有機(jī)實(shí)驗(yàn)綠色化教學(xué)模式探討

費(fèi) 菲

（陜西學(xué)前師范學(xué)院，陜西 西安710100）

化學(xué)作為一門以實(shí)踐性和創(chuàng)新性為學(xué)科特色的中心學(xué)科，與人們的生產(chǎn)、生活有著密不可分的關(guān)系。有機(jī)化學(xué)作為醫(yī)藥專業(yè)，應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)，食品專業(yè)，皮革專業(yè)，高分子材料專業(yè)等等眾多專業(yè)課程的基礎(chǔ)課程，在整個(gè)化學(xué)學(xué)習(xí)的過程中具有尤為突出的作用。 所以有機(jī)化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)在這些專業(yè)中也占有很大的比例，在實(shí)驗(yàn)過程中涉及大量的有毒和高腐蝕性的藥品、催化劑，實(shí)驗(yàn)時(shí)間長，并且伴隨著大量的有毒氣體、腐蝕性廢水及廢渣等。 處理不當(dāng)不僅會對人身安全造成影響，另一方面，也與當(dāng)代化學(xué)學(xué)科的主流趨勢不符，對環(huán)境造成了極大的影響。

所謂綠色化學(xué)，是在1991 年由美國化學(xué)會（ACS）提出，并在世界上得到廣泛的認(rèn)同。其核心內(nèi)容是在化學(xué)反應(yīng)的過程中利用化學(xué)原理從源頭上盡可能地減少和消除多于副產(chǎn)物對環(huán)境的影響，以期達(dá)到使反應(yīng)物中的原子完全轉(zhuǎn)化為要求的生成物，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的“零”排放。實(shí)驗(yàn)綠色化的改革和研究， 不經(jīng)有利于從經(jīng)濟(jì)上更好的節(jié)約資源，更對環(huán)境有著深遠(yuǎn)的影響。

1 教學(xué)過程中不斷滲透綠色化學(xué)的理念

每年我國各大中專學(xué)校中所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)室污染物，已成為我國環(huán)境污染的一個(gè)重要的來源。而有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)又是實(shí)驗(yàn)室污染中的一個(gè)重點(diǎn)， 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開課對象主要針對化學(xué)及其相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生，他們在離開學(xué)校進(jìn)去社會后，在各自的工作崗位上都將起到重要的作用，所以在學(xué)習(xí)專業(yè)技能的同時(shí)，有意識地培養(yǎng)學(xué)生的“綠色化學(xué)”觀念，有利于從源頭上消除污染，使化學(xué)和環(huán)境能夠協(xié)調(diào)發(fā)展。 在每一次的實(shí)驗(yàn)之前，要求學(xué)生認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容，通過查閱文獻(xiàn)等方法深化學(xué)生對本次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容的了解，明確在實(shí)驗(yàn)過程中所要接觸到的各種藥品的指數(shù)、毒性、對環(huán)境會造成的影響等，并且了解相關(guān)的防護(hù)措施；實(shí)驗(yàn)過程中，通過對實(shí)驗(yàn)藥品的實(shí)際接觸，進(jìn)一步明確實(shí)驗(yàn)藥品、實(shí)驗(yàn)過程對環(huán)境和實(shí)驗(yàn)人員安全的影響；試驗(yàn)后，培養(yǎng)正確的實(shí)驗(yàn)室“三廢”處理觀念，杜絕亂丟亂放的習(xí)慣。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，遵循5R 原則，培養(yǎng)學(xué)生用綠色化學(xué)的眼光來適應(yīng)新形勢下的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而帶動整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的“綠色化”，最終實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)向新型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變。

2 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的“綠色化”

2.1 現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中存在的問題

通讀各版的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的教材將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成了三個(gè)部分：有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、有機(jī)化合物的合成、有機(jī)化合物的性質(zhì)。 通常各學(xué)校在選擇有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)會兼顧這三者，讓學(xué)生在這三方面都有所練習(xí)。由于傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中用到了大量的有毒有害化學(xué)試劑，并且每次實(shí)驗(yàn)都是孤立的，彼此之間沒有聯(lián)系，這樣會造成實(shí)驗(yàn)藥品的大量重復(fù)性浪費(fèi)， 實(shí)驗(yàn)生成物沒有辦法處理，這些都會對環(huán)境造成污染，不符合綠色化學(xué)的理念。

