高校化學(xué)實驗教學(xué)中融入綠色化學(xué)理念的思考

金 凱 （長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

綠色化學(xué)又稱 “環(huán)境友好化學(xué)”、“環(huán)境無害化學(xué)”、“清潔化學(xué)”［1-2］。實現(xiàn)綠色化學(xué)是21世紀化學(xué)科學(xué)研究的重要方向之一，它對環(huán)境保護及社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義，是環(huán)境保護的必經(jīng)之路［3-5］。面對環(huán)境和資源的現(xiàn)狀，加強高校關(guān)于綠色化學(xué)的教育，不僅是全面實施素質(zhì)教育，提高大學(xué)生的環(huán)保意識，促進學(xué)生全面發(fā)展的需要，更是科技進步、社會發(fā)展的需要，對于促進人與自然的和諧發(fā)展，建設(shè)美麗中國具有重要的現(xiàn)實意義。

綠色化學(xué)的根本目標就是從節(jié)約能源和防止污染的觀點來重新審視和改革整個化學(xué)和化工領(lǐng)域，在化學(xué)研究和化工生產(chǎn)過程中不再使用有毒、有害物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物。其最大特點是在始端就采用預(yù)防污染的科學(xué)手段，以保證過程和終端均為零排放或零污染。

1 高校化學(xué)實驗教學(xué)中融入綠色化學(xué)理念的必要性

21世紀是 “綠色世紀”，可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為人類社會發(fā)展的主題。發(fā)展綠色化學(xué)已成為當(dāng)今社會在節(jié)約能源、防治污染、保障人類健康與安全等方面的迫切需要。實驗教學(xué)是高校教學(xué)活動的重要組成部分，對于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能、提高學(xué)生綜合素質(zhì)起著重要作用。因此，將綠色化學(xué)理念融入高校化學(xué)實驗教學(xué)之中顯得非常必要。

第一，解決高校化學(xué)實驗教學(xué)中存在的師生環(huán)保意識不夠、節(jié)約意識不強和實驗教學(xué)過程粗放等問題需要融入綠色化學(xué)的理念。運用綠色化學(xué)的理念分析高校化學(xué)實驗教學(xué)，發(fā)現(xiàn)其中還存在許多問題，表現(xiàn)在：教材較少提及 “綠色化學(xué)”這一概念，造成學(xué)生對于綠色化學(xué)理念學(xué)習(xí)不夠系統(tǒng)，對其理解不夠；教學(xué)手段與方法落后，不能適應(yīng)開設(shè)綠色化學(xué)實驗的要求；教學(xué)投入不足，實驗設(shè)備陳舊，不能滿足綠色化學(xué)實驗的要求；師生環(huán)保意識、節(jié)約意識有待加強，實驗教學(xué)過程粗放等等。要解決這些問題，只有在化學(xué)實驗教學(xué)中融入綠色化學(xué)的理念，才能更新教學(xué)理念，從實驗指導(dǎo)思想、實驗內(nèi)容選擇、實驗儀器研制、實驗裝置和步驟的設(shè)計等方面入手，提高化學(xué)實驗教學(xué)的質(zhì)量。

第二，實現(xiàn)高素質(zhì)的人才的培養(yǎng)目標需要融入綠色化學(xué)的理念。培養(yǎng)高素質(zhì)的專門人才是高校教學(xué)的根本目標。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注人類發(fā)展所面臨的與環(huán)境化學(xué)相關(guān)的社會問題，讓學(xué)生體會綠色化學(xué)對提高生活質(zhì)量和保護環(huán)境的積極作用，提高學(xué)生運用化學(xué)知識解決有關(guān)問題的能力是高校化學(xué)實驗教學(xué)的重要任務(wù)。要完成這些重要任務(wù)，實現(xiàn)培養(yǎng)目標，就應(yīng)該讓大學(xué)生具有綠色化學(xué)的理念，掌握綠色化學(xué)知識，為實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

