綠色化學(xué)理念下精細(xì)化工工藝學(xué)課程教學(xué)改革

戴潤(rùn)英，王義華，魏玲，劉光斌，劉倩，黃忠，龔磊，黃喜根，盧麗敏

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，江西南昌330045）

綠色化學(xué)理念下精細(xì)化工工藝學(xué)課程教學(xué)改革

戴潤(rùn)英，王義華，魏玲，劉光斌，劉倩，黃忠，龔磊，黃喜根，盧麗敏

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，江西南昌330045）

精細(xì)化學(xué)品帶給人類便利的同時(shí)也造成了環(huán)境污染。將綠色化學(xué)理念貫穿于精細(xì)化工工藝學(xué)課程教學(xué)各環(huán)節(jié)中，培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)理念和增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)是實(shí)現(xiàn)精細(xì)化工綠色化的最基本保障；優(yōu)化改革課程教學(xué)內(nèi)容，將課程內(nèi)容綠色化、課堂教學(xué)與虛擬仿真教學(xué)相結(jié)合，使培養(yǎng)學(xué)生的方式豐富化、培養(yǎng)學(xué)生的內(nèi)容實(shí)用化，并提高學(xué)生的實(shí)踐技能水平；完善課程考核體系，使學(xué)生開(kāi)放思維、大膽創(chuàng)新，凸顯綠色化學(xué)理念。

綠色化學(xué)；精細(xì)化工工藝學(xué)；實(shí)踐教學(xué)

精細(xì)化工工藝學(xué)是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的學(xué)科，是應(yīng)化、化工、食工等專業(yè)必須修讀的專業(yè)課程。精細(xì)化學(xué)品帶給人類便利的同時(shí)，也對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生了“雙刃劍”效應(yīng)，造成環(huán)境污染。隨著社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展和公眾環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，作為新世紀(jì)化學(xué)的“綠色化學(xué)”能從端源上解決傳統(tǒng)化工帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。將綠色化學(xué)理念貫穿于精細(xì)化工工藝學(xué)課程教學(xué)的各環(huán)節(jié)中，培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)思維，提高學(xué)生的綠色化學(xué)實(shí)踐能力是綠色化學(xué)教育的重要途徑，也是國(guó)內(nèi)外化學(xué)專業(yè)課程教學(xué)改革的重要目標(biāo)之一。

綠色精細(xì)化工指在生產(chǎn)過(guò)程中或產(chǎn)品生命周期中均對(duì)環(huán)境無(wú)危害。其包含兩層意思：一是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程或工藝符合綠色化學(xué)原則，即原料的充分利用，原料和產(chǎn)品與環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)相容，循環(huán)工藝的運(yùn)用，工藝的清潔性及周期性；二是高新技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用，即借助先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)綠色化，如超臨界流體技術(shù)、超聲技術(shù)、仿酶催化技術(shù)、微波技術(shù)、基因工程技術(shù)和膜技術(shù)等[1，2]。筆者選用《精細(xì)化工工藝學(xué)》（第3版，化學(xué)工業(yè)出版社出版，宋啟煌主編）教材，在綠色化學(xué)大背景下對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐如下。

1 培養(yǎng)綠色化學(xué)理念，增強(qiáng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)

環(huán)境問(wèn)題是伴著現(xiàn)代工業(yè)革命發(fā)展而產(chǎn)生的，隨著人口增長(zhǎng)和先進(jìn)文明的出現(xiàn)，氣污染、水污染、固體廢棄物污染日益嚴(yán)重。若任其發(fā)展下去，人類將自食其果。綠色化學(xué)不僅是一種預(yù)防污染的化學(xué)理念，還是一種新的思維方式，培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)理念是實(shí)現(xiàn)化工綠色化的最基本保障。只有將綠色化學(xué)的理念融入課程教學(xué)的各環(huán)節(jié)中，學(xué)習(xí)綠色化學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，形成綠色化學(xué)思維方式，才能提高學(xué)生的綠色化學(xué)實(shí)踐能力。教師應(yīng)充分利用綠色化學(xué)的特點(diǎn)和相關(guān)知識(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)特定課程教學(xué)過(guò)程使學(xué)生逐漸產(chǎn)生綠色化學(xué)理念，形成綠色化學(xué)的思維方式。例如，在涂料這一章節(jié)，涂料按劑型分類可以分為溶劑型和水性涂料。溶劑型涂料是以有機(jī)溶劑為分散介質(zhì)，具有色澤鮮亮、光澤性強(qiáng)、揮發(fā)速率可控的優(yōu)點(diǎn)，但VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）的排放量是衡量其對(duì)人體及環(huán)境的有害程度[3，4]。本著綠色化學(xué)理念，降低VOC排放量是研究溶劑型涂料的瓶頸問(wèn)題。讓學(xué)生在獲取化學(xué)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)受到良好的綠色化學(xué)教育，清醒地認(rèn)識(shí)到環(huán)保的重要性、必要性和緊迫性，一定程度上培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

