大學(xué)普通化學(xué)教學(xué)中引入綠色化學(xué)初探

宋小杰 馮紹杰 趙東林

摘要：隨著和諧社會和科學(xué)發(fā)展觀的逐步推進(jìn)，綠色化學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，漸漸地成為未來社會發(fā)展和人類進(jìn)步的重要方向。綠色化學(xué)又稱環(huán)境友好化學(xué)，其核心是利用化學(xué)反應(yīng)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。本文主要介紹了大學(xué)化學(xué)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中開展綠色化學(xué)教育的探索與實(shí)踐，提出了教學(xué)過程[作者簡介：宋小杰（1981-），女，講師，漢，在職博士研究生，參與建設(shè)應(yīng)用化學(xué)特色專業(yè)（2016tszy025，2014tz02）和“校企共建”應(yīng)用化學(xué)實(shí)踐教學(xué)基地（2016xqj01），參與基礎(chǔ)化學(xué)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)（2013jxtd026）。]中實(shí)施綠色化的具體措施。

關(guān)鍵詞：大學(xué)；普通化學(xué)教學(xué)；綠色化學(xué)；探索與實(shí)踐

1. 綠色化學(xué)概念的提出

綠色化學(xué)（Green Chemistry）又稱為環(huán)境友好化學(xué)（Environmentally Friendly Chemistrv）、環(huán)境無害化學(xué)（Environmentally Benign Chemjstrv）、清潔化學(xué)（Clean Chemistry），是指在化工生產(chǎn)中能夠有效使用原料，盡量較少或避免使用有毒、有害的試劑并能夠消除廢棄物，在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過程中以“原子經(jīng)濟(jì)性”為基本原則，其核心是利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染，反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物[1]，既充分利用資源，又不產(chǎn)生污染，建立環(huán)境友好型的反應(yīng)制備工藝，使化學(xué)工業(yè)得以可持續(xù)發(fā)展。綠色化學(xué)產(chǎn)生于20 世紀(jì)90 年代，是化學(xué)領(lǐng)域的年輕學(xué)科[2]，綠色化學(xué)是節(jié)約資源和從源頭防止污染的化學(xué)技術(shù)和方法，在進(jìn)行大學(xué)系列化學(xué)的教育過程中具有非常深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義[3-4]。

進(jìn)入本世紀(jì)后，各本科院校相繼開設(shè)了綠色化學(xué)。大學(xué)普通化學(xué)應(yīng)該在教學(xué)和研究中采用多學(xué)科交叉和多方位傳授的方法向?qū)W生灌輸綠色和可持續(xù)發(fā)展化學(xué)的理念，需要涉及到科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)學(xué)科與經(jīng)濟(jì)、政治、社會學(xué)和心理學(xué)等的協(xié)作，重點(diǎn)包括綠化實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、可再生能源、使用可再生資源作為化學(xué)給料和發(fā)展良性的無污染過程。

2. 大學(xué)普通化學(xué)中綠色化學(xué)

大學(xué)普通化學(xué)包括無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和物理化學(xué)，它們都是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。如何將綠色化學(xué)的理念滲入到各基礎(chǔ)化學(xué)的課程教學(xué)過程之中，如何使學(xué)生將這種化學(xué)觀念融入到自己的思想之中并指導(dǎo)將來的學(xué)習(xí)和工作，對于一個化學(xué)教育工作者來說是一項(xiàng)長期的重要的任務(wù)。筆者在多年的教學(xué)過程當(dāng)中，在各個教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了積極的實(shí)踐與探索。

