綠色化學理念在高分子設計實驗中的體現

摘要:論述了綠色化學在高分子設計實驗中的應用，提出將科研和教學結合起來進行高分子設計實驗的教學，同時將培養學生綠色環保和可持續發展的意識貫穿實驗過程中。

關鍵詞:綠色化學;高分子;設計實驗

高分子化學是一門實用性和實驗性都很強的學科，是化學、化工、材料等專業必須修讀的基礎課程，與原有的四大化學并列，成為第五大化學。高分子材料已深入到人類生活和生產的每個角落。

高分子化學教學過程中發現，在實驗內容等方面存在一定的局限性和不足之處，其完善需要經歷一個不斷實踐和更新論證的過程。將高分子實驗課中聚合物的分子設計、合成、加工和測試等實驗內容有機結合，組成一門高分子科學實驗課程，是高分子教學改革的必然趨勢。

一、高分子設計實驗課開設的必要性

廊坊師范學院化學與材料科學學院材料化學專業的高分子化學實驗于2008年開設以來，由本專業教師在部分科研成果及其他院校高分子化學專業實驗教學資料和經驗的基礎上，對設計實驗的內容進行了設定。高分子設計實驗的開設，為學生專業實驗技能的培訓、動手能力的培養以及思維創造力的提高等方面起到了積極的促進作用。

設計性實驗是指給定實驗目的、要求和實驗條件，由學生自行設計實驗方案，并加以實現的實驗。設計性實驗有利于培養學生的實踐能力，提高學生探索新問題的興趣、研究問題的綜合能力。開設設計性實驗時，要注意緊緊圍繞學生的綜合能力、初步設計能力及創新意識培養這一目標，注意與課程設計、課外科技活動、集中的綜合訓練相結合。

傳統實驗在與理論教學的配合上，是教師根據教學的一般規律或實驗內容安排的，而不是學生根據各自學習中的需要或進一步探索的興趣所確定的，無法體現個性的發展。驗證性實驗一般是前人做過的，經過精簡提煉，專門為教學而設計的實驗，實驗沒有次要的實驗現象的干擾，這對學生今后從事科學研究和對新事物的探索非常不利。在高校中開設設計性實驗，營造培養學生創造性思維能力的環境是非常必要的，有利于提高學生的綜合素質和創新能力。

二、注意培養綠色環保和可持續發展意識

1.綠色化學的核心內容

綠色化學又稱環境無害化學或環境友好化學，是指設計和生產中，使用沒有或者盡可能小的產生環境副作用的化學品。綠色化學的核心內容主要體現在:第一是減量，即減少三廢排放;第二是重復使用，如催化劑、載體等;第三是回收，可以有效地實現省資源、少污染、減成本的要求;第四是再生，是節省資源、能源，減少污染的有效途徑;第五是拒用，如不用有毒副作用及污染嚴重的原料，這是杜絕污染的最根本方法。

開發新型的、可生物降解的高分子材料，解決“白色污染”問題;以及充分應用可再生資源，即:采用可再生資源做化學化工原料，是綠色化學的重要任務和方向。眾所周知，“白色污染”是當今社會的一大公害，塑料作為合成高分子材料，具有性能多樣、用途廣泛和價格優廉的優點，已成為人類生產和生活中不可缺少的一種材料。然而，廢棄塑料造成很大的環境污染。在實驗教學中，應注重強調高分子材料的環境同化，高分子材料的循環和再生技術，探索高分子材料與生態環境的相互影響，實現高分子材料與生態環境的和諧等內容。

2.綠色化學的重要指標

綠色化學的一個重要指標是原子利用率，其定義為:期望產品的摩爾質量占化學方程式中按計量所得物質的摩爾質量的比值。高分子材料的制備包括單體的合成，聚合物的合成及聚合物的加工，前兩步都有一個原子利用率的問題。要實現綠色化，只有在合成中提高原子利用率，才會真正減少廢物的生成。

綠色化學的理想是指:不使用有毒有害的物質，不產生有毒有害的廢棄物，不使用對環境有害的落后化學工藝。其目的是把現有的化學和化工生產的技術路線從“先污染，后治理”改為“從源頭上根除污染”。

3.開設小量、半微量實驗

有關綠色化學的教育才剛剛起步，國內大多數學校尚未涉足?，F有的化學實驗課程的教學內容難以體現綠色化學思想，不少實驗仍大量使用有毒有害藥品，產生大量的“三廢”，對微型化學實驗研究推廣不夠。

傳統的常量實驗藥品用量大，導致教學經費投入大、資源利用率低、環境污染嚴重等?？梢栽谀承嶒為_設小量、半微量實驗。這些小量、半微量實驗對學生實驗技能、實驗的準確性和精密度等都提出了更高的要求。

