高校實驗化學課程綠色化探索

韓亞杰+王秀花+武占省

摘要：實驗化學是化學教學的重要手段，對于素質(zhì)教育、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和動手能力具有不可替代的作用，是提高教學質(zhì)量的關(guān)鍵。文章針對實驗化學課程的特點，以綠色化學為導向，針對我校實驗化學教學中存在的一些問題，結(jié)合自身教學體會，從三個方面提出了相應(yīng)的措施。

關(guān)鍵詞：實驗化學；綠色化學；學生

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）35-0274-02

一、引言

化學是研究物理原子、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)、化學反應(yīng)及其規(guī)律和應(yīng)用的科學。簡單地說，化學就是分子的科學。不論是中學化學還是大學化學都一直非常重視化學實驗，實驗與理論的教學相輔相成，有些時候?qū)嶒炚n程尤顯重要。首先，學生在化學實驗室進行了技能訓練，在實驗過程中對課堂上學習的理論知識會加深理解，同時也會鞏固以前學習的知識點，培養(yǎng)學生細心、耐心觀察實驗現(xiàn)象并對實驗結(jié)果進行分析的能力。但我們認識到，化學實驗在帶給世界美好的同時對環(huán)境造成了污染，威脅著人類的健康。

二、綠色化學

綠色化學又稱清潔化學（Clean Chemistry）、環(huán)境無害化學（Environmentally Benign Chemistry）、環(huán)境友好化學（Environmentally Friendly Chemistry）。綠色化學產(chǎn)生于20世紀90年代，當時人們已經(jīng)認識到傳統(tǒng)化學工業(yè)對環(huán)境造成了污染，對人們的身體健康造成了嚴重威脅，從而提出綠色化學這一學科，學科的主旨思想是運用化學的原理和方法從源頭上減少和消除化學化工生產(chǎn)過程中對生態(tài)環(huán)境帶來的負面影響，減少或消除那些對環(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”這一術(shù)語已經(jīng)逐漸成為世界性的名詞，它的主要特點是原子經(jīng)濟性，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)物的每個原子，最終實現(xiàn)“零排放”，不但能夠充分利用各種資源，而且不產(chǎn)生污染。綠色化學遵循以下12項基本原則：（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)計化學反應(yīng)和過程，最大限度地提高原子經(jīng)濟性；（3）盡可能不使用、不產(chǎn)生對人類健康和環(huán)境有毒有害的物質(zhì)；（4）盡可能有效地設(shè)計功效卓著而又無毒無害的化學品；（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)濟效益的同時，盡可能使能耗最低；（7）技術(shù)和經(jīng)濟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)計功能終結(jié)后可降解為無害物質(zhì)的化學品；（11）應(yīng)發(fā)展實時分析方法，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物質(zhì)，最大程度地減少化學事故的發(fā)生。面對高速發(fā)展的科學技術(shù)和知識經(jīng)濟以及日趨嚴重的環(huán)境污染等問題，我國高校的教育模式和對人才的培養(yǎng)模式必須要做相應(yīng)的改變，由此更新教學陳舊的內(nèi)容和古板的教學手段成為教學改革的重要課題，綠色化學教育進入化學教育領(lǐng)域必然是一個值得思考和探索的問題。

三、實驗化學課程的綠色化

我校是一所綜合性大學，《實驗化學》是一年級學生學習《無機及分析化學》理論基礎(chǔ)課的實踐教學組成部分，涵蓋醫(yī)學院的檢驗專業(yè)，農(nóng)學院的種子科學專業(yè)、農(nóng)資專業(yè)、植保專業(yè)、林學專業(yè)、農(nóng)學專業(yè)、園藝專業(yè)，動科院的動科專業(yè)、動醫(yī)專業(yè)，食品學院的食質(zhì)專業(yè)、食品專業(yè)，生命科學學院的生科專業(yè)，等等，每學期選修的各專業(yè)學生總數(shù)超過800人。由于實驗化學的實驗項目廣，所用試劑繁多（有些實驗需要用到有毒試劑），因此必須將綠色化學的教育觀念融入到實際教學實驗中，才能加強教師和學生的環(huán)保意識。

（一）樹立綠色化教學理念

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

（二）實驗內(nèi)容的綠色化

我們要從根源上解決化學實驗的污染問題，必須抓牢抓住綠色化學這一門前沿學科，合理、有效地選擇實驗題目，需要做到以下幾點。

1.實驗項目的取舍應(yīng)以原子經(jīng)濟性為主要原則，即首先考慮化學反應(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，達到零排放（zero emission）。對于我校實驗化學課程里有機化學部分應(yīng)該優(yōu)先選擇原子經(jīng)濟性較高的內(nèi)容，比如康尼查羅反應(yīng)和Click反應(yīng)等，通過這些有機部分實驗的學習，也加深了學生對原子經(jīng)濟性的認識。

2.化學試劑：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的要求。

3.反應(yīng)溶劑：實驗內(nèi)容設(shè)置上應(yīng)本著與時俱進的思想，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、價廉、可循環(huán)的，但在實驗過程中應(yīng)當注意排放的廢水是否會造成新的、更嚴重的污染。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：盡量避免使用強酸、強堿類催化劑，在實驗化學教材中的酯化反應(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）實施綠色化教學手段

化學實驗屬于消耗性實驗，若改進實驗手段，對某些實驗采用網(wǎng)絡(luò)化、計算機輔助模擬以及觀看實驗錄像等方法，就會達到低碳、綠色、環(huán)保、開放的良好效果，可以從以下幾方面進行改進：（1）在學生做實驗的過程中，播放與本實驗有關(guān)的教學錄像，如滴定管、酸度計、分析天平的使用等，對于技術(shù)細節(jié)應(yīng)當近距離的播放。（2）建立虛擬實驗室替代真實實驗室完全不符合綠色化學的原則，但是目前沒有合適的替代方法來替換實驗內(nèi)容。

四、結(jié)語

化學實驗的綠色化已經(jīng)成為現(xiàn)在高校化學實驗的趨勢。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，我們應(yīng)當重新審視傳統(tǒng)的化學實驗，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)使用計算機與多媒體模擬仿真等現(xiàn)代化科技手段，實現(xiàn)實驗化學教學的綠色化。

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