第三，適應(yīng)社會對高校的新要求需要融入綠色化學(xué)的理念。為了保證未來經(jīng)濟與社會的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，我國也十分重視綠色化學(xué)方面的研究工作，社會對高校在綠色化學(xué)的研究與實驗方面提出了越來越高的要求。因此，必須在高校實施綠色化學(xué)教學(xué)，讓師生了解綠色化學(xué)對于人類及其賴以生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的重要性的認識，將綠色化學(xué)的思想貫穿于化學(xué)教學(xué)的全過程。

2 高校化學(xué)實驗教學(xué)中融入綠色化學(xué)理念的措施

高校化學(xué)實驗教學(xué)一般包括實驗預(yù)習(xí)、實驗操作、實驗總結(jié)等幾個環(huán)節(jié)，由實驗指導(dǎo)教師、實驗員、學(xué)生共同參與完成。為保證綠色化學(xué)理念的貫徹落實，實驗指導(dǎo)教師要在化學(xué)實驗教學(xué)全過程中注重對綠色化學(xué)理念的灌輸和引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生對綠色化學(xué)的興趣，加強綠色環(huán)保意識的教育，把保護環(huán)境的知識和意識一點一滴地滲透到教學(xué)中，通過系統(tǒng)的化學(xué)實驗教學(xué)讓學(xué)生明確的了解到綠色化學(xué)的內(nèi)容及重要性。

2．1 樹立綠色化學(xué)理念，在實驗準備中體會與改進

實驗的第一步就是實驗預(yù)習(xí)，實驗預(yù)習(xí)要求學(xué)生對實驗原理、實驗方法、實驗?zāi)康暮蛯嶒瀮?nèi)容有所了解。在此過程中可引導(dǎo)學(xué)生從綠色化學(xué)的角度出發(fā)，檢查實驗原理是否符合綠色化學(xué)理念，實驗方法是否遵循了綠色化學(xué)的基本要求，實驗?zāi)康氖欠衽c綠色化學(xué)理念不沖突等。

首先，從原理上考慮不同實驗合成方法和途徑，盡量避免選用消耗原料多、高耗能，過程復(fù)雜、步驟多的反應(yīng)途徑，而多選取原子利用率高、低能耗、過程簡單、反應(yīng)步驟少、副產(chǎn)物少的反應(yīng)途徑。同時要考慮選用的實驗原料的安全性，實驗中選取的溶劑是否安全，實驗過程中是否產(chǎn)生污染性物質(zhì)，產(chǎn)品及副產(chǎn)物是否對環(huán)境友好。例如：傳統(tǒng)的SO2和H2S氣體反應(yīng)產(chǎn)物的實驗探究中，若將Na2SO3和FeS分別裝進分叉管中然后迅速滴入鹽酸則可非常清楚地觀察到實驗現(xiàn)象。然后向分叉管中加入NaOH溶液，吸收過量氣體，中和過量的酸。這樣既節(jié)省了藥品，也可以防止反應(yīng)中有害氣體的泄漏。

其次，嘗試改進傳統(tǒng)的實驗手段，盡量使其向綠色化學(xué)靠攏。通過所學(xué)知識，以綠色化學(xué)的理念為基礎(chǔ)，開發(fā)新的實驗手段。將燒杯、錐形瓶的 “大型”實驗縮小為試管中的 “小型”實驗，甚至到點滴板上的 “微型”實驗，從而減少原料消耗和能源消耗，還能降低對環(huán)境的危害。在實驗方法的預(yù)習(xí)中應(yīng)考慮到催化劑的使用，合理使用催化劑能更好地提高反應(yīng)效率，降低反應(yīng)能耗，提高原料利用率。比如在做H2O2的分解實驗時，往往采用MnO2固體做為催化劑，可這種強氧化劑處理不當(dāng)會產(chǎn)生環(huán)境污染，結(jié)合生物上所學(xué)酶的知識，嘗試用生物活性酶——過氧化氫酶 （豬肝磨碎即可）來代替，也取得了明顯的實驗效果，使用這種催化劑不但可以提高催化效率，更重要的是對環(huán)境不會產(chǎn)生任何的污染［2］。

