高校實(shí)驗(yàn)化學(xué)課程綠色化探索

韓亞杰+王秀花+武占省

摘要：實(shí)驗(yàn)化學(xué)是化學(xué)教學(xué)的重要手段，對(duì)于素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力具有不可替代的作用，是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。文章針對(duì)實(shí)驗(yàn)化學(xué)課程的特點(diǎn)，以綠色化學(xué)為導(dǎo)向，針對(duì)我校實(shí)驗(yàn)化學(xué)教學(xué)中存在的一些問題，結(jié)合自身教學(xué)體會(huì)，從三個(gè)方面提出了相應(yīng)的措施。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)化學(xué)；綠色化學(xué)；學(xué)生

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）35-0274-02

一、引言

化學(xué)是研究物理原子、分子、生物大分子和超分子及其凝聚態(tài)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)及其規(guī)律和應(yīng)用的科學(xué)。簡單地說，化學(xué)就是分子的科學(xué)。不論是中學(xué)化學(xué)還是大學(xué)化學(xué)都一直非常重視化學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)與理論的教學(xué)相輔相成，有些時(shí)候?qū)嶒?yàn)課程尤顯重要。首先，學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了技能訓(xùn)練，在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)課堂上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)會(huì)加深理解，同時(shí)也會(huì)鞏固以前學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生細(xì)心、耐心觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析的能力。但我們認(rèn)識(shí)到，化學(xué)實(shí)驗(yàn)在帶給世界美好的同時(shí)對(duì)環(huán)境造成了污染，威脅著人類的健康。

二、綠色化學(xué)

綠色化學(xué)又稱清潔化學(xué)（Clean Chemistry）、環(huán)境無害化學(xué)（Environmentally Benign Chemistry）、環(huán)境友好化學(xué)（Environmentally Friendly Chemistry）。綠色化學(xué)產(chǎn)生于20世紀(jì)90年代，當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)對(duì)環(huán)境造成了污染，對(duì)人們的身體健康造成了嚴(yán)重威脅，從而提出綠色化學(xué)這一學(xué)科，學(xué)科的主旨思想是運(yùn)用化學(xué)的原理和方法從源頭上減少和消除化學(xué)化工生產(chǎn)過程中對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來的負(fù)面影響，減少或消除那些對(duì)環(huán)境安全、人體健康有毒有害的催化劑、原料等的使用。“綠色化學(xué)”這一術(shù)語已經(jīng)逐漸成為世界性的名詞，它的主要特點(diǎn)是原子經(jīng)濟(jì)性，就是在獲得某種新化合物的反應(yīng)過程中充分利用反應(yīng)物的每個(gè)原子，最終實(shí)現(xiàn)“零排放”，不但能夠充分利用各種資源，而且不產(chǎn)生污染。綠色化學(xué)遵循以下12項(xiàng)基本原則：（1）不讓廢物產(chǎn)生，就是不讓其生成后再處理；（2）最有效地設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)和過程，最大限度地提高原子經(jīng)濟(jì)性；（3）盡可能不使用、不產(chǎn)生對(duì)人類健康和環(huán)境有毒有害的物質(zhì)；（4）盡可能有效地設(shè)計(jì)功效卓著而又無毒無害的化學(xué)品；（5）盡可能不使用輔助物質(zhì)，如須使用也應(yīng)是無毒無害的；（6）在考慮環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，盡可能使能耗最低；（7）技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上可以可再生資源為原料；（8）應(yīng)盡可能避免衍生反應(yīng)；（9）盡可能使用性能優(yōu)異的催化劑；（10）應(yīng)設(shè)計(jì)功能終結(jié)后可降解為無害物質(zhì)的化學(xué)品；（11）應(yīng)發(fā)展實(shí)時(shí)分析方法，以監(jiān)控和避免有毒有害物質(zhì)的生成；（12）盡可能選用安全的化學(xué)物質(zhì)，最大程度地減少化學(xué)事故的發(fā)生。面對(duì)高速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)和知識(shí)經(jīng)濟(jì)以及日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染等問題，我國高校的教育模式和對(duì)人才的培養(yǎng)模式必須要做相應(yīng)的改變，由此更新教學(xué)陳舊的內(nèi)容和古板的教學(xué)手段成為教學(xué)改革的重要課題，綠色化學(xué)教育進(jìn)入化學(xué)教育領(lǐng)域必然是一個(gè)值得思考和探索的問題。

