民族院校中有機(jī)化學(xué)教學(xué)綠色化模式的改革與實(shí)踐

陳 玉，羅冬冬，李 云

（中南民族大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074）

民族院校中有機(jī)化學(xué)教學(xué)綠色化模式的改革與實(shí)踐

陳 玉，羅冬冬，李 云

（中南民族大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074）

《有機(jī)化學(xué)》和《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》是我校多個(gè)理科學(xué)院多個(gè)本科專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，綠色化學(xué)作為有機(jī)化學(xué)的一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容，應(yīng)該體現(xiàn)在其教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革中。結(jié)合本校實(shí)際，對(duì)基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)綠色化模式進(jìn)行了改革和思考。

綠色化學(xué)；有機(jī)化學(xué)；有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)

我校是少數(shù)民族高等院校，絕大部分學(xué)生來自于偏遠(yuǎn)少數(shù)民族地區(qū)，為少數(shù)民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)、文化、教育、科技的可持續(xù)性發(fā)展培養(yǎng)優(yōu)秀人才是學(xué)校的光榮使命。進(jìn)入21世紀(jì)后，高等教育的培養(yǎng)目標(biāo)已不再是單純的專業(yè)技術(shù)人才，而是要有高度的社會(huì)責(zé)任感、優(yōu)秀的專業(yè)技術(shù)素質(zhì)、較高的環(huán)境意識(shí)、能把問題放在社會(huì)環(huán)境中綜合考慮的高素質(zhì)人才?！队袡C(jī)化學(xué)》和《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》是我?；瘜W(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、生科院和藥學(xué)院三個(gè)學(xué)院多個(gè)本科專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，其重要性毋庸置疑。有機(jī)化學(xué)理論知識(shí)的系統(tǒng)掌握和有機(jī)實(shí)驗(yàn)技能的提高將為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，綠色化學(xué)教育作為有機(jī)化學(xué)的一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容，應(yīng)該體現(xiàn)在它的教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革中。用綠色化模式對(duì)傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)教學(xué)進(jìn)行改革，在教學(xué)中滲透綠色化學(xué)思想既能提高有機(jī)化學(xué)教學(xué)效果，也有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)其創(chuàng)造力，增強(qiáng)他們的環(huán)保意識(shí)，使他們畢業(yè)后能更好地為民族地區(qū)的發(fā)展服務(wù)。我們有機(jī)教研室近年來承擔(dān)

了本校三院多個(gè)專業(yè)的所有有機(jī)化學(xué)及實(shí)驗(yàn)的教學(xué)工作，在教學(xué)實(shí)踐中結(jié)合學(xué)生自身特點(diǎn)和各個(gè)專業(yè)需要，對(duì)傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)進(jìn)行綠色化模式的改革，取得了良好的教學(xué)效果。

一、有機(jī)理論教學(xué)內(nèi)容綠色化模式的探討

把綠色化學(xué)的理念貫穿于有機(jī)化學(xué)教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)了綠色化學(xué)的新內(nèi)容和新成果。教師在理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面，讓學(xué)生了解綠色化學(xué)，樹立起綠色意識(shí)。有機(jī)化學(xué)的教學(xué)要盡可能地反映時(shí)代發(fā)展的特色，進(jìn)入21世紀(jì)后為保護(hù)人類生存環(huán)境的需要，綠色化學(xué)技術(shù)已成為當(dāng)前有機(jī)化學(xué)的熱點(diǎn)和前沿之一，其研究?jī)?nèi)容涉及再生的原料、溶劑、催化劑、試劑、設(shè)計(jì)安全的化學(xué)品及綠色合成方法等，因此在有機(jī)化學(xué)理論教學(xué)過程中有必要結(jié)合講授內(nèi)容適時(shí)地增加環(huán)境保護(hù)、綠色化學(xué)方面的知識(shí)以適應(yīng)新世紀(jì)的要求。針對(duì)近年來基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)教學(xué)學(xué)時(shí)縮短的背景（如我校化學(xué)專業(yè)有機(jī)化學(xué)從108學(xué)時(shí)縮短至96學(xué)時(shí)，有機(jī)實(shí)驗(yàn)從72學(xué)時(shí)縮短至60學(xué)時(shí)），在有機(jī)化學(xué)理論課的教學(xué)中全方位多視角地講授綠色化學(xué)已不太現(xiàn)實(shí)，我們的策略是在滿足有機(jī)化學(xué)教學(xué)的基本前提下，將綠色化學(xué)的內(nèi)容有機(jī)地融入到傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容中，涉及綠色化學(xué)方面知識(shí)及時(shí)地進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹R(shí)更新和思維的拓展，教學(xué)時(shí)間比較靈活，多則5～8分鐘，少則2分鐘，不會(huì)對(duì)原本緊張的教學(xué)時(shí)間造成沖擊，還能使課程內(nèi)容豐富具有活力[1]。我校化學(xué)專業(yè)有機(jī)化學(xué)所用教材是胡宏紋院士編寫的《有機(jī)化學(xué)》（第三版），我們?cè)谥v到鹵代烷時(shí)會(huì)引出制冷劑氟里昂在光照條件下會(huì)破壞大氣層中的臭氧平衡的實(shí)例，如果失去臭氧層的保護(hù)，照射到地面的太陽光紫外線增強(qiáng)，其中波長(zhǎng)為240～329納米的紫外線對(duì)生物細(xì)胞具有很強(qiáng)的殺傷作用，對(duì)生物圈中的生態(tài)系統(tǒng)和各種生物，包括人類，都會(huì)產(chǎn)生不利的影響，因此生成綠色環(huán)保的制冷劑是勢(shì)在必行的。在講解Diels-Alder反應(yīng)的特點(diǎn)時(shí)，讓學(xué)生了解到該反應(yīng)不僅產(chǎn)率高，而且其原子利用率達(dá)到了100%，無廢棄物生成，符合綠色化學(xué)的要求是合成環(huán)狀化合物的重要方法之一，進(jìn)一步引申除了D-A等加成反應(yīng)外，重排反應(yīng)的原子利用率也能達(dá)到了100%，另外取代反應(yīng)、消除反應(yīng)也是符合原子經(jīng)濟(jì)性原則的有機(jī)反應(yīng)。在芳烴的講授中我們會(huì)告誡學(xué)生汽車的尾氣及香煙燃燒的煙霧中都含有致癌作用的稠環(huán)芳烴苯并芘，含多鹵代芳烴的農(nóng)藥，除草劑在自然環(huán)境中難降解，毒性大，長(zhǎng)期使用會(huì)對(duì)環(huán)境和生態(tài)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響，倡導(dǎo)學(xué)生選擇綠色生活方式，樹立綠色環(huán)境意識(shí)，做到人與自然和諧共處。由于綠色化學(xué)的內(nèi)容包含化學(xué)及其相關(guān)學(xué)科先進(jìn)的思想理念和新穎的科技成果，教師通過這種在恰當(dāng)?shù)闹R(shí)點(diǎn)中滲透綠色化學(xué)的模式，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。