2 優(yōu)化改革課程教學(xué)內(nèi)容

2.1 課程內(nèi)容綠色化

精細(xì)化工工藝學(xué)課程涵蓋內(nèi)容廣、涉及知識(shí)面寬（包括表面活性劑、合成材料助劑、食品添加劑、黏合劑、涂料、香料、感光材料和化妝品等領(lǐng)域[2]）。例如，在表面活性劑這一章節(jié)，陰離子表面活性劑的用量最大，可用作食品乳化劑、農(nóng)藥懸浮劑、織物整理劑、日用品潤(rùn)濕劑、起泡劑和殺菌劑等。傳統(tǒng)的碳?xì)潢庪x子表面活性劑降低溶液表面張力能力低，如十二烷基硫酸鈉的臨界膠束濃度和表面張力分別為8.3×103mol/L和40.8mN/m[2]。而有機(jī)硅陰離子表面活性劑既具有有機(jī)硅表面活性劑的低表面張力，又具有陰離子表面活性劑的高表面活性，與各種表面活性劑配伍性好，用作農(nóng)藥表面活性劑可有效減少農(nóng)藥用量，降低對(duì)環(huán)境污染[5，6]，如有機(jī)硅羧酸鈉的臨界膠束濃度和表面張力分別為4×103mol/L和17.87mN/m，主要是由于有機(jī)硅表面活性劑分子中存在雙疏水鏈段的聚二甲基硅氧烷和三甲基硅烷[7]。制備有機(jī)硅羧酸鈉所采用的原料是有機(jī)硅廠的副產(chǎn)物和廢棄物，“變廢為寶”是化工綠色化的完美體現(xiàn)。再如，在合成材料助劑這一章，材料作為21世紀(jì)的三大支柱產(chǎn)業(yè)之一，材料的品種、質(zhì)量、性能及產(chǎn)量是衡量一個(gè)國(guó)家是否發(fā)達(dá)的標(biāo)志。三大合成材料（塑料、橡膠和纖維）的迅速發(fā)展，給人類生活帶來(lái)眾多便利，同時(shí)也給環(huán)境也帶來(lái)許多的負(fù)面效應(yīng)[8]。“白色污染”是分子量很大（數(shù)萬(wàn)或十萬(wàn)）且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的高聚物（如聚氯乙烯）制成的各種塑料制品，塑料廢棄物難以分解或自然降解，威脅人們賴以生存的環(huán)境，破壞自然界生態(tài)平衡[9]。目前，“白色污染”已影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，我國(guó)目前使用的農(nóng)用地膜，經(jīng)老化后碎片殘留在土壤中，難降解的塑料地膜在土壤中形成阻隔層，使肥料被阻隔，水分和養(yǎng)分也受阻，致使作物減產(chǎn)嚴(yán)重和土壤環(huán)境惡化。材料助劑的添加就可使問(wèn)題迎刃而解。在玉米淀粉改性的低密度聚乙烯中加入助劑納米二氧化鈷作光敏劑，可制備光催化降解的塑料包裝袋，而且抗拉伸強(qiáng)度高[10]。課程內(nèi)容綠色化，讓學(xué)生對(duì)綠色化的必要性有一個(gè)基本的、直觀的意識(shí)。