2.2 針對問題所作的改進(jìn)

2.2.1 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，替換有害試劑

針對傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中用到了大量的有毒有害化學(xué)試劑，在選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)教師應(yīng)該有意識的選擇那些對環(huán)境和人體傷害較小的實(shí)驗(yàn)，盡量在學(xué)生能夠?qū)W習(xí)到所需知識技能的基礎(chǔ)上，利用常規(guī)試劑代替有毒試劑來完成實(shí)驗(yàn)。例如：在做環(huán)己烯制備的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用濃磷酸代替濃硫酸作為催化劑使醇脫水或鹵代烴在醇鈉作用下脫鹵化氫來制備烯烴，不僅可以避開濃硫酸的強(qiáng)腐蝕性，并且由于理算的氧化性小，有機(jī)物碳化少，實(shí)驗(yàn)速率可控。 而濃硫酸還原后生成二氧化硫，對環(huán)境造成污染，在實(shí)驗(yàn)過程中速率過快會造成大量氣泡，堵塞反應(yīng)瓶。

2.2.2 增加綜合性實(shí)驗(yàn)，減少藥品的重復(fù)浪費(fèi)

教師在進(jìn)行試驗(yàn)挑選和實(shí)驗(yàn)順序的編排時(shí)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將實(shí)驗(yàn)連續(xù)化、綜合化，使前一次實(shí)驗(yàn)所生成的產(chǎn)物用于下一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，從而在實(shí)驗(yàn)過程中節(jié)約實(shí)驗(yàn)藥品， 減少試驗(yàn)所產(chǎn)生的 “三廢” 例如，“環(huán)己烯的制備”實(shí)驗(yàn)中，在制備環(huán)己烯的過程中，同時(shí)可以進(jìn)行分餾、蒸餾、萃取、干燥、沸點(diǎn)的測定等基本操作，并且可用產(chǎn)品環(huán)己烯作為“烯烴性質(zhì)實(shí)驗(yàn)”的試樣。 在水蒸氣蒸餾實(shí)驗(yàn)中，用橘皮等天然植物為原料代替課本上的甲苯等燈有機(jī)化合物開設(shè)《從天然植物中提取植物油》的實(shí)驗(yàn)來完成水蒸氣蒸餾的基本操作，同樣可以在達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡耐瑫r(shí)，避免污染環(huán)境[劉晟波、趙鑫、虞春妹、王紅霞 大學(xué)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化探究 中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊2009 No.25]。通過這樣的教學(xué)，可以提高學(xué)生的動手能力以及思考和質(zhì)疑等能力， 較之傳統(tǒng)的教師講授，學(xué)生被動進(jìn)行試驗(yàn)的模式， 更有利于培養(yǎng)新形勢要求的探究性人才。另一方面，這種教學(xué)方式也可以減少實(shí)驗(yàn)藥品的浪費(fèi)以及“三廢”的產(chǎn)生，從經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境保護(hù)兩方面達(dá)到雙贏。

3 引入新技術(shù)，對試驗(yàn)方法進(jìn)行改革

科技發(fā)展日新月異，將新型的科技成果引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展的重大進(jìn)步，同時(shí)也是必然結(jié)果。新技術(shù)的的引入，使得有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以在常量、半微量和微量實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行選擇，擺脫傳統(tǒng)試驗(yàn)方法中只有常量的單一行為。另外，微波實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)等多種新型技術(shù)也為綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了新的途徑。

