綠色環保理念在“無機化學實驗”中的滲透研究

［摘 要］ “無機化學實驗”作為化學類第一門基礎實驗必修課程，其教學在很大程度上影響著學生專業能力、綜合能力的發展和正確的社會發展理念的形成。順應科技發展和環境保護協調可持續發展的政策要求，在“無機化學實驗”教學的過程中融入綠色環保理念的思政教育，不但能夠起到引導學生初步形成綠色化學環保理念的積極作用，而且還可以幫助學生培養相應的學科素養和創新思維，為學生將來發展成為應用型、創新型的綠色化學人才奠定良好基礎。以“銅、銀、鋅、鎘、汞”無機化學實驗教學為例，通過綠色環保理念在“無機化學實驗”教學中的靈活應用，探究將綠色環保理念滲透進“無機化學實驗”中對于高校培養具有深厚綠色理念和較強環保能力的高素質化學人才的意義。

［關鍵詞］ 綠色化學；無機化學實驗教學；環境保護；人才培養；創新思維

［基金項目］ 2022年度湖南省教改項目“新工科背景下‘無機化學實驗’課程思政建設實踐”（HNJG-2022-0553）

［作者簡介］ 彭 馨（1987—），女，內蒙古烏海人，工學博士，湖南師范大學化學化工學院副教授，碩士生導師，主要從事固廢資源化研究；陳湘萍（1987—），男，湖南常德人，工學博士，湖南師范大學化學化工學院教授，博士生導師（通信作者），主要從事綠色低碳技術研究；張漫波（1972—），女，湖南益陽人，理學博士，湖南師范大學化學化工學院副教授，碩士生導師，主要從事功能配合物的合成及性能研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）22-0105-04 ［收稿日期］ 2023-10-11

引言

“綠水青山就是金山銀山”，黨的十八大報告把生態文明建設擺在了經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設同等重要的位置，“五位一體”的戰略構想使生態文明建設成了評價社會發展的一個新尺度。自黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央把生態文明建設擺在全局工作的突出位置，綠色發展理念從提出到逐漸完善，已成為指導中國未來發展的五大理念之一，這一理念具有豐富的政治、經濟和社會內涵，適應時代發展趨勢［1］。

綠色化學在我國的提出順應了可持續發展戰略方針的要求，符合綠色環保理念，旨在降低維持人類生活水平所需的化學產品與科技發展過程中所使用與產生的有害化學物質。綠色化學的教育理念可以在高?；瘜W教學中培養學生可持續發展的大局觀。高校作為向社會輸送人才的培養皿，應該要通過對學生進行綠色化學環保理念的思政教育，為社會培養出大批“綠色化學人才”，從而減少社會工業生產生活中產生的化學污染，保護我國的生態環境，推動我國的科技和環境保護相協調持續發展。

實驗課程是對課堂教學的實踐?！盁o機化學實驗”則是所有化學相關專業大一新生進入大學以來最先接觸到的一門基礎實驗課程。作為一門實踐類課程，“無機化學實驗”能夠在無機化學課堂教學的基礎上進一步幫助學生形成嚴謹的科學態度、養成規范的實驗操作，并增強學生獨立實驗的動手能力、觀察能力，為學生進一步學習后續化學實踐類課程打下良好的基礎，所以“無機化學實驗”在大學化學中有著舉足輕重的地位［2-3］。而將綠色環保理念滲透進“無機化學實驗”教學，可以教育學生從實驗室實驗到化工廠生產過程中防治化學污染的重要性，教授學生從源頭上防治化學污染的方法，幫助學生初步形成綠色化學理念，承擔起保護環境的社會責任。綜上，將綠色環保理念滲透進“無機化學實驗”教學中可以培養學生多方面的化學學科素養［4-5］。

