂,于36℃水解尿素产
6、生NH3和CO2,以饱和KOH润湿的药棉吸收以除去CO2,用标准盐酸溶液滴定NH3,作空白实验扣除空白值,直接测得尿素含量。2.2利用计算机模拟化学实验,变污染化学为绿色教育化学传统有机化学合成实验,注重强调理论知识的系统性,忽略了实验过程中毒物排放对环境的危害。对于破坏环境但又必须做的合成实验,利用计算机多媒体技术制作课件,强化学生对理论、原理、合成技术、污染程度等方面知识的深入理解。在课件的制做中要注意,将常量与微量操作对环境污染所造成危害进行量化比较是至关重要的。在学生开拓了实验思路,掌握实验技术的基础上,引导他们继续开发绿色-创新实验设计。如:通过改变原料配变污染化学实验为
7、生产有用副产品的实验;变开放有机实验为封闭-循环有机实验;设计净化环境的合成实验代替合成毒害物质的实验。3.激发内隐知识的外化,变学生创新理念为具体的创新行为我国学生的创新意识和实践能力,与发达国家相比差距十分明显。按知识的外化程度,把知识分为外显知识和内隐知识(或潜能)。后者深深地嵌入于实践活动,在没有外显的时候常常无法言传,激发潜能将其所产生的灵感变为具体方案的时候,创造思想就可以言传并为他人所借鉴。我国学生的创新意识和实践能力偏低的主要原因是:学校教育缺少有效地