2.2 課堂教學(xué)與虛擬仿真教學(xué)相結(jié)合

目前，常采用的課堂教學(xué)是講授法和多媒體課件相結(jié)合的方法。但是，精細(xì)化工工藝學(xué)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程，精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)工藝流程僅是課堂教學(xué)不足以讓學(xué)生完全掌握所學(xué)，工廠實(shí)習(xí)的實(shí)踐教學(xué)是提升學(xué)生專業(yè)技能的最佳方式。但化工廠生產(chǎn)過(guò)程中多涉及易燃、易爆、有毒及強(qiáng)腐蝕性物料，為防止火災(zāi)、爆炸、中毒等事故發(fā)生，學(xué)生在化工廠實(shí)習(xí)時(shí)往往走馬觀花，實(shí)習(xí)效果不佳，加之該課程學(xué)時(shí)數(shù)有限，無(wú)法滿足每位學(xué)生親自動(dòng)手操作。虛擬仿真教學(xué)利用半實(shí)物、全數(shù)字化動(dòng)態(tài)模型及3D虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，能深層次地揭示教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生提供安全、經(jīng)濟(jì)的培訓(xùn)條件，同時(shí)使學(xué)生能在虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境中如臨其境，有利于提高學(xué)生的專業(yè)技能，彌補(bǔ)學(xué)生在化工實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)中“只能看，不能操作”的不足[11]。采取課堂教學(xué)與虛擬仿真教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)，可以對(duì)精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)工藝流程、工廠實(shí)習(xí)進(jìn)行高效集中的綜合實(shí)踐訓(xùn)練，借助虛擬仿真這一經(jīng)濟(jì)有效手段，使培養(yǎng)學(xué)生的方式豐富化、培養(yǎng)學(xué)生的內(nèi)容實(shí)用化，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)踐技能水平。

3 完善考核體系，凸顯綠色化學(xué)理念

傳統(tǒng)的課程考核以閉卷考試的方式，硬背的知識(shí)點(diǎn)較多，這種方式禁錮學(xué)生的思維。精細(xì)化工工藝學(xué)課程考核評(píng)價(jià)應(yīng)以環(huán)保為核心，凸顯綠色化學(xué)理念。考核方式可以開(kāi)放些，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)理論知識(shí)，圍繞綠色精細(xì)化工的主題，自由設(shè)計(jì)某種精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)工藝流程，給其足夠的自主權(quán)，讓其開(kāi)放思維，大膽創(chuàng)新。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)重點(diǎn)考慮學(xué)生的設(shè)計(jì)過(guò)程中，原料利用率是否高，反應(yīng)條件是否綠色化，反應(yīng)過(guò)程中“三廢”處理是否合理，技術(shù)和設(shè)備是否先進(jìn)等，重點(diǎn)突出綠色化學(xué)的理念。

4 結(jié)語(yǔ)

培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)理念和增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)是實(shí)現(xiàn)精細(xì)化工綠色化的最基本保障，也是提高學(xué)生綠色實(shí)踐能力的前提；優(yōu)化改革課程教學(xué)內(nèi)容，將課程內(nèi)容綠色化、課堂教學(xué)與虛擬仿真教學(xué)相結(jié)合，使培養(yǎng)學(xué)生的方式豐富化、培養(yǎng)學(xué)生的內(nèi)容實(shí)用化并提高學(xué)生的實(shí)踐技能水平；完善課程考核體系，使學(xué)生開(kāi)放思維、大膽創(chuàng)新，凸顯綠色化學(xué)理念。

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Teaching Reform of Technology of Fine Chemicals based on Concept of Green Chemistry

Dai Run-ying,Wang Yi-hua,Wei Ling,Liu Guang-bin,Liu Qian,Huang Zhong,Gong Lei,Huang Xi-gen,Lu Li-min
(College of Science,Jiangxi Agricultral University,Jiangxi Nanchang 330045)

The green chemistry concept applied to the Technology of Fine Chemicals courses teaching,which is due to the fine chemicals not only bring human convenience but also cause environmental pollution problems.It is the basic protection of realizing the fine chemical greening to cultivate students′ green chemistry concept and to enhance students' environmental awareness.It makes the cultivated students' way enrichment,causes the cultivated students'content practical and improves the students' practical skills to optimize the teaching content,to make the course content greening,to combine classroom teaching and virtual simulation teaching.Improving the curriculum assessment system makes that students open thinking and bold innovation,which highlights the concept of green chemistry.

Green Chemistry;Technology of Fine Chemicals;Practical Teaching

G642.4

A

2096-0387（2017）03-0077-03

江西農(nóng)業(yè)大學(xué)教研項(xiàng)目（2014B2ZC07）；江西省教育廳教研項(xiàng)目（JXJG-09-4-6）。

戴潤(rùn)英（1983-），女，江西泰和人，博士，講師，研究方向：精細(xì)化工工藝學(xué)和高分子化學(xué)教學(xué)。