一、綠色環保理念在“無機化學實驗”中的滲透研究——以“銅、銀、鋅、鎘、汞元素實驗”為例

（一）聯系生活實際，讓綠色環保理念滲透課堂內外

以“銅、銀、鋅、鎘、汞”實驗教學為例。首先，在教學導入環節，利用國內外重金屬污染對自然環境和人類生活的惡劣影響的新聞案例進行導入，聯系學生在高中階段已學化學與環境相關知識，構成新舊知識沖突，提出重金屬污染對自然環境的破壞以及對日常生活的影響。通過提問引發學生從綠色化學的角度去思考如何解決重金屬污染問題，進一步激發學生保護環境的社會責任感以及對本節實驗課課堂知識學習的興趣。

其次，在本次實驗原理的教學中，教師通過對“銅、銀、鋅、鎘、汞”五種重金屬元素及其化合物性質的教學，教授學生利用這五種元素的性質回收處理相應重金屬離子的方法。并以此為啟發，讓學生自行總結其他元素及化合物回收和處理的方法。學生從解決重金屬污染問題出發，了解和研究解決其他化學污染的方法，加強學生自身的環保意識，進一步培養學生利用專業知識獨立解決實際問題的能力。

再次，在學生實驗操作結束后告訴學生廢液應規范集中回收，通過案例分析講解工業廢水未經處理直接排放對環境造成的危害，以工業廢水類比實驗室“三廢”，無機實驗廢液中大多含有重金屬離子，若直接倒入水槽或不加以處理會對自然環境造成污染。由此通過問題導向引導學生思考如何將廢液進行綠色化處理或如何實現資源循環利用。此環節學生將新知與舊知融會貫通解決問題，拓展思維，培養創新能力，樹立可持續發展觀念。

最后，通過給學生布置課后作業，讓學生借助文獻調研或者其他方式了解綠色化學的基本原則與化學污染的防治手段。例如，重金屬污染防治的方法，從源頭上遏制重金屬污染就是要對含有重金屬離子的實驗室廢水和工業廢水進行回收凈化處理等。再讓學生通過完成課外拓展練習，將已學綠色化學知識運用到解決生活實際問題當中，拓寬學生的專業視野，培養學生的專業認同感，順應化學發展的趨勢，將學生塑造成為綠色化學人才。

（二）實驗改良研究，讓綠色環保理念貫穿課堂

綠色化學旨在從源頭上消除化學污染，將治理環境由治標轉向治本。化學實驗是化學相關專業學生在實踐中檢驗理論準確性的必要途徑，卻也是造成環境污染、生態破壞的原因之一。根據綠色化學的要求，化學實驗要從源頭上減少或消除污染，應在改善實驗方法和實驗條件方面下功夫。在化學實驗過程中，常因操作失誤、副反應的產生、實驗條件控制不當等問題造成試劑使用的浪費，以及“三廢”排放的增加。因此，引導學生進行實驗改良，思索如何改善實驗方法和實驗條件，在幫助學生樹立綠色環保理念方面起著重要作用。

“無機化學實驗”不僅是高校學生的專業課程，也是“有機化學實驗”“分析化學實驗”等實驗課程的基礎實驗。其涉及大量重金屬、有毒物質、有害氣體，因此進行實驗改良研究顯得尤為必要。教師在講述完實驗原理、實驗步驟和實驗注意事項之后，以采用無汞鹽法測定鐵可以消除氯化汞對環境的污染、三價鐵離子在強酸性環境不沉淀而在弱酸性環境下沉淀等為例，表明實驗方法、實驗條件對實驗綠色化環?；兄匾绊?。由此拋出問題：在本次實驗中如何改善實驗方法、實驗條件來踐行綠色環保理念？然后通過師生互動、生生互動的形式來解決問題。學生們在與老師、與同學的思維碰撞過程中，交流了想法，打開了思維，培養了創新精神。

