綠色化學理念下的高校化學實驗教學與人才培養

張瑞霞 張坤 尹延斌 于宏達

摘? 要 人才培養是高校的中心工作，堅持立德樹人，全面提高人才培養質量，是高校的立校之本、發展之基。實驗教學是培養學生動手能力和創新能力的重要手段，能夠激發學生專業興趣，提高專業素養和人才培養質量。在高等化學教育中融入綠色化學教育理念，培養具有安全意識、環保意識和實踐創新能力的高素質應用型人才，是當前化學人才培養的關鍵。

關鍵詞 綠色化學;實驗教學;人才培養;高校;實驗室;仿真實驗

中圖分類號：G642.423? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）10-0118-03

Abstract Talent cultivation is the central work of universities. It is the foundation of the establishment and development of universities to insist on cultivating morality and improving the quality of talent training comprehensively. Experimental teaching is an important means to cultivate students practical ability and innovative ability， which can stimulate students professional interest， improve their professional quality and talent training quality. The key to the culti-vation of chemical talents is to integrate the concept of green chemistry education into higher chemistry education and to cultivate high-qua-lity applied talents with safety awareness， environmental protection awareness and practical and innovative ability.

Key words green chemistry; experimental teaching; talent cultiva-tion; universities; lab; simulation experiment

1 前言

化學深入到工業、農業發展的各個方面，與人們的生活息息相關。醫藥、燃料、食品、肥料、農藥的生產都依賴于化學，化學在改變世界、創造價值的同時，也帶來污染和副作用，如空氣污染、土壤污染、水污染、氣候異常等，對人們賴以生存的環境、生態平衡造成嚴重的負面影響，也對人們的健康造成一定危害。因此，科學家提出綠色化學、綠色化工的概念。綠色化學又稱環境友好化學、清潔化學，是一門從源頭上、從根本上減少或消除污染的化學[1]。綠色化學是可持續發展的新科學和新技術，是對傳統化學思維的創新和發展，是化學工業可持續發展的必由之路[2]。

2 宣傳綠色化學理念，培養綠色化學人才

化學專業人才培養的目標是培養具有堅實的化學基礎，掌握化學相關領域的科學研究、新產品研制與開發的技能，能在化學化工相關領域、行業從事研究、開發、生產和管理的專業型、應用型與創新型人才。化學專業畢業生將來會分布到社會的各個領域，在化工、農藥、醫藥、食品、肥料等各行各業的生產與管理中發揮作用。對化學專業大學生進行綠色化學教育具有重要的現實意義。高校要加大綠色化學理念的宣傳，舉辦關于綠色化學的講座或專題報告，利用微信等多媒體宣傳優勢，加強網絡宣傳，深入宣傳綠色化學理念，提高教師和學生的環保意識。最重要的是在人才培養過程中培養師生綠色化學理念，將綠色化學教育貫穿于人才培養的各個環節，從理論教學到實驗教學、實踐教學。高校要優化專業課程體系，把綠色化學理念融入人才培養方案，著力培養大學生的綠色化學和理念。

3 加強綠色化學教育，牢固樹立安全意識、環保意識和可持續發展意識

高校化學實驗室安全與環保問題關系師生生命安全和身體健康，是學生成長成才和教育事業發展的基本保障。近年來，高校實驗室安全事故時有發生，各類安全事故觸目驚心[3]。化學實驗室危險物品種類繁多，諸多安全隱患不容忽視。切實提高師生的安全意識，增強安全防護能力，防污染及危患于未然，就需要推進綠色化學實驗教學。許多國外實驗室管理體制完善、管理到位、科學嚴謹，能更好地為人才培養和師生科研創新提供堅強的安全保障。程敬麗等報道了美國大學化學實驗室的管理與啟示，在美國密西根大學訪學期間親身經歷了美國化學實驗室管理的科學高效與嚴謹規范[4]。國內化學實驗室的污染及安全問題已引起教育部門和高校的高度重視，全面開展綠色化學實驗教學是從源頭減少污染、提高人才培養安全意識和環保意識的有效途徑。

隨著社會經濟的發展，環境污染問題日益突出，綠色環保是社會可持續發展的根本所在。培養環保意識將使人們的行為具有保護環境的自覺性和目的性。大學生是時代的先鋒，保護地球，保護生命，保護綠色，保護人們賴以生存的環境，維護生態平衡，促進人與自然的和諧、可持續發展，也是青年學子的責任與使命。傳統的環境保護方法是污染的末端治理，綠色化學的目標是化學過程不產生污染，是一種從源頭上治理污染的方法[5]，其本質是資源合理利用、有效利用，盡可能避免污染、避免環境副作用產物。在化學實驗教學中進行綠色化學理念的滲透，在實驗過程中降低環境污染，培養學生的環保意識、可持續發展意識和社會責任感，從而提高人才的培養質量和社會效益。

4 推進綠色化學實驗教學，提高實驗教學質量和效益

化學是自然科學中的基礎學科，隨著高等教育的發展，化學相關專業人才培養數量急劇增加。高校化學教學實驗室承擔的實驗任務愈加繁重，包括專業實驗和基礎化學實驗，實驗項目多，內容覆蓋范圍廣，儀器設備多，試劑種類多，實驗所需試劑量大，造成的污染也不容忽視。踐行綠色化學理念，實施綠色化學實驗教學，從源頭減少化學實驗室污染，切實提高實驗教學質量和效益，實現實驗教學綠色化，具有深遠的意義。