三、實(shí)驗(yàn)化學(xué)課程的綠色化

我校是一所綜合性大學(xué)，《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》是一年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)《無機(jī)及分析化學(xué)》理論基礎(chǔ)課的實(shí)踐教學(xué)組成部分，涵蓋醫(yī)學(xué)院的檢驗(yàn)專業(yè)，農(nóng)學(xué)院的種子科學(xué)專業(yè)、農(nóng)資專業(yè)、植保專業(yè)、林學(xué)專業(yè)、農(nóng)學(xué)專業(yè)、園藝專業(yè)，動(dòng)科院的動(dòng)科專業(yè)、動(dòng)醫(yī)專業(yè)，食品學(xué)院的食質(zhì)專業(yè)、食品專業(yè)，生命科學(xué)學(xué)院的生科專業(yè)，等等，每學(xué)期選修的各專業(yè)學(xué)生總數(shù)超過800人。由于實(shí)驗(yàn)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目廣，所用試劑繁多（有些實(shí)驗(yàn)需要用到有毒試劑），因此必須將綠色化學(xué)的教育觀念融入到實(shí)際教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，才能加強(qiáng)教師和學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

（一）樹立綠色化教學(xué)理念

隨著綠色化學(xué)的發(fā)展，世界各國已經(jīng)認(rèn)識(shí)到對(duì)大學(xué)生進(jìn)行綠色化學(xué)教育刻不容緩，比如引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)封閉體系進(jìn)行排放有毒有害氣體的實(shí)驗(yàn)，并對(duì)有毒有害氣體進(jìn)行收集處理消除危害。這種教學(xué)方法既能彌補(bǔ)課本的不足，又能激發(fā)學(xué)生的改革創(chuàng)新意識(shí)。在實(shí)驗(yàn)化學(xué)的教學(xué)中，教師要不斷地增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，讓學(xué)生親自參加到整治污染的活動(dòng)與實(shí)踐中。通過培養(yǎng)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展理念和意識(shí)，使得綠色化學(xué)的思想根植在學(xué)生的頭腦里，更為重要的是將這種思想貫穿在他們以后的學(xué)習(xí)、生活和工作中。

（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綠色化

我們要從根源上解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)的污染問題，必須抓牢抓住綠色化學(xué)這一門前沿學(xué)科，合理、有效地選擇實(shí)驗(yàn)題目，需要做到以下幾點(diǎn)。

1.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的取舍應(yīng)以原子經(jīng)濟(jì)性為主要原則，即首先考慮化學(xué)反應(yīng)中僅僅需要無損耗的催化劑，就可以使反應(yīng)物分子里的原子100%的生成產(chǎn)物，達(dá)到零排放（zero emission）。對(duì)于我校實(shí)驗(yàn)化學(xué)課程里有機(jī)化學(xué)部分應(yīng)該優(yōu)先選擇原子經(jīng)濟(jì)性較高的內(nèi)容，比如康尼查羅反應(yīng)和Click反應(yīng)等，通過這些有機(jī)部分實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，也加深了學(xué)生對(duì)原子經(jīng)濟(jì)性的認(rèn)識(shí)。

2.化學(xué)試劑：使用無毒或低毒原料，避免高毒性反應(yīng)產(chǎn)物，比如不選用重鉻酸鉀氧化劑，避開苯胺類有毒致癌試劑，從源頭上滿足綠色化學(xué)的要求。

3.反應(yīng)溶劑：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置上應(yīng)本著與時(shí)俱進(jìn)的思想，優(yōu)先使用高效、新型的綠色反應(yīng)介質(zhì)（超臨界液體、水、離子液體）。雖然水是安全、無毒、價(jià)廉、可循環(huán)的，但在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)當(dāng)注意排放的廢水是否會(huì)造成新的、更嚴(yán)重的污染。由于水資源的短缺，還要考慮廢水回用等一系列問題。

4.催化劑：盡量避免使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿類催化劑，在實(shí)驗(yàn)化學(xué)教材中的酯化反應(yīng)、硝化反應(yīng)、氧化反應(yīng)中，可以考慮同樣起到很好的催化作用的固體酸催化劑。

（三）實(shí)施綠色化教學(xué)手段

化學(xué)實(shí)驗(yàn)屬于消耗性實(shí)驗(yàn)，若改進(jìn)實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)某些實(shí)驗(yàn)采用網(wǎng)絡(luò)化、計(jì)算機(jī)輔助模擬以及觀看實(shí)驗(yàn)錄像等方法，就會(huì)達(dá)到低碳、綠色、環(huán)保、開放的良好效果，可以從以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)：（1）在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的過程中，播放與本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的教學(xué)錄像，如滴定管、酸度計(jì)、分析天平的使用等，對(duì)于技術(shù)細(xì)節(jié)應(yīng)當(dāng)近距離的播放。（2）建立虛擬實(shí)驗(yàn)室替代真實(shí)實(shí)驗(yàn)室完全不符合綠色化學(xué)的原則，但是目前沒有合適的替代方法來替換實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

四、結(jié)語

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化已經(jīng)成為現(xiàn)在高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)的趨勢。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，我們應(yīng)當(dāng)重新審視傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，改變傳統(tǒng)的操作模式，尋找綠色催化劑、綠色溶劑，發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)使用計(jì)算機(jī)與多媒體模擬仿真等現(xiàn)代化科技手段，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)化學(xué)教學(xué)的綠色化。

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