（三）改進教學方式，以綠色環保理念引領課堂

在實驗課堂教學前，教師將提前在實驗室錄制好的本次實驗相關的實驗操作視頻以及新儀器的使用操作視頻上傳至學習通線上教學平臺，讓學生通過學習通上的學習資源并結合無機化學實驗教材中的實驗原理進行課前預習。在實驗課堂教學中，教師利用現代教育技術手段，改進了過去教師口頭講授、演示為主的教學模式。例如，使用微視頻演示“銅、銀、鋅、鎘、汞”硫化物沉淀的轉移和洗滌實驗操作。微視頻的出現與使用，減少了教師在課堂上進行演示實驗的次數，也就減少了演示實驗過程中化學藥品的使用，尤其是對于一些毒性較強、難處理、可能造成嚴重環境污染的無機實驗，實現了綠色化改良。

在學生獨立進行實驗操作前，對于一些溶液的配制，如實驗中使用到的不同濃度氫氧化鈉溶液、鹽酸溶液以及飽和碘化鉀溶液等化學試劑的配制，教師可要求學生在正式動手進行實驗操作前，根據實驗操作內容計算同種濃度同一溶液所需溶液總體積，再根據濃度計算出所需物質的質量稍稍過量進行配置，這樣做可以在保證實驗成功的基礎上，最大程度地減少實驗藥品的使用量。不但可以減少實驗消耗的成本，而且還推進了實驗室綠色化的進程，同時也幫助學生養成了節約實驗藥品的良好習慣，為學生后續實驗課程的學習奠定了較好的行為基礎。

在實驗課堂教學結束后，鼓勵學生在課外學習并使用虛擬仿真實驗平臺，通過虛擬仿真實驗室重復練習無機實驗的一些基礎實驗操作和儀器的使用操作。虛擬仿真實驗室利用計算機模擬實驗，能夠減少一些造價高的實驗藥品或者有毒害的實驗藥品的使用，對于“銅、銀、鋅、鎘、汞”性質實驗以及其他容易產生化學污染的無機實驗來說，可以實現實驗室零污染零排放，推進綠色化學實驗室的建設。但是，利用虛擬仿真實驗平臺進行實驗教學還是一種新型教學模式，還不夠成熟。很多學生都是在大學學習中第一次接觸虛擬仿真實驗，虛擬仿真實驗以類似游戲的呈現形式，能夠增加學生使用虛擬仿真實驗平臺進行實驗的熱情和興趣。并且從另一方面來說，通過加強學生興趣，還能夠吸引更多有意向、有想法的學生加入虛擬仿真實驗教學項目，為項目提供新媒體技術人才和創新的設計方案，從而推進虛擬仿真實驗教學項目的發展，形成一個良性閉合回環，這對于加快綠色化實驗室的建設也是有積極影響的。

（四）規范基本操作，在課堂中實踐綠色環保理念

以“銅、銀、鋅、鎘、汞”實驗教學為例，該實驗作為一種現象明顯的性質實驗，教師在講解具體實驗操作步驟的教學過程中，強調各類試劑取用量在不影響實驗結果的基礎上應盡可能少。這樣不但可以節約化學藥品的使用，而且還減少了課后對含有重金屬離子的實驗廢水的處理量，從實驗室源頭上減少了化學污染的產生，在細微之處，培養學生綠色化學的環保理念。

除了對化學藥品的取用量嚴格要求以外，更重要的是規范學生實驗過程中的操作。例如，在本次實驗操作過程中的斐林試劑與葡萄糖溶液的反應，強調斐林試劑（氫氧化銅溶液）要隨配隨用。其次在斐林試劑的制備過程中，氫氧化鈉溶液要過量，在這種情況下就不能夠太過節約，避免因小失大，導致實驗失敗后不得不重新進行實驗造成更多的損失。還有就是銀鏡反應，盡管銀鏡反應實驗操作看上去簡單不復雜，學生在高中化學的學習中也已經有所接觸和了解，但是實際上要成功得到漂亮的銀鏡可一點兒也不簡單，尤其對于第一次親自動手操作，實驗經驗比較薄弱的大一新生。這時就需要教師對他們的操作進行規范和提醒。比如，銀鏡反應的試管要潔凈、加入氨水要適量，溶液混合后振蕩要快速且充分，除了這些以外最重要的是銀氨溶液只能現配現用，不能久置（一方面是為了節約藥品，另一方面是出于安全考慮，因為久置后溶液中會產生氮化銀、亞氨基化銀等爆炸性物質），所以考慮到安全與環保，銀氨溶液用多少配多少也是教師在教學過程中需要強調的。