二、有機(jī)實(shí)驗(yàn)綠色化模式的探討

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維、動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)起著重要作用，但大部分有機(jī)實(shí)驗(yàn)都會(huì)產(chǎn)生污染，這些污染主要是實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的一些有臭味有毒或有腐蝕性的副產(chǎn)物、反應(yīng)中需要使用的部分有毒的試劑和溶劑、反應(yīng)結(jié)束后對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行后處理時(shí)產(chǎn)生的污染物等。對(duì)這些污染物處理不當(dāng)，常常會(huì)使有機(jī)實(shí)驗(yàn)室甚至整層樓中充滿了有刺激性氣味的有毒性氣體，毒害師生的健康，污染環(huán)境，這就要求教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中既要科學(xué)、直觀地展示實(shí)驗(yàn)所要達(dá)到的目的，又要盡量減少實(shí)驗(yàn)過程中有毒試劑的用量，提高試劑的利用效率，減少對(duì)環(huán)境的污染[2，3]。針對(duì)這些問題，筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)在結(jié)合本校實(shí)際情況對(duì)有機(jī)實(shí)驗(yàn)的綠色化模式進(jìn)行了一些有益的探索和實(shí)踐，取得了良好的效果，現(xiàn)將這些探索和實(shí)踐總結(jié)如下。

1.有機(jī)實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)綠色化。有機(jī)實(shí)驗(yàn)要體現(xiàn)基礎(chǔ)與前沿、經(jīng)典與現(xiàn)代的有機(jī)結(jié)合；改造傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法，加強(qiáng)綜合性、設(shè)計(jì)性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，為了使學(xué)生在接受部分綠色化學(xué)理論的同時(shí)掌握綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能，培養(yǎng)綠色化學(xué)情感，2010年羅冬冬老師主編的《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》化學(xué)工業(yè)出版社正式出版并選做為我校三個(gè)學(xué)院多個(gè)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教材。教材自始至終貫穿著綠色化學(xué)的理念，精心選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，優(yōu)選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，刪去部分對(duì)師生健康影響大、對(duì)環(huán)境毒害大、對(duì)有機(jī)實(shí)驗(yàn)基本操作訓(xùn)練作用較小的制備實(shí)驗(yàn)，對(duì)一些污染大的合成制備實(shí)驗(yàn)選擇以水或離子性溶液等可重復(fù)再生型的溶劑進(jìn)行制備，引入微波輔助加熱等新技術(shù)或新的合成路線，教材采用微量及半微量實(shí)驗(yàn)，新型的微量及半微量實(shí)驗(yàn)試劑的用量比傳統(tǒng)的有機(jī)實(shí)驗(yàn)的試劑用量減半甚至更多，這樣在保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的前提下，不僅可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)用的試劑、降低實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、縮短實(shí)驗(yàn)所需的反應(yīng)時(shí)間，還減少了污染物質(zhì)的排放，更加降低了治理污染的難度。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富且綠色化，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不僅包含傳統(tǒng)的有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)，也有部分天然產(chǎn)物的提取和分離實(shí)驗(yàn)[4]。