首先能夠正確認(rèn)識有毒有害的污染物對環(huán)境造成破壞的嚴(yán)重性；對于學(xué)生，在課堂上，從第一節(jié)化學(xué)課開始，就要對他們進(jìn)行綠色教育，從思想上確立環(huán)保意識，使他們意識到保護(hù)環(huán)境的重要性，以及在學(xué)習(xí)生活過程中如何養(yǎng)成良好的習(xí)慣[5]。理論教學(xué)的過程，是在教學(xué)大綱的基礎(chǔ)上對理論知識進(jìn)行梳理，在涉及到綠色化學(xué)領(lǐng)域的知識點(diǎn)的時候，教育工作者能夠積極的將知識點(diǎn)與綠色化學(xué)聯(lián)系起來，將綠色化學(xué)的理念滲入到具體的知識點(diǎn)之中，潛移默化地使學(xué)生體會并掌握綠色化學(xué)的概念。舉例如下：

2.1 內(nèi)容探討

綠色化學(xué)就是盡可能小地對環(huán)境造成副作用，是實(shí)現(xiàn)污染預(yù)防的基本和重要的科學(xué)手段。綠色化學(xué)研究的內(nèi)容顯然要包括化學(xué)反應(yīng)過程的三個基本要素：一是研究、變換、設(shè)計(jì)、選擇對人類健康和環(huán)境友好的原材料或起始物；二是研究最好的轉(zhuǎn)換反應(yīng)和催化劑；三是設(shè)計(jì)或重新設(shè)計(jì)對人類健康和環(huán)境更安全的目標(biāo)化合物。這三個內(nèi)容基本上就構(gòu)成了綠色化學(xué)的全部，也是化學(xué)為人類做貢獻(xiàn)的重要體現(xiàn)。

比如在碳族元素的教學(xué)過程中，介紹二氧化碳?xì)怏w是引起全球溫室效應(yīng)的主要原因，另一方面當(dāng)二氧化碳被壓縮到超過其臨界點(diǎn)的時候會成為超臨界流體，它具有很多優(yōu)良的性能，可以成為一種優(yōu)良的環(huán)保的綠色化學(xué)溶劑[6]。在氧族元素與氮族元素的教學(xué)過程中，介紹酸雨的形成原因（由二氧化硫、二氧化氮等氧化物與水蒸氣反應(yīng)形成）及危害，引導(dǎo)學(xué)生在今后的科研與工作過程中盡量避免產(chǎn)生這些氧化物氣體。在電化學(xué)腐蝕知識點(diǎn)講授過程中，介紹工業(yè)生產(chǎn)和生活中應(yīng)用的鍍鋅白鐵，由于金屬鋅在空氣中的反應(yīng)活性即還原能力比鐵大，將金屬鋅電鍍于單質(zhì)鐵的表面，可以有效防止單質(zhì)金屬鐵腐蝕造成的危害。

2.2 方法改革

1）微型化化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是為了讓學(xué)生對所學(xué)習(xí)的理論知識進(jìn)行驗(yàn)證。例如，在無機(jī)化學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，只要能觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，要求學(xué)生所加試劑用量一般為2-3滴，除特殊要求外，一般不允許超過5滴，盡可能減小實(shí)驗(yàn)規(guī)模。

2）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)步驟。對實(shí)驗(yàn)過程和方法的合理優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化的有效途徑。例如，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“滴定分析的操作練習(xí)”實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)標(biāo)定的氫氧化鈉溶液，可以留待下一次實(shí)驗(yàn)接著使用，提高效率的同時也減少了對環(huán)境的污染。

3）通過多媒體演示仿真實(shí)驗(yàn)。既能讓學(xué)生直觀的看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，又能從根本上解決廢液污染問題。一些污染性比較高的實(shí)驗(yàn)可以錄制一次實(shí)驗(yàn)過程或者從互聯(lián)網(wǎng)上下載一個視頻文件供學(xué)生觀看。

3.普通化學(xué)中綠色化學(xué)未來的發(fā)展模式

綠色化學(xué)是化學(xué)學(xué)科中的研究熱點(diǎn)和前沿。綠色化學(xué)的內(nèi)涵、原理目標(biāo)和研究內(nèi)容需要不斷地完善和充實(shí)，綠色化學(xué)的發(fā)展對保持良好的環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展都有重要的意義，通過綠色化學(xué)的途徑，從科學(xué)發(fā)展出發(fā)發(fā)展環(huán)境友好的化學(xué)，才能解決化境污染和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的矛盾。