最后，要確定實驗?zāi)康牟慌c綠色化學(xué)理念相沖突，要有明確的實驗產(chǎn)物，盡量降低副產(chǎn)物的產(chǎn)生。

2．2 以綠色化學(xué)為指導(dǎo)，在實驗過程中操作與實踐

在實驗過程中應(yīng)以綠色化學(xué)理念為指導(dǎo)，在嚴格按照實驗要求完成實驗步驟的同時盡量做到綠色化。要在實踐中檢驗自身構(gòu)想的可行性，通過實驗中的現(xiàn)象分析實驗成功或失敗的原因，詳細記錄相關(guān)數(shù)據(jù)及現(xiàn)象，同時也要嚴格遵守實驗操作要求，保障實驗安全順利進行。

在實驗操作中，要盡可能用少的藥品獲取最有效的實驗信息，構(gòu)建藥品用量少、儀器容量小、基本無污染、實驗現(xiàn)象直觀明顯的化學(xué)實驗?zāi)Ｊ健Ｍ瑫r，在取用對身體和環(huán)境有害的藥品時應(yīng)盡量做好防護工作并且操作迅速準確；在加熱系統(tǒng)時選取合適的加熱方式，提高實驗效率降低實驗?zāi)芎模贿m當(dāng)使用催化劑可縮短反應(yīng)時間，并提高原料轉(zhuǎn)化率；當(dāng)不可避免使用揮發(fā)性溶劑時盡量使用封閉式設(shè)備進行試驗，以減少其對環(huán)境的危害；對于實驗過程中產(chǎn)生的廢棄物，如廢氣、廢液和副產(chǎn)物不能隨意排放，對環(huán)境有污染的應(yīng)采取適當(dāng)方法進行吸收或采集。實驗時應(yīng)注意安全，并養(yǎng)成實驗完后整理實驗器材及藥品的良好習(xí)慣。

2．3 以綠色化學(xué)為標準，在實驗結(jié)果中歸納與總結(jié)

實驗結(jié)束后整理實驗結(jié)果，總結(jié)實驗中遇到的問題及經(jīng)驗。反思實驗過程中是否遵循了綠色化學(xué)的理念，思考對實驗的改進成功或失敗的原因。將自己實驗中總結(jié)的經(jīng)驗和問題與同學(xué)及老師多交流，吸取他人的優(yōu)點進一步完善自身的實驗方案。根據(jù)實驗結(jié)果檢測初始設(shè)計的可行性、安全性和高效性。

2．4 以綠色化學(xué)為目標，在多媒體應(yīng)用中實現(xiàn)

多媒體技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用和發(fā)展，對保護自然資源，解決化學(xué)實驗的環(huán)境污染起著積極的作用。多媒體技術(shù)可以把操作條件要求苛刻的實驗、或設(shè)備復(fù)雜且反應(yīng)速度慢的實驗、或常規(guī)實驗無法開展但又很重要的實驗，生動逼真表現(xiàn)出來，會取得較好的教學(xué)效果。比如可以用計算機三維動畫模擬電解飽和食鹽水的實驗產(chǎn)生氯氣的過程，讓學(xué)生從微觀的角度詮釋微粒的運動，并顯示兩極的變化，不僅可以收到比較好的實驗效果，還可減少氯氣對學(xué)生和環(huán)境的損害。

教師可以開發(fā)或利用界面友好、操作方便的仿真實驗室模擬軟件，實現(xiàn)化學(xué)實驗與計算機技術(shù)的有機結(jié)合。這樣既可以減少有毒有害試劑的使用，減少有毒的氣體或有毒廢液的排放，真正實現(xiàn)實驗綠色化，減輕實驗對環(huán)境的污染，也能寓教于樂，很好地再現(xiàn)實驗現(xiàn)象，并能培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力，充分體現(xiàn)和滲透綠色化學(xué)的理念。

［1］李 紅．在化學(xué)教學(xué)中進行綠色化學(xué)教育的途徑 ［J］．考試周刊，2011，（21）：169-170．

［2］薛 瑩．STSE教育在中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中的滲透 ［D］．蘇州：蘇州大學(xué)，2011．

［3］李德華：綠色化學(xué)化工導(dǎo)論 ［M］．北京：科學(xué)出版社，2005．

［4］宋曉嵐，詹益興．綠色化工技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā) ［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005．

［5］單永奎．綠色化學(xué)的評估準則 ［M］．北京：中國石化出版社，2006．