2.實(shí)驗(yàn)規(guī)劃綠色化。我們?cè)趯W(xué)生單人單組進(jìn)行有機(jī)實(shí)驗(yàn)，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對(duì)有機(jī)實(shí)驗(yàn)整體規(guī)劃，在積極開展微量或半微量實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)，合理規(guī)劃有機(jī)實(shí)驗(yàn)順序，盡量做到從簡(jiǎn)單合成向系列化多步合成過渡，使合成產(chǎn)物循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)零排放。例如我們?cè)诘谝粚W(xué)期的合成實(shí)驗(yàn)中合成的苯甲酸乙酯經(jīng)無水處理后可以作為原料用于下學(xué)期的三苯基甲醇的合成實(shí)驗(yàn)中，高年級(jí)學(xué)生合成的產(chǎn)物乙酰苯胺可以作為低年級(jí)學(xué)生練習(xí)重結(jié)晶操作的原料，正溴丁烷作為烷基化試劑用于化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)中。

3.實(shí)驗(yàn)過程綠色化。反應(yīng)條件如反應(yīng)溫度、試劑、溶劑或某些反應(yīng)中帶水劑的選擇是實(shí)驗(yàn)過程是否達(dá)到綠色化的關(guān)鍵之一。如在正溴丁烷的合成實(shí)驗(yàn)中回流時(shí)溫度過高會(huì)使正丁醇炭化，正溴丁烷產(chǎn)率降低，還會(huì)增加污染環(huán)境的酸性尾氣二氧化硫，單質(zhì)溴和溴化氫的生成，需要學(xué)生通過調(diào)節(jié)電壓控制回流速度以1～2滴/秒，以避免產(chǎn)生大量酸性尾氣；反應(yīng)結(jié)束后還要冷卻5～10分鐘后才能關(guān)掉冷凝水管拆去尾氣吸收裝置。在國(guó)內(nèi)大多數(shù)有機(jī)實(shí)驗(yàn)教材中環(huán)己酮的制備是通過重鉻酸鉀的硫酸溶液氧化環(huán)己醇而得，這種方法中硫酸用量較大，生成的鉻離子污染環(huán)境，后處理煩瑣，蘇州大學(xué)郭曉稚等報(bào)道了用綠色氧化劑H2O2代替鉻酸制備環(huán)己酮的方法[5]；苯甲酸乙酯的合成中使用的帶水劑是苯，由于苯的毒性較大，有文獻(xiàn)[6]報(bào)道了其合成的改進(jìn)方法用環(huán)己烷代替致癌帶水劑苯，可以采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)教學(xué)法分別用鉻酸、苯等傳統(tǒng)氧化劑、帶水劑和H2O2、環(huán)己烷等綠色試劑來合成環(huán)己酮和苯甲酸乙酯，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中能直觀感受到這些方法的本質(zhì)區(qū)別，通過相互交流，加強(qiáng)對(duì)綠色化學(xué)理念的理解。實(shí)驗(yàn)過程綠色化的另一個(gè)重要方面是對(duì)實(shí)驗(yàn)廢棄物的妥善處理，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的廢棄物主要是實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的一些有臭味有毒或有腐蝕性的副產(chǎn)物、反應(yīng)結(jié)束后對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行后處理時(shí)產(chǎn)生的污染物等，我們的方

法是學(xué)生能自己處理的廢棄物就讓其自行處理后排放，不能自己處理的就收集與表明成分的廢液桶中集中處理，如在正溴丁烷的制備中吸收尾氣的氫氧化鈉溶液就可以中和洗滌正溴丁烷中雜質(zhì)的濃硫酸。有機(jī)溶劑如苯、乙醚、乙醇等則分別回收到指定容器中，經(jīng)重新蒸餾純化后可重新使用，這樣既可以培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)思想，還可以節(jié)約資源，減少化學(xué)品的排放。

綠色化學(xué)的基本思想是利用一系列原理來降低或消除化工產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及應(yīng)用中有害物質(zhì)的使用和產(chǎn)生的科學(xué)。綠色化學(xué)理念體現(xiàn)了現(xiàn)代化學(xué)理論與社會(huì)的相互聯(lián)系，從綠色化學(xué)的角度審視傳統(tǒng)的有機(jī)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，給基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革，更新教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)來提高有機(jī)化學(xué)教學(xué)效果提供了切入點(diǎn)。我們要用節(jié)約能源和防治污染的觀點(diǎn)去重新審視和改革傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，把綠色化學(xué)和原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)的理念引入到有機(jī)化學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，改變傳統(tǒng)的教學(xué)和實(shí)踐脫節(jié)的困境，培養(yǎng)學(xué)生愛護(hù)資源保護(hù)環(huán)境的意識(shí)，最終從源頭上解決環(huán)境與生態(tài)的困境，可以達(dá)到提高有機(jī)化學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量的目的，為經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的民族地區(qū)輸送德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)人才，為少數(shù)民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做貢獻(xiàn)。

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G642.0

A

1674-9324（2014）13-0049-03

2012年湖北省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目（JYS12009）；中南民族大學(xué)國(guó)家級(jí)民族藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心資助。

陳玉（1970-），女，湖北建始人，博士，副教授，主要從事有機(jī)化學(xué)教學(xué)與研究。