綠色化學理念在大學有機化學實驗教學中的實踐與探索

王滿剛 張麟文 孫豫

摘要：針對有機化學實驗對環境污染問題，介紹了綠色化學的含義，闡述了開展綠色化學教育的必要性，并結合教學實踐提出了在有機化學實驗教學中通過優化、改革實驗內容，加強實驗過程管理和優化實驗考核體系等方法來實現有機化學實驗的綠色化。在提高學生能力的同時，增強了學生的環境保護意識，從而提高了教學質量。

關鍵詞：綠色化學；化學實驗；教學理念

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）02-0238-02

化學工業的高速發展同時也帶來了嚴重的環境污染問題，導致全球性生態環境惡化、氣候變暖、資源匱乏。進入21世紀，隨著社會公眾的環保意識的增強，人們將低碳環保、節能減排和可持續發展這些具有深遠意義的概念賦予了一個象征生命和希望的名詞——“綠色”，實現社會經濟的“可持續”、“綠色”發展已是全人類的共同心愿。同時，人們開始致力于從源頭上治理污染，探索采用化學的原理來預防污染的方法。綠色化學倡導環境保護，主張不使用有毒、有害物質，不產生廢棄物，最終實現零排放和零污染，被譽為是更高層次上的、可持續發展的化學，其也是一門能夠保護環境的化學技術。將綠色化學理念貫穿于化學教學的各環節中，培養學生的綠色化學思維，提高學生的綠色化學實踐能力是綠色化學教育的重要途徑，也是國內外化學課程教學改革的重要目標之一。

一、培養綠色化學理念，增強學生的環保意識

教學理念是人們對教學活動的思維方式和持有的基本態度與觀點，也是人們從事教育教學活動的基本信仰，即人們對教育教學活動內在規律認識的集中思想表現。學校的教學工作以教育和學習為基本活動形式，它必須在教學理念的指導下進行。綠色化學不僅僅是一門預防污染的化學技術，還是一種新的思維方式，培養學生的綠色化學理念是實現化學實驗綠色化的最基本保障。只有將綠色化學的理念融入實驗教學的各環節中，學習綠色化學知識，增強環境保護意識，形成綠色化學的思維方式，才能提高學生的綠色化學實踐能力。有機化學實驗教學是向學生傳授環保知識的最佳場所，其不僅要使學生掌握各種實驗技能和觀察、動手、分析、解決有機化學問題的能力，更要強化學生的環保意識，強化學生對社會高度負責的主人翁精神。化學教師應充分利用綠色化學的原理、特點和相關知識，通過設計特定實驗教學過程使學生逐漸產生綠色化學理念，形成綠色化學的思維方式。教師在實驗教學中適時講述全球環境問題與化學污染的關系，灌輸綠色化學思想，讓學生清醒地認識到現階段環境保護的重要性、必要性和緊迫性，在獲取化學知識的同時受到良好的綠色化學教育，從而提高學生的環境保護意識，只有具備了綠色化學意識才會產生積極的行為效果，在一定程度上培養學生的社會責任感。

二、優化、改革實驗教學內容

1.化學實驗的綠色化。隨著綠色化學成為現代化學可持續發展的方向，化學實驗的綠色化成為化學研究的重要內容，化學實驗綠色化包括：化學試劑、溶劑和催化劑等的綠色化。環境友好的“潔凈”反應介質是綠色化學研究的重要原則之一，在實驗過程中要盡量使用無毒無害的試劑和溶劑，合理設計實驗過程從而實現實驗的綠色化，尤其是水介質中的有機化學反應因具有分離簡單、產率高、選擇性好、污染少且無毒、價廉等優點，是最有希望實現工業化的綠色合成方法之一。例如，水介質中的各種縮合反應、親核加成反應、環加成反應和多組分反應等已經取得較大進展。此外，用水作為分散劑的水溶性涂料的制備已成為全世界涂料工業的新方向，用超臨界二氧化碳代替有機溶劑作為油漆涂料的噴霧劑和泡沫塑料的發泡劑也已經取得較大進展。催化劑的使用也應首選無毒害、無腐蝕的物質，同時改革重組現行實驗教學內容，改變原有實驗項目，在達到既定教學目標的前提下，淘汰對環境危害較大的實驗，改進實驗方法，進行大規模的篩選和比對，盡量減少有毒、有害試劑的使用，選擇更符合綠色化學理念的實驗體系。將各制備實驗盡可能串聯起來，實現實驗項目的連續化，即把前一個實驗制備得到的產物作為后一個實驗的主要原料連續使用，既能科學、直觀地達到實驗所要求的教學目標，又始終注意將化學試劑對環境的影響降到最低，體現綠色化學的教學理念與思想。

