高師化學專業綠色化學課程教學內容的探討*

沈玉龍 關俊霞 劉立華 曹文華

(唐山師范學院化學系 河北唐山 063000)

綠色化學是化學學科的一個新興研究領域，有著廣闊的應用前景。隨著對綠色化學研究的不斷深入，綠色化學的思想和內容已被引入到化學教學之中，國內外很多高校都為學生開設了綠色化學課程[1-4],但是目前對綠色化學課程教學基本內容的選擇以及教學模式的研究還相對較少。為激發學生對綠色化學知識的興趣，更好地發揮綠色化學在培養和提高學生綜合素質和科學素養等方面的作用，本文結合教學實踐，對高師化學專業綠色化學課程教學的目標以及知識點和教學內容的選擇進行探討。

1 綠色化學課程概況

綠色化學課程作為一門新興課程，不像其他課程具有成熟的教學大綱及知識點體系;由于綠色化學研究是圍繞化學反應、原料、催化劑、溶劑和產品的綠色化來進行的，具有涉及知識面廣、綜合性強等特點[5]，因此不同高校開設的課程名稱多種多樣，課程的教學內容差別也很大。在現已出版的各類綠色化學教材中，不同的編著者根據自己的專業和對知識點的不同理解，在教材內容的選擇、知識點的側重以及教材內容的前后章節安排上都存在較大差異。為明確綠色化學學科的基本知識，確定恰當的綠色化學課程教學內容，我們對近年來國內外出版的一些綠色化學教材的內容進行了分析比較。表1列出了5種國內外有代表性的教材[6-10]的內容。

表1 幾種教材內容比較*

*“√”表示教材中涉及該知識點，并展開討論；空白表示教材中不涉及或僅僅提到該知識點。

由表1可以看出，5種綠色化學教材共同涉及到的知識點為綠色化學的定義、綠色化學的12條原則、綠色溶劑、綠色催化和生物質原料；有4種教材涉及到的知識點為綠色合成技術、綠色化學產品、綠色化學工藝和化工過程強化；有3種教材涉及到的知識點為設計綠色合成路線、綠色化學評估和綠色能源。由于每個知識點關聯的知識面非常廣泛，所以盡管不同的教材涉及的知識點相同，但是支撐該知識點的具體內容仍有很大的不同。因此，針對不同層次不同專業的學生，確定恰當的綠色化學課程教學目標以及知識點和教學內容，是一個需要研究和解決的重要課題。

2 高師化學專業綠色化學課程的教學目標

高師化學專業的人才培養目標是培養合格的中學化學師資。在《普通高中化學課程標準(實驗)》中明確指出，高中化學課程要“注重學生科學探究能力的培養，重視化學基本概念和化學實驗，體現綠色化學思想，突出化學對生活、社會發展和科技進步的重要作用”，“能說明合成新物質對人類生活的影響，討論在化工生產中遵循‘綠色化學’思想的重要性”，“樹立綠色化學思想，形成環境保護的意識”。作為未來的中學化學師資，高師化學專業的學生必須要接受綠色化學教育，開設綠色化學課程也就成為人才培養和教學內容改革的必然選擇。

根據高師化學專業人才培養目標的要求，開設綠色化學課程的總體教學目標是：要求學生樹立綠色化學思想，掌握綠色化學的基本概念和基本原理，為將來從事中學化學教學做好知識和能力的準備。具體包括：(1) 使學生了解為什么需要綠色化學，明確綠色化學對人類健康和環境保護所帶來的正面影響；(2) 了解綠色化學發展的主要線索，理解綠色化學的基本概念和原理，形成綠色化學的基本觀念，理解在化工生產中遵循綠色化學思想的重要性；(3) 掌握綠色化學的基本方法，能綜合運用綠色化學的知識與方法，分析和解決一些化學問題；(4) 培養學生接受并遵循綠色化學的理念，能在未來的教學和研究工作中自覺地運用；(5) 培養學生關注與化學有關的社會熱點問題，樹立既保護環境又推動工業生產發展的新觀念，逐步形成可持續發展的思想。

3 高師化學專業綠色化學課程教學內容的選擇

隨著綠色化學的發展，綠色化學的科學概念和學科范疇日漸明晰，綠色化學的12條原則已為國際化學界所公認，其內涵也在不斷豐富和完善。綠色化學的基本科學問題大致可以歸結為4個方面：綠色合成、綠色介質、綠色反應物和綠色催化[11]。綠色化學課程的教學應以綠色化學的12條原則為主線，圍繞綠色化學的基本科學問題展開討論，介紹綠色化學的產生和發展，綠色化學的概念、原理、應用及主要研究動向等內容，使綠色化學課程的教學內容體現基礎性、系統性和時代性。

根據高師化學專業綠色化學課程的教學目標，我們確定的綠色化學課程的知識點為綠色化學的定義、綠色化學的12條原則、綠色溶劑、綠色催化、生物質原料、綠色合成技術、綠色化學產品、綠色化學工藝、綠色化學評估及綠色能源。相應設計的教學內容包括：(1) 介紹綠色化學的定義、綠色化學產生和發展的歷史背景等；(2) 詳細介紹綠色化學的12條原則；(3) 結合已成功的或正在開發的綠色化學工藝實例，就原料、溶劑、催化劑、化學品、合成技術的綠色化等進行討論。具體分為以下8個章節來授課：

