高校化學實驗教學中融入綠色化學理念的思考

金 凱 （長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北 荊州434023）

綠色化學又稱 “環(huán)境友好化學”、“環(huán)境無害化學”、“清潔化學”［1-2］。實現綠色化學是21世紀化學科學研究的重要方向之一，它對環(huán)境保護及社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導意義，是環(huán)境保護的必經之路［3-5］。面對環(huán)境和資源的現狀，加強高校關于綠色化學的教育，不僅是全面實施素質教育，提高大學生的環(huán)保意識，促進學生全面發(fā)展的需要，更是科技進步、社會發(fā)展的需要，對于促進人與自然的和諧發(fā)展，建設美麗中國具有重要的現實意義。

綠色化學的根本目標就是從節(jié)約能源和防止污染的觀點來重新審視和改革整個化學和化工領域，在化學研究和化工生產過程中不再使用有毒、有害物質，不再產生廢物。其最大特點是在始端就采用預防污染的科學手段，以保證過程和終端均為零排放或零污染。

1 高校化學實驗教學中融入綠色化學理念的必要性

21世紀是 “綠色世紀”，可持續(xù)發(fā)展已經成為人類社會發(fā)展的主題。發(fā)展綠色化學已成為當今社會在節(jié)約能源、防治污染、保障人類健康與安全等方面的迫切需要。實驗教學是高校教學活動的重要組成部分，對于培養(yǎng)學生的專業(yè)技能、提高學生綜合素質起著重要作用。因此，將綠色化學理念融入高校化學實驗教學之中顯得非常必要。

第一，解決高校化學實驗教學中存在的師生環(huán)保意識不夠、節(jié)約意識不強和實驗教學過程粗放等問題需要融入綠色化學的理念。運用綠色化學的理念分析高校化學實驗教學，發(fā)現其中還存在許多問題，表現在：教材較少提及 “綠色化學”這一概念，造成學生對于綠色化學理念學習不夠系統，對其理解不夠；教學手段與方法落后，不能適應開設綠色化學實驗的要求；教學投入不足，實驗設備陳舊，不能滿足綠色化學實驗的要求；師生環(huán)保意識、節(jié)約意識有待加強，實驗教學過程粗放等等。要解決這些問題，只有在化學實驗教學中融入綠色化學的理念，才能更新教學理念，從實驗指導思想、實驗內容選擇、實驗儀器研制、實驗裝置和步驟的設計等方面入手，提高化學實驗教學的質量。

第二，實現高素質的人才的培養(yǎng)目標需要融入綠色化學的理念。培養(yǎng)高素質的專門人才是高校教學的根本目標。引導學生關注人類發(fā)展所面臨的與環(huán)境化學相關的社會問題，讓學生體會綠色化學對提高生活質量和保護環(huán)境的積極作用，提高學生運用化學知識解決有關問題的能力是高校化學實驗教學的重要任務。要完成這些重要任務，實現培養(yǎng)目標，就應該讓大學生具有綠色化學的理念，掌握綠色化學知識，為實現社會可持續(xù)發(fā)展服務。

第三，適應社會對高校的新要求需要融入綠色化學的理念。為了保證未來經濟與社會的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，我國也十分重視綠色化學方面的研究工作，社會對高校在綠色化學的研究與實驗方面提出了越來越高的要求。因此，必須在高校實施綠色化學教學，讓師生了解綠色化學對于人類及其賴以生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的重要性的認識，將綠色化學的思想貫穿于化學教學的全過程。

2 高校化學實驗教學中融入綠色化學理念的措施

高校化學實驗教學一般包括實驗預習、實驗操作、實驗總結等幾個環(huán)節(jié)，由實驗指導教師、實驗員、學生共同參與完成。為保證綠色化學理念的貫徹落實，實驗指導教師要在化學實驗教學全過程中注重對綠色化學理念的灌輸和引導，培養(yǎng)學生對綠色化學的興趣，加強綠色環(huán)保意識的教育，把保護環(huán)境的知識和意識一點一滴地滲透到教學中，通過系統的化學實驗教學讓學生明確的了解到綠色化學的內容及重要性。

2．1 樹立綠色化學理念，在實驗準備中體會與改進

實驗的第一步就是實驗預習，實驗預習要求學生對實驗原理、實驗方法、實驗目的和實驗內容有所了解。在此過程中可引導學生從綠色化學的角度出發(fā)，檢查實驗原理是否符合綠色化學理念，實驗方法是否遵循了綠色化學的基本要求，實驗目的是否與綠色化學理念不沖突等。

首先，從原理上考慮不同實驗合成方法和途徑，盡量避免選用消耗原料多、高耗能，過程復雜、步驟多的反應途徑，而多選取原子利用率高、低能耗、過程簡單、反應步驟少、副產物少的反應途徑。同時要考慮選用的實驗原料的安全性，實驗中選取的溶劑是否安全，實驗過程中是否產生污染性物質，產品及副產物是否對環(huán)境友好。例如：傳統的SO2和H2S氣體反應產物的實驗探究中，若將Na2SO3和FeS分別裝進分叉管中然后迅速滴入鹽酸則可非常清楚地觀察到實驗現象。然后向分叉管中加入NaOH溶液，吸收過量氣體，中和過量的酸。這樣既節(jié)省了藥品，也可以防止反應中有害氣體的泄漏。