最后，教師在實驗原理和操作講解結束后、學生獨立實驗開始前還應該對實驗過程中產生的實驗產物及化學廢液的處理進行規范。比如，銀鏡溶解后含銀離子的廢液單獨回收、有毒的含汞廢液收集到實驗室指定位置，再根據“三廢”處理原則，由實驗室集中處理。防止污染物從實驗室流入自然環境造成化學污染，讓學生從污染后再治理的理念向從源頭上消除污染源的綠色化學理念進行轉化。

（五）倡導多元評價，讓綠色環保理念深入人心

建立由基礎考核、過程考核、期末考核“三位一體”的考核評價體系。改變以往實驗教學評價考核以考勤和實驗課操作考核為標準的單一評價模式，例如在考核評價標準中補充對學生課前預習和課外拓展作業完成情況的評價。課外拓展作業是課堂教學的延伸，一般是將專業知識與社會實際問題掛鉤。因此，學生通過完成教師布置的課外拓展任務能夠拓寬自己的專業視野、鞏固自己的專業知識、提升相應的專業能力，培養了學生的專業認同感和社會責任感以及解決實際問題的能力。

將基礎考核、過程考核、期末考核相結合對學生實驗課程的學習進行評價，避免因為一次實驗操作不完美等客觀因素對學生最終成績造成較大影響，從而打擊學生后續實驗操作類課程學習的興趣和自信。這樣的考核體系雖然在一定程度上增加了教師的工作量，但從學生長遠的發展來看，能夠讓學生學習由被動轉化為主動，養成實驗前預習、實驗中細心、實驗后進行課外拓展學習的好習慣，同時滿足了“綠色化學”的要求。

二、結論與展望

在科技發展和環境保護并重的今天，綠色化學教育是培養學生綠色環保理念、可持續發展觀的重要一環。尤其是對于化學類相關專業的學生而言，將綠色化學環保理念融入實驗課堂教學當中，能夠增強學生的社會責任感和專業認同感，提升學生的綠色環保意識。在高?；瘜W教學中播種的綠色化學理念的種子在未來將會隨著學生們進入社會的各行各業并生根發芽，推動化學及相關產業的綠色化發展。除此之外，在實驗教學中融入綠色化學的環保理念還能夠幫助培養學生成為應用型、創新型綠色化學人才，也是當前培養高素質化學人才重要的一環?；诒敬窝芯砍晒?，教師可以通過在設計的教學內容中融入相關綠色化學的思政教育；在教學過程中使用綠色環保的教學方法并鼓勵學生進行綠色化創新實驗等方式，將綠色環保理念滲透入化學教學當中，培養學生相應的科學素養和科研能力，為學生未來的專業發展奠定良好的基礎（包括但不限于大學化學教學，初高中化學教學同樣使用）。

參考文獻

［1］徐行，陳曉辰.黨的十八大以來綠色發展理念的提出與初步實踐［C］//天津市社會科學界聯合會.發揮社會科學作用 促進天津改革發展：天津市社會科學界第十二屆學術年會優秀論文集（下）.南開大學周恩來政府管理學院，2017：6.

［2］黃劍平，石曉明，谷惠文.綠色化學理念下的無機及分析化學實驗教學［J］.化工時刊，2022，36（2）：51-52.

［3］高豐琴，馬占營，張引莉，等.綠色化學理念在無機實驗基本操作教學中的應用［J］.教書育人（高教論壇），2020（27）：86-87.

［4］蘭青，靳素娟，孫瑞雪，等.無機化學實驗在應用型人才培養下的改革研究［J］.廣州化工，2021，49（5）：148-149.

［5］劉利.虛擬仿真技術視角下無機化學實驗教學的創新［J］.化工管理，2021（4）：21-22.