綠色環保和可持續發展已成為企業生產和發展必須考慮的因素。在設計專業實驗時，盡可能地采用專業、簡單高效的實驗路線，教師在講授時將其他生產過程和工藝進行對比，強調整個實驗過程的經濟性和環保效益，讓學生充分體會到增強環保意識和可持續發展對社會經濟發展的重要性。通過給學生灌輸環保和可持續發展的理念，為學生今后生產設計和研究開發等工作提供一個基本的思想準則。

三、將科研與實驗教學結合起來，開發應用型實驗

1.將廢舊高分子的綜合利用作為設計實驗內容

高分子化學是一門應用性很強的化學基礎學科，是材料化學專業的重要專業基礎課，對于材料化學專業的學生，學習高分子化學不僅要全面掌握高分子化學的理論知識，更重要的是要學會高分子的實驗方法以及在實際中的應用。我們從廢舊高分子的綜合利用出發，探討科研成果轉化為高分子設計實驗的研究與實踐。

廢舊高分子材料的綜合利用是綠色化學的重要組成部分，它將對減少環境污染具有重要的實際意義，同時又能獲得有價值的工業原料，對能源的再利用具有一定的意義。在我們的教學實踐中，在已經具備的課題組成員大量前期科研成果基礎上，對廢舊聚苯乙烯、廢舊有機玻璃、廢舊聚氨酯和聚酯進行再利用研究。設計實驗的內容包括對控制反應的幾個因素:升溫速度、溫度、催化劑種類與用量、反應時間等進行優選。這類設計實驗的開設使學生對綠色化學的概念有一個深入理解，使學生增強環保意識、掌握廢舊高分子材料的綜合利用方法，對從實際出發鍛煉自身科研能力有重要意義。

在高分子實驗教學中，適時引入“降解”這一高分子學科中的重要概念，并適當介紹高分子降解中的一些問題，如生物、光、輻射、熱、機械及化學等因素引起的降解規律，并介紹相關高分子的設計方法。也就是讓學生正面理解“聚合”的同時，也從反面理解了“降解與解聚”，這樣就形成了一個完整的教學體系。

2.將天然可降解高分子作為設計實驗內容

目前對付“白色污染”的方法一般是以填埋和焚燒為主，還有再生利用。再生利用的費用較高，難以推廣，最好的方法是開發能夠降解的環境友好材料。這種材料能夠在環境條件下分解成能納入自然生態循環的小分子物質。現在一般以淀粉、纖維素、甲殼素、殼聚糖等天然多糖為原料，采用共混或接枝等方法得到聚合物(如塑料)，這類制品可以生物降解，最終轉化為二氧化碳和水，納入生態良性循環。

高分子設計實驗中可以開發一些能聯系實際生活的應用型實驗，將教師的科研工作與實驗教學緊密聯系起來，體現出高分子科學實驗的實用價值，能強烈地激發學生的創造性。

基于此，在高分子設計實驗中我們增加了“從蝦殼蟹殼制備甲殼素和殼聚糖并用于工業廢水的凈化”，本設計實驗是從綠色高分子角度出發，將回收的蝦殼蟹殼經水洗、稀酸浸泡、稀堿浸泡等方法先制備甲殼素，然后用堿煮的方法將制得的甲殼素進行脫乙?；?，制備出殼聚糖初產品，再用沉淀法進行純化得殼聚糖純品。將殼聚糖純品分別進行脫乙酰度、平均分子量、灰份含量、水份含量的測定。將得到的甲殼素和殼聚糖用于工業廢水中重金屬離子和有機酸的吸附分離。

四、培養學生綠色化學思想和對高分子實驗的興趣

興趣是學習的最大動力，學生只有具有了學習興趣，才會主動花時間和精力鉆研所學的內容。目前，實驗課幾乎全部是程式化過程，教師總是先講解實驗原理、操作步驟、注意事項等，學生被動地聽，不去思考，機械地完成每一步操作，為實驗而實驗。實驗帶給學生的不是學習的興趣，更不用說培養思考能力和興趣了。因此，在課程實驗教學階段，通過質疑引思、舉例與聯想、歸納總結、啟發式教學等方法來實現開拓創新。

在高分子實驗教學中，只要深入探究，就會不斷發現新的方法和措施，使之向綠色環保的方向轉變，在使學生的理論與實踐結合起來的同時，讓學生體驗到為治理環境污染，還環境以綠色而做出的努力，使其感受到所學知識的重要性，激發做高分子科學實驗的興趣，把學生帶入到科學探索的情境中去，加強了綠色環保教育，同時提高了實驗教學的質量。

總之，將“綠色化學”滲透于高分子設計實驗中，符合化學化工發展的趨勢，并且使課程內容更豐富，學生的知識面得到擴展，學習興趣明顯提高，教學效果明顯改善。學生通過綠色化學知識和理念的滲透，樹立綠色意識，從人與自然和諧的關系出發，樹立現代教育中“綠色化學”新觀念。