2.微型實驗和常規實驗相結合，倡導綠色化學。微型化學實驗是指在微型化的儀器、裝置中用盡可能少的化學試劑來獲取所需化學信息的實驗原理和方法，具有實驗成本低、反應時間短和綠色環保的特點。微型化學實驗不但能滿足實驗的基本要求，還能減少試劑對人體和環境的傷害。在實驗時，其試劑用量是常規實驗的數十分之一甚至千分之一，因此，采用微型化學實驗代替常規實驗能夠大大減少化學實驗室各種廢物的排放，有效改善實驗室環境，減少對周邊環境的危害。微型化學實驗的開設對藥品試劑消耗量大、化學毒性高、污染嚴重、實驗操作過程復雜的化學實驗尤為必要。因此，在有機化學實驗教學過程中我們根據實驗的內容、目的、現象和定量要求將常規實驗和微型實驗有機結合，取長補短，以提高學生的綠色化學實踐能力。然而，微型實驗不是對常規實驗的簡單減量和機械微縮，它是在綠色化學理念和微型化學思想指導下對常規實驗進行改革而形成的實驗新思想、新方法和新技術。“用盡可能少劑量的試劑來做盡可能小的實驗”是微型化學實驗的核心，也是微型化學實驗教育的思維方向。為預防化學污染，推動化學實驗由常量化向微量化發展，是化學實驗綠色化改革和發展的動力之一。

3.課堂教學和多媒體教學相結合，減少對環境的污染。隨著計算機技術的發展，把現代教育技術手段與化學實驗相結合，必能增加實驗的功能，優化實驗教學設計，提高實驗教學質量，讓學生在理論與實踐的融合中更好地提升自身的素能。尤其是多媒體、計算機網絡、遠程通訊等先進信息技術作為一種動態、高效、大容量的現代化教學輔助手段，不僅能直觀地表現化學世界的奧秘，吸引學生的注意力，而且可以極大地減少日常化學試劑的用量，降低實驗成本的同時，實現了從根源上減輕對環境污染的綠色化學原則。例如，有機化合物的定性鑒定實驗不僅需要的試劑種類繁多，而且所用到的絕大部分藥品都毒性大，對人體健康和環境污染危害大。對有機化合物性質鑒定實驗的全過程采用攝像、剪輯和多媒體加工技術進行加工處理，既能突出重要的實驗現象，又不失演示實驗的真實性，大大增強演示實驗的時效性。因此，對于基礎性實驗或驗證實驗，盡量采用多媒體及化學虛擬仿真技術等輔助手段，在得到基本化學信息的前提下，能大大減少化學試劑對環境的污染。

三、加強實驗過程管理

1.規范實驗操作，減少“三廢”的產生。在實際教學中，一方面我們可以嚴格規定取用藥品的量，這樣既規范了實驗操作，節約了藥品，又減少了對環境的污染，同時也培養了學生嚴謹的實驗態度和科學的實驗方法；另一方面我們也可以將定性實驗中的藥品定量化，例如在烴的性質實驗中，實驗室制備乙炔氣體時，可以根據學生的組數粗略的計算所需乙炔的用量，根據計算的結果來取用電石的質量。這樣做不僅能培養學生科學嚴謹的工作作風，提高實驗的科學性、規范性，同時也為減少環境污染奠定基礎。

2.妥善處理實驗室的“三廢”。注重環境保護，加強實驗過程管理，應加強完善有機化學實驗室制度化、規范化建設，禁止實驗室尾氣任意排放，廢液、廢棄物隨意傾倒。對每次實驗產生的實驗室廢液、廢氣和廢渣進行科學安全處理，確保將化學實驗室的污染程度降到最低，以減少廢物向周邊環境的排放。將化學實驗使用過的酸、堿、重金屬鹽等各種廢物進行分類收集、集中安全存放、定期統一處理。能產生大量有害和腐蝕性氣體的實驗必須在通風櫥內完成，并將有害尾氣采用吸收、中和等方法進行凈化處理。通過對有機化學實驗產生的“三廢”進行無毒無害化處理，最大限度地減少實驗對環境的污染，培養學生高度負責的科學態度。

四、完善實驗考核體系，凸顯綠色化學理念

實驗教學的考核評價體系對學生的創新學習有重要的導向和鼓勵作用，實驗教學效果考核評價應以整個實驗過程為基礎，凸顯綠色化學理念。現行有機化學實驗評價體系應從評價方式、評價內容、評價主體等方面進行完善改革。評價方式應強調對實驗全過程的整體、動態評價，給學生更多的自主權，讓其開放思維，大膽探索。評價內容應重點考慮實驗方案的設計是否能提高反應中各原子的利用率，反應條件是否無毒無害，反應過程是否能減少廢物向環境的排放，實驗過程中學生對實驗室“三廢”的處理方式是否恰當等等，重點突出綠色化學的理念和思想。

五、結語

培養、提高學生的綠色化學理念和環境保護意識是實現化學教學綠色化的最基本保障，也是提高學生化學研究和綠色實踐能力的前提；優化、改革實驗教學內容，改進實驗教學手段和方法，規范實驗操作，改進化學實驗教學評價方式，加強實驗過程管理是提高學生綠色化學實踐能力的重要途徑。總之，化學實驗綠色化已成為國內外化學課程改革和可持續發展的方向，提高學生的綠色化學研究能力是本世紀國內外高等學校人才培養的重要目標之一。

參考文獻：

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