高校實驗化學課程綠色化探索

韓亞杰+王秀花+武占省

摘要：實驗化學是化學教學的重要手段，對于素質教育、培養學生創新能力和動手能力具有不可替代的作用，是提高教學質量的關鍵。文章針對實驗化學課程的特點，以綠色化學為導向，針對我校實驗化學教學中存在的一些問題，結合自身教學體會，從三個方面提出了相應的措施。

關鍵詞：實驗化學；綠色化學；學生

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）35-0274-02

一、引言

化學是研究物理原子、分子、生物大分子和超分子及其凝聚態的組成、結構、性質、化學反應及其規律和應用的科學。簡單地說，化學就是分子的科學。不論是中學化學還是大學化學都一直非常重視化學實驗，實驗與理論的教學相輔相成，有些時候實驗課程尤顯重要。首先，學生在化學實驗室進行了技能訓練，在實驗過程中對課堂上學習的理論知識會加深理解，同時也會鞏固以前學習的知識點，培養學生細心、耐心觀察實驗現象并對實驗結果進行分析的能力。但我們認識到，化學實驗在帶給世界美好的同時對環境造成了污染，威脅著人類的健康。

二、綠色化學

綠色化學又稱清潔化學（Clean Chemistry）、環境無害化學（Environmentally Benign Chemistry）、環境友好化學（Environmentally Friendly Chemistry）。綠色化學產生于20世紀90年代，當時人們已經認識到傳統化學工業對環境造成了污染，對人們的身體健康造成了嚴重威脅，從而提出綠色化學這一學科，學科的主旨思想是運用化學的原理和方法從源頭上減少和消除化學化工生產過程中對生態環境帶來的負面影響，減少或消除那些對環境安全、人體健康有毒有害的催化劑、原料等的使用。“綠色化學”這一術語已經逐漸成為世界性的名詞，它的主要特點是原子經濟性，就是在獲得某種新化合物的反應過程中充分利用反應物的每個原子，最終實現“零排放”，不但能夠充分利用各種資源，而且不產生污染。綠色化學遵循以下12項基本原則：（1）不讓廢物產生，就是不讓其生成后再處理；（2）最有效地設計化學反應和過程，最大限度地提高原子經濟性；（3）盡可能不使用、不產生對人類健康和環境有毒有害的物質；（4）盡可能有效地設計功效卓著而又無毒無害的化學品；（5）盡可能不使用輔助物質，如須使用也應是無毒無害的；（6）在考慮環境和經濟效益的同時，盡可能使能耗最低；（7）技術和經濟上可以可再生資源為原料；（8）應盡可能避免衍生反應；（9）盡可能使用性能優異的催化劑；（10）應設計功能終結后可降解為無害物質的化學品；（11）應發展實時分析方法，以監控和避免有毒有害物質的生成；（12）盡可能選用安全的化學物質，最大程度地減少化學事故的發生。面對高速發展的科學技術和知識經濟以及日趨嚴重的環境污染等問題，我國高校的教育模式和對人才的培養模式必須要做相應的改變，由此更新教學陳舊的內容和古板的教學手段成為教學改革的重要課題，綠色化學教育進入化學教育領域必然是一個值得思考和探索的問題。

三、實驗化學課程的綠色化

我校是一所綜合性大學，《實驗化學》是一年級學生學習《無機及分析化學》理論基礎課的實踐教學組成部分，涵蓋醫學院的檢驗專業，農學院的種子科學專業、農資專業、植保專業、林學專業、農學專業、園藝專業，動科院的動科專業、動醫專業，食品學院的食質專業、食品專業，生命科學學院的生科專業，等等，每學期選修的各專業學生總數超過800人。由于實驗化學的實驗項目廣，所用試劑繁多（有些實驗需要用到有毒試劑），因此必須將綠色化學的教育觀念融入到實際教學實驗中，才能加強教師和學生的環保意識。

（一）樹立綠色化教學理念

隨著綠色化學的發展，世界各國已經認識到對大學生進行綠色化學教育刻不容緩，比如引導學生設計封閉體系進行排放有毒有害氣體的實驗，并對有毒有害氣體進行收集處理消除危害。這種教學方法既能彌補課本的不足，又能激發學生的改革創新意識。在實驗化學的教學中，教師要不斷地增強學生的環保意識，讓學生親自參加到整治污染的活動與實踐中。通過培養學生的可持續發展理念和意識，使得綠色化學的思想根植在學生的頭腦里，更為重要的是將這種思想貫穿在他們以后的學習、生活和工作中。

（二）實驗內容的綠色化

我們要從根源上解決化學實驗的污染問題，必須抓牢抓住綠色化學這一門前沿學科，合理、有效地選擇實驗題目，需要做到以下幾點。

1.實驗項目的取舍應以原子經濟性為主要原則，即首先考慮化學反應中僅僅需要無損耗的催化劑，就可以使反應物分子里的原子100%的生成產物，達到零排放（zero emission）。對于我校實驗化學課程里有機化學部分應該優先選擇原子經濟性較高的內容，比如康尼查羅反應和Click反應等，通過這些有機部分實驗的學習，也加深了學生對原子經濟性的認識。

2.化學試劑：使用無毒或低毒原料，避免高毒性反應產物，比如不選用重鉻酸鉀氧化劑，避開苯胺類有毒致癌試劑，從源頭上滿足綠色化學的要求。

3.反應溶劑：實驗內容設置上應本著與時俱進的思想，優先使用高效、新型的綠色反應介質（超臨界液體、水、離子液體）。雖然水是安全、無毒、價廉、可循環的，但在實驗過程中應當注意排放的廢水是否會造成新的、更嚴重的污染。由于水資源的短缺，還要考慮廢水回用等一系列問題。

4.催化劑：盡量避免使用強酸、強堿類催化劑，在實驗化學教材中的酯化反應、硝化反應、氧化反應中，可以考慮同樣起到很好的催化作用的固體酸催化劑。

（三）實施綠色化教學手段

化學實驗屬于消耗性實驗，若改進實驗手段，對某些實驗采用網絡化、計算機輔助模擬以及觀看實驗錄像等方法，就會達到低碳、綠色、環保、開放的良好效果，可以從以下幾方面進行改進：（1）在學生做實驗的過程中，播放與本實驗有關的教學錄像，如滴定管、酸度計、分析天平的使用等，對于技術細節應當近距離的播放。（2）建立虛擬實驗室替代真實實驗室完全不符合綠色化學的原則，但是目前沒有合適的替代方法來替換實驗內容。

四、結語

化學實驗的綠色化已經成為現在高校化學實驗的趨勢。為了實現可持續發展，我們應當重新審視傳統的化學實驗，改變傳統的操作模式，尋找綠色催化劑、綠色溶劑，發揮現代信息技術使用計算機與多媒體模擬仿真等現代化科技手段，實現實驗化學教學的綠色化。

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