第1章 綠色化學引論：介紹綠色化學產生和發展的歷史背景、綠色化學的定義和研究內容、綠色化學的代表性成果——美國總統綠色化學挑戰獎獲獎項目以及國內外綠色化學教育概況。

第2章 綠色化學原理：討論綠色化學的12條原則，詳細介紹原子經濟性的概念及其應用。

第3章 綠色催化劑：以分子篩催化劑、雜多酸催化劑、全氟磺酸樹脂、生物催化劑等新型催化劑為例，討論綠色催化劑的開發與應用。

第4章 綠色溶劑：討論目前廣泛應用的有機溶劑的危害性，介紹綠色反應介質如超臨界CO2、超臨界水、室溫離子液體、全氟溶劑等新型反應介質的應用。

第5章 生物質資源的利用：介紹生物質資源的利用對環境帶來的好處，討論生物質資源的利用途徑——生物煉制及其應用實例；介紹目前生物質能源中的熱點產品燃料乙醇和生物柴油的開發利用情況。

第6章 綠色化學品：介紹化學品的綠色評估方法；以ODS替代品、可降解塑料、生物農藥等為例，討論安全及可降解化學品的設計與開發。

第7章 綠色合成技術：以微波化學、超聲化學、電化學合成、光化學合成等為例，討論綠色合成技術在化學合成中的應用。

第8章 綠色化學工藝：介紹清潔生產的含義和理論基礎，討論“零排放”的內涵和實施“零排放”的途徑，介紹幾個典型的清潔生產工藝實例。

4 綠色化學課程的教學實踐

我校為高師化學專業學生開設綠色化學選修課已有多年，學生對該課程教學的關注度和滿意度都很高，取得了較好的教學效果。下面以第一章“綠色化學引論”為例來介紹我們的具體實踐。

為使學生認識學習綠色化學的重要性并激發學生學習綠色化學知識的熱情，我們在第1章“綠色化學引論”中主要圍繞“為什么我們需要綠色化學”、“為什么要促進綠色化學發展”等問題展開討論。一方面,通過討論化學對人類物質生活的貢獻以及化學品的生產與使用給人類健康和生態環境帶來的眾多負面影響(如20世紀世界著名的8大公害事件)，引出對化學學科發展方向的思考；資源與環境是人類生存發展的基礎，通過討論化工行業可持續發展的問題，得出綠色化學是人們必然選擇的結論，并分析綠色化學與傳統化學理念的不同，如傳統化學對化學危險物的控制和管理是以建立“安全”濃度和暴露限制來進行的，而綠色化學的理念是在設計階段就消除危險物。另一方面,通過介紹綠色化學的國內外發展現狀，尤其是對美國總統綠色化學挑戰獎獲獎項目的簡介，說明綠色化學研究已取得的成就；利用美國環保署統計的美國總統綠色化學挑戰獎獲獎項目在1996～2008年期間所節約的資源以及減排的危險物等數據，說明綠色化學技術帶來的諸多益處，由此引出綠色化學是從源頭上解決污染的一門科學，對環境、經濟和社會的可持續發展具有重要的意義。另外,對于綠色化學的定義，主要介紹綠色化學倡導人P.T.Anastas教授和世界經濟合作與發展組織(OECD)分別提出的兩個定義；對于綠色化學研究內容,主要介紹英國Crystal Faraday協會在2004年提出的綠色化學的 8個關鍵技術領域。為使學生在未來的教學工作中自覺地運用綠色化學的知識與方法，我們還在本章的最后介紹了一些國外大學綠色化學教育的代表性工作，如澳大利亞Monash大學為本科生開設的綠色化學必修課程的教學情況(包括教學內容和教學方法)，美國Scranton大學把綠色化學融入傳統化學課程的教學情況，美國Oregon大學開展綠色有機化學實驗的教學情況，英國York大學綠色化學碩士教育的教學情況等。總之，通過“綠色化學引論”這一章的教學，使學生理解21世紀的綠色經濟變革需要綠色化學，綠色化學能為資源節約型和環境友好型社會的構建作出貢獻。

參 考 文 獻

[1] 劉立華,沈玉龍.唐山師范學院學報,2007,29(5):78

[2] 沈玉龍,王克誠.化學教育,2006(10):63

[3] 顏魯婷,劉蓮云,鄭妍鵬,等.大學化學,2008,23(1):21

[4] 相波,李義久.化工高等教育,2008(10):12

[5] 紀紅兵,佘元斌.化工進展,2007,26(5):605

[6] 閆立峰.綠色化學.合肥:中國科學技術大學出版社,2007

[7] 胡常偉,李賢均.綠色化學原理和應用.北京:中國石化出版社,2002

[8] 貢長生,張龍.綠色化學.武漢:華中科技大學出版社,2008

[9] 多布爾.綠色化學與工程.北京:科學出版社,2009

[10] Lancaster M.Green Chemistry:An Introductory Text.Cambridge,UK：The Royal Society of Chemistry,2002

[11] 寇元,何玲.化學進展,2008,20(1):5