大學基礎化學實驗綠色化探索

劉二東

(曲阜師范大學 化學與化工學院，山東 曲阜 273100)

“科教興國”是我國一直執行的一項基本國策，經過多年的發展我國高校的規模越來越大，大學生的數量越來越多[1]。很多專業院校都需要開設化學相關課程，比如化工、生物、醫藥、農林等專業都需要學習一些化學知識。隨著學習化學課程學生數量的大幅度增加，化學實驗中藥品消耗越來越多，帶來的環境污染越來越嚴重。某些大學的化學實驗室，距離很遠都能聞到刺鼻的藥品氣味，這一特點甚至成了學生辨別實驗室位置的工具，可見化學實驗帶來的環境污染問題已經相當嚴重亟待解決。化學是現代科學體系中的一門基礎學科，在社會生活的很多行業和領域，化學都有著重要作用。在專業院校中開始化學課程，可以豐富學生的知識體系，提高科學研究的素質和加強專業技能。化學實驗是化學教學體系中的重要組成部分，尤其當今重視實施素質教育和創新教育，大學院校普遍加大了實驗教學內容[2]。在實驗課中，高校大學生通過對實驗現象的觀察，可以加深對化學反應的理解和提高對化學原理的掌握。然而，開設化學實驗課由于要用到一些化學藥品和產生化學反應，因此實質上來說實驗課有兩面性: 在豐富了學生知識的同時，會對環境產生一定的破壞。和化學工廠相比，化學教學實驗雖然污染物排放量不大，但是多次累積聚少成多，其造成的污染不容忽視。

為了解決實驗教學中的污染問題，綠色化學實驗的理念在這些年逐步興起。綠色化學也叫做“環境友好化學”，通過名字可以知道綠色化學是為了保護環境改善環境而提出的[3]。“綠色化學”提法第一次出現在20世紀90年代的美國。以后美國通過多種政策推廣此戰略，世界上其他一些國家也開始效仿推廣綠色化學。綠色化學很快發展成為一個世界性重要研究課題。綠色化學的核心理念是不要等已經環境污染了再治理，而是從源頭入手盡量減少或避免出現污染環境問題[4]。綠色化學的重點可以總結為5R，即Reduction、Reuse、Recycling、Regeneration、Rejection五個方面。綠色化學通過減少用量、重復利用、再循環、再生、拒用危害品五個途徑來達到避免環境污染和保護環境的目的。在我國清華大學最先提出綠色化學實驗教學理念，之后許多大專院校相繼著手對化學實驗課程進行綠色化改造。經過多年的研究與探索，我國高校在化學實驗教學綠色化方面已經取得了很大的進步。

1 化學實驗教學綠色化的必要性

現代社會是以經濟發展為特色的時代，隨著經濟不斷進步貧富差距問題逐步顯現，社會的壓力使經濟效益成為人們極度重視的問題。一些地方為了追求經濟效益，盲目的擴大工業規模。不斷擴大的工廠特別是化學相關行業，產生了大量的廢棄物排放。一些工廠污染物排放控制不當，造成了巨大的環境污染。中國在社會經濟的發展過程中很早就注意到了這個問題。堅持綠水青山就是金山銀山成為中國生態文明建設的指導思想。為了建設美麗的中國環境生態，全體社會都應貢獻自己的力量，高等院校作為社會精英薈萃的地方更應該為生態文明建設作出表率[5]。化學實驗教學廢棄物排放量雖然不大，但是對環境的影響也不能忽視。在化學實驗的教學過程中，實驗活動應該減少對資源的浪費，使實驗廢棄物排放對環境的污染最低，達到教學目標、環境保護和社會發展的統一。

化學是現代自然科學體系中的一門基礎學科，它的發展對提高人類社會的進步做出了巨大的貢獻，已被公認為支持未來社會發展的重要科學。讓學生掌握豐富的化學知識和一定的化學技能是化學和化學相關專業教學的重要目的。化學是一門以實驗為基礎的學科，為了達到教學目的，除了理論課教學之外大量的實驗鍛煉是必不可少的。對于當今的化學教學，除了知識和技能的培養外，正確的觀念也是應當重視的[6]。在整個教學設計和教學過程中，應該加強對學生綠色化學觀念的培養。化學實驗教師應該讓學生知道，人類社會的發展不能以破壞生態環境為代價。學生進行實驗操作，應該了解實驗注意事項，知道相關化學試劑的毒性和環保影響。學生樹立了綠色實驗觀念，在實驗過程中就會自覺的注意相關操作，對于實驗廢棄物也會正確的排放和回收。除了課堂上時間之外，在工作生活中，正確的觀念也會促使學生注意保護環境，為踐行科學發展觀做貢獻。