其次，嘗試改進傳統的實驗手段，盡量使其向綠色化學靠攏。通過所學知識，以綠色化學的理念為基礎，開發(fā)新的實驗手段。將燒杯、錐形瓶的 “大型”實驗縮小為試管中的 “小型”實驗，甚至到點滴板上的 “微型”實驗，從而減少原料消耗和能源消耗，還能降低對環(huán)境的危害。在實驗方法的預習中應考慮到催化劑的使用，合理使用催化劑能更好地提高反應效率，降低反應能耗，提高原料利用率。比如在做H2O2的分解實驗時，往往采用MnO2固體做為催化劑，可這種強氧化劑處理不當會產生環(huán)境污染，結合生物上所學酶的知識，嘗試用生物活性酶——過氧化氫酶 （豬肝磨碎即可）來代替，也取得了明顯的實驗效果，使用這種催化劑不但可以提高催化效率，更重要的是對環(huán)境不會產生任何的污染［2］。

最后，要確定實驗目的不與綠色化學理念相沖突，要有明確的實驗產物，盡量降低副產物的產生。

2．2 以綠色化學為指導，在實驗過程中操作與實踐

在實驗過程中應以綠色化學理念為指導，在嚴格按照實驗要求完成實驗步驟的同時盡量做到綠色化。要在實踐中檢驗自身構想的可行性，通過實驗中的現象分析實驗成功或失敗的原因，詳細記錄相關數據及現象，同時也要嚴格遵守實驗操作要求，保障實驗安全順利進行。

在實驗操作中，要盡可能用少的藥品獲取最有效的實驗信息，構建藥品用量少、儀器容量小、基本無污染、實驗現象直觀明顯的化學實驗模式。同時，在取用對身體和環(huán)境有害的藥品時應盡量做好防護工作并且操作迅速準確；在加熱系統時選取合適的加熱方式，提高實驗效率降低實驗能耗；適當使用催化劑可縮短反應時間，并提高原料轉化率；當不可避免使用揮發(fā)性溶劑時盡量使用封閉式設備進行試驗，以減少其對環(huán)境的危害；對于實驗過程中產生的廢棄物，如廢氣、廢液和副產物不能隨意排放，對環(huán)境有污染的應采取適當方法進行吸收或采集。實驗時應注意安全，并養(yǎng)成實驗完后整理實驗器材及藥品的良好習慣。

2．3 以綠色化學為標準，在實驗結果中歸納與總結

實驗結束后整理實驗結果，總結實驗中遇到的問題及經驗。反思實驗過程中是否遵循了綠色化學的理念，思考對實驗的改進成功或失敗的原因。將自己實驗中總結的經驗和問題與同學及老師多交流，吸取他人的優(yōu)點進一步完善自身的實驗方案。根據實驗結果檢測初始設計的可行性、安全性和高效性。

2．4 以綠色化學為目標，在多媒體應用中實現

多媒體技術在實驗教學中的應用和發(fā)展，對保護自然資源，解決化學實驗的環(huán)境污染起著積極的作用。多媒體技術可以把操作條件要求苛刻的實驗、或設備復雜且反應速度慢的實驗、或常規(guī)實驗無法開展但又很重要的實驗，生動逼真表現出來，會取得較好的教學效果。比如可以用計算機三維動畫模擬電解飽和食鹽水的實驗產生氯氣的過程，讓學生從微觀的角度詮釋微粒的運動，并顯示兩極的變化，不僅可以收到比較好的實驗效果，還可減少氯氣對學生和環(huán)境的損害。

教師可以開發(fā)或利用界面友好、操作方便的仿真實驗室模擬軟件，實現化學實驗與計算機技術的有機結合。這樣既可以減少有毒有害試劑的使用，減少有毒的氣體或有毒廢液的排放，真正實現實驗綠色化，減輕實驗對環(huán)境的污染，也能寓教于樂，很好地再現實驗現象，并能培養(yǎng)學生的實驗設計能力，充分體現和滲透綠色化學的理念。

［1］李 紅．在化學教學中進行綠色化學教育的途徑 ［J］．考試周刊，2011，（21）：169-170．

［2］薛 瑩．STSE教育在中學化學實驗教學中的滲透 ［D］．蘇州：蘇州大學，2011．

［3］李德華：綠色化學化工導論 ［M］．北京：科學出版社，2005．

［4］宋曉嵐，詹益興．綠色化工技術與產品開發(fā) ［M］．北京：化學工業(yè)出版社，2005．

［5］單永奎．綠色化學的評估準則 ［M］．北京：中國石化出版社，2006．