3.1 微波、超聲波、電化學(xué)等新技術(shù)的作用

近年來，微波、超聲波、電化學(xué)和綠色溶劑(離子液體、超臨界流體、水)、生物催化劑(酶、微生物、抗體酶)等新興技術(shù)不斷涌現(xiàn)，并且逐漸被應(yīng)用于有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)中，通過這些手段的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)其在有機(jī)合成中記者重要的作用，例如加快反應(yīng)速度、提高產(chǎn)率、減少能耗、減小對環(huán)境的污染等。因此，引入新的技術(shù)不僅可以使學(xué)生接觸到新的技術(shù)，而且可以簡化有機(jī)合成的步驟和試劑用量，減少實(shí)驗(yàn)過程中所產(chǎn)生的有害物質(zhì)，從而達(dá)到綠色有機(jī)化學(xué)的目標(biāo)。

3.2 減量實(shí)驗(yàn)所用試劑，推行微量、半微量、常量相結(jié)合的試驗(yàn)方法

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中有大量的合成及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，如果按照教材中所要求的常量來進(jìn)行試驗(yàn)，需要大量的試劑，同時(shí)會帶來大量的廢液、廢渣和廢氣，產(chǎn)生成本過高、環(huán)境污染等問題。 所以，在有機(jī)實(shí)驗(yàn)中推行減量法就顯得尤為重要。 在做性質(zhì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用點(diǎn)滴板代替課本上要求的試管， 將所用試劑的量減少到常量的1/10 到1/1000， 不僅節(jié)約試劑，同時(shí)也可以使現(xiàn)象更加明顯。在有機(jī)合成的過程中，同樣可以利用微量或半微量的方法進(jìn)行，例如[黃丹,范崇光論有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化 實(shí)驗(yàn)室研究與探索2001 年10 月第20 卷 第5 期]微量法制備環(huán)己烯比常量制備所用的原料和試劑要減少97.5%和95%,反應(yīng)時(shí)間縮短了37.5%,實(shí)驗(yàn)時(shí)間縮短為原來的1/2。

3.3 利用計(jì)算機(jī)輔助有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)

在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有一部分實(shí)驗(yàn)會涉及到劇毒或在實(shí)驗(yàn)過程中具有高風(fēng)險(xiǎn)，但是這部分實(shí)驗(yàn)又相對比較重要，這時(shí)可以通過錄像或是應(yīng)用計(jì)算機(jī)動畫技術(shù)來完成這些實(shí)驗(yàn)，一方面達(dá)到了教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)目標(biāo)所要求的內(nèi)容；另一方面，降低了實(shí)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，減少了污染，提高了學(xué)習(xí)效率。

4 實(shí)驗(yàn)室“三廢”的處理

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程中和反應(yīng)完成后會產(chǎn)生大量的廢氣、廢液和廢渣，在每次實(shí)驗(yàn)完成后應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的的廢液分類處理，將廢酸或者廢堿回收，由實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行中和處理，使廢液的pH值達(dá)到6～8 之后再排放到下水道中。其余廢液也應(yīng)相應(yīng)的進(jìn)行處理之后再排放。對于有機(jī)實(shí)驗(yàn)過程中所產(chǎn)生的廢氣應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)安裝通風(fēng)裝置，確保實(shí)驗(yàn)室學(xué)生和工作人員的安全，對于可以利用的氣體應(yīng)利用回收裝置進(jìn)行回收。 廢渣的處理與其他廢物一樣，如果可以再次利用應(yīng)回收以便下次循環(huán)利用，不能再次利用的應(yīng)進(jìn)行無害化處理或存放在相應(yīng)位置，等待相關(guān)部門的專業(yè)處理。

5 結(jié)束語

綜上所述，綠色化學(xué)具有很強(qiáng)的時(shí)代順應(yīng)性，在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中教師利用綠色化學(xué)的原理， 將綠色化學(xué)的理念滲透到實(shí)驗(yàn)的各個(gè)方面，有意識的培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識。但是，目前由于國內(nèi)各大學(xué)的教育投資并不相同， 在各大學(xué)全面的實(shí)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的難度還很大，還需要各位教師的共同努力，在自我范圍從自己做起，從小事做起。引領(lǐng)學(xué)生不斷開發(fā)綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

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