2 化學實驗教學綠色化的途徑

2.1 加強實驗管理和配套服務

化學實驗教學的綠色化是一個系統工程，單憑教師和學生做好是不能將實驗綠色化工作徹底和完美完成的。為了實驗教學綠色化開展，首先應該做好實驗教學的配套服務和管理工作。有的化學實驗室根本沒有配備實驗廢液廢渣的回收設施，那么學生做化學實驗產生化學廢液只能倒入下水道，產生化學廢渣只能倒入垃圾桶，如果化學廢棄物有毒，那么就會造成環境污染。近年來部分化學實驗室意識到這個問題，開始在實驗室配備專門的化學廢液廢渣回收設施，化學實驗產生的液體固體廢棄物就不會進入下水道和生活垃圾中，這樣就為化學廢棄物的處理提供了有力的基礎保障。化學實驗廢棄物經過適當的處理，就不會對環境造成污染。做好實驗室的配套措施后，還要加強管理。對于化學實驗室要制定詳細使用制度和廢棄物排放要求，使用實驗室的人員都要遵守相關制度，這樣才能保證實驗室的正常運行。

2.2 改進實驗教學方法和技術

隨著科學技術的不斷發展，計算機網絡技術和人工智能技術已經極大的改變了人們的生活，在化學實驗教學中虛擬仿真實驗也得到了大量的應用。化學仿真實驗通過計算機程序模仿傳統實驗的化學反應關系，以三維動畫形式展現實驗現象。虛擬仿真實驗是實驗教學技術的一項重大革新，是化學實驗綠色化的一個重要手段。在虛擬仿真實驗室中，學生仍然可以觀察到實驗現象，同時也可以親自操作。就是說，學生通過虛擬仿真實驗同樣可以學到實驗知識和部分技能。但是虛擬仿真實驗并不需要真正用到化學試劑，也不會真的有化學產品產生，從這個方面看，虛擬仿真實驗對環境是零污染的。虛擬仿真實驗的另外一個好處是成本非常低，如果學生一次沒有掌握，很容易大量重復的練習并且不消耗化學藥品。對于一些污染過于嚴重或者危險過大的實驗，傳統實驗教學一般不會開展。利用虛擬仿真技術，就可以開展這些實驗，增加學生的知識和技術。

2.3 優化實驗教學內容

基礎化學在很多行業都要用到，因此很多大學專業都需要開設化學實驗課程。參與化學實驗學習的學生多，每學期開設的實驗課程多，所需要的化學試劑種類多數量大，實驗產生的廢棄物五花八門且部分污染性強。大學化學實驗具有嚴格的“量”的概念，如果某個數量錯誤就容易導致實驗失敗。由于實驗內容要求嚴格，近幾十年來化學實驗教材很少有大的改變。長期以來，學生做化學實驗時，也是按教材進行操作。為了加強環境保護，貫徹科學發展觀，新時代的化學實驗應該符合綠色化要求。對于一個化學教學實驗可能有多種實驗方法可供選 擇，應當首先選擇那些對環境沒有污染的方法。在制定教學方案時,在不影響教學質量的前提下,盡量選擇化學毒性小、廢棄物少的實驗。教師還可以嘗試把廢棄物處理加入到實驗中,選擇合適的廢棄物處理方案,讓學生參與廢棄物處理的過程。這樣不但減少了污染物排放,還能提高學生的環保意識和動手能力。

3 結語

21世紀的人類社會是科技高度發展文明程度非常先進的時代。未來人類社會應該走可持續發展的道路，不能夠為了一時的利益而破壞生態環境。綠色化實驗教學提升了高等教育的質量，同時也加大了對實驗教師的要求。化學實驗教師應以高度的責任感和極大的熱情投身于綠色實驗教學的發展中，培養學生建立綠色化學的意識，促進學生綜合素質提高，為國家和社會的科學發展做出偉大的貢獻。