3.1 研制對環(huán)境無害的新型材料和新型燃料

自然界資源、能源都是有限的，所以人類生產(chǎn)的各種化學(xué)品能否回收、再生和循環(huán)使用也是綠色化學(xué)研究的主要領(lǐng)域。以塑料為例，西歐各國提出了三R 原則，也就是reduce、reuse、recycle，同時這三個原則對能源、燃料化學(xué)品等許多方面同樣適用。機(jī)動車燃燒汽油和柴油產(chǎn)生的廢氣是大氣污染的根源。為適應(yīng)綠色化學(xué)的要求，汽油的組成發(fā)生了深刻變化，既限制汽油的蒸氣壓、苯含量、芳烴、烯烴含量，還要求在汽油中加人數(shù)量相當(dāng)?shù)暮趸衔?。而在我國能源結(jié)構(gòu)中，煤是主要能源，應(yīng)將研究、開發(fā)潔凈煤化學(xué)技術(shù)視為當(dāng)務(wù)之急，以利于大氣保護(hù)。大學(xué)普通化學(xué)教學(xué)不能只注重課本，遵照本本主義，應(yīng)該把所學(xué)的知識與實(shí)踐結(jié)合在一起，不能夠只躲在實(shí)驗(yàn)室里做實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該走向現(xiàn)實(shí)并且去解決現(xiàn)實(shí)中的種種問題，這才是大學(xué)化學(xué)的真正意義所在。

3.2 開發(fā)和應(yīng)用綠色化學(xué)工藝是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵

曾為人類文明做出過不可磨滅貢獻(xiàn)的有機(jī)化學(xué)化工，在21世紀(jì)，依然面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。大學(xué)化學(xué)中的有機(jī)化學(xué)應(yīng)該要強(qiáng)調(diào)實(shí)用的、環(huán)境友好的、資源可持續(xù)利用的，也就是從簡單易得的原料出發(fā)，在溫和的條件下經(jīng)過簡單的步驟，快速、高選擇性地轉(zhuǎn)化為目標(biāo)分子。這就需要教師從理念、原理、方法等方面對學(xué)生進(jìn)行鼓勵、支持、引導(dǎo)。由于綠色化學(xué)的發(fā)展必然會推動人類社會的進(jìn)步，所以在大學(xué)化學(xué)教學(xué)過程中一定要十分重視對此概念、想法的滲透，幫助學(xué)生去了解、學(xué)習(xí)、研究綠色化學(xué)，最終造福于社會。

4.結(jié)語

綠色化學(xué)教育理念在大學(xué)系列化學(xué)教學(xué)過程中的實(shí)踐與應(yīng)用，可以顯著增強(qiáng)教育工作者與學(xué)生的綠色化意識，從源頭減少對環(huán)境的污染，也為學(xué)生將來的工作和生活奠定良好的綠色化思想基礎(chǔ)和實(shí)踐基礎(chǔ)。教師應(yīng)當(dāng)在綠色化學(xué)教學(xué)過程中將自己和學(xué)生融入這種改變之中，將綠色化學(xué)理念真正滲透入學(xué)生大腦，使他們在以后的學(xué)習(xí)、工作中始終不忘綠色化學(xué)是可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，唯有如此，本課程的教學(xué)目的才能達(dá)到。

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作者簡介：

宋小杰（1981-），女，講師，漢，在職博士研究生，參與建設(shè)應(yīng)用化學(xué)特色專業(yè)（2016tszy025，2014tz02）和“校企共建”應(yīng)用化學(xué)實(shí)踐教學(xué)基地（2016xqj01），參與基礎(chǔ)化學(xué)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)（2013jxtd026）。