開展綠色化學實驗教學，建立綠色化學實驗教學體系? 任課教師從綠色化學視角，改變不注重環保的粗放型實驗教學模式，優化實驗教學，提高實驗教學效益。在實驗教學中遵循綠色化學十二基本原則[6]，并在實驗教學中實施和應用“減量、重復使用、拒用、回收、再生”的5R原則[7]。

在化學實驗教學中積極開展綠色化學教育的探索和實踐，加強實驗教學研究，改革教學內容，改進污染較重、實際意義相對較小的實驗項目，實現實驗內容綠色化，建立綠色化學實驗教學體系。實驗內容綠色化主要包括化學試劑的綠色化、溶劑的綠色化、催化劑的綠色化、化學反應的綠色化、反應產物的綠色化[8]。試劑選擇上要綠色環保，從源頭上最大限度減少污染，實現實驗教學的綠色化。在實驗方法上不斷研究新方法、新裝置，使實驗教學成為培養學生創新思維和創造能力的關鍵環節。

實施串聯組合實驗，開展微型化、半微型化實驗? 用綠色化學的觀念改進傳統實驗項目，分析實驗減量，制備實驗小量，基礎實驗、綜合實驗、設計實驗也遵循減量的原則，建立綠色小型化實驗教學體系。在某一課程體系內部巧妙實施串聯組合實驗，實現小型儀器、試劑和產物的合理循環利用。根據實驗內容和實驗目的，對實驗項目進行微型化實驗設計和半微型化實驗設計。在設計過程中，從儀器規格、試劑用量、操作時間等方面進行常量、微型化、半微型化實驗對比研究。微型化實驗在基礎化學實驗中效果更為明顯，采用劑量化的微型實驗，可以有效減少試劑用量和資源消耗，減少污染物和實驗廢棄物質產生，能夠實現教學效果與節約實驗藥品、減少實驗廢棄物質的統一，符合綠色化學理念，有利于培養學生的資源節約意識和環保意識。

采用現代化多媒體輔助教學手段，開展化學仿真實驗等，提高實驗教學質量? 加強實驗室軟硬件建設，建設現代化實驗室，采用多媒體輔助教學、開展化學仿真實驗等，從而達到減少用量、減少“三廢”，保護環境的目的。學生通過化學仿真實驗對實驗內容和原理進行學習，避免了化學試劑和儀器設備的投入，實現零排放和零污染。因此，開展化學仿真實驗是實現化學實驗室綠色環保化的一條重要途徑[9]。為保障實驗教學效果，可以采用線上仿真實驗和線下操作實驗相結合的方式，培養學生的動手操作能力和創新創造能力。

規范化學實驗室“三廢”物資管理與處置? 實驗教學中會有化學試劑的大量應用以及實驗廢棄物質的大量產生，規范實驗室“三廢”處理極為重要。對于實驗產生的廢棄物，應遵循分類收集、分類存放、分類處理的原則，在確保安全的前提下，妥善處理。對于廢液，應該分類存放于專用的廢液桶中，要做到標簽清晰，廢棄物性質標識正確，并妥善保存，定期交由學校分管部門或有回收資質的公司集中處理。對于常見的廢液，可以利用中和、化學沉淀、氧化還原、萃取等手段進行處理[10]。酸性、堿性廢液按其化學性質，分別進行中和后處理。酸類用碳酸鈉溶液或氫氧化鈣溶液中和，堿類用稀鹽酸溶液中和。對于有機廢物，應分類收集于指定的廢液桶中，定期集中處理，進行回收、轉化、燃燒等處理。

5 加強實驗室管理制度建設，構建綠色化學實驗教學中心安全與環保管理模式

化學實驗教學中心作為實驗教學的重要場所，加強中心的綠色化建設與管理，促進實驗教學中心安全高效運行，對于提高實驗教學質量和人才培養質量至關重要。高校化學實驗教學中心的管理理念應該堅持以人為本，服務教學，安全第一，綠色共享。實驗中心涵蓋了實驗室安全管理、實驗技術隊伍建設與管理、儀器設備管理和維護、實驗室危化品與低值易耗品管理等諸多方面。關鍵是要加強實驗室管理制度的深入研究，形成科學完善的實驗室管理制度并逐步實施，實現實驗室資源高效整合利用，細化藥品登記制度和安全管理制度，積極推動實驗室安全教育培訓制度和安全準入制度。加強實驗技術隊伍建設，提高實驗技術人員專業素質和思想素質，調動教師、學生、實驗室管理人員三方面的積極性，共同營造高效綠色共享的實驗教學環境和育人環境，進而實現化學實驗教學中心的有效管理、精細化管理、資源的合理利用和安全高效綠色化運行。

6 結語

綠色化學教育是培養高素質化學人才的需要，是可持續發展的需要。在高校化學學子中播撒綠色化學的理念和種子，將會在化學化工相關的各個領域生根發芽，進而推動綠色化工、綠色醫藥、綠色農業的發展。在高等化學教育中融入綠色化學教育理念，培養具有安全意識、環保意識和實踐創新能力的高素質應用型人才，是當前化學人才培養的關鍵。

參考文獻

[1]沈玉龍，魏利濱，曹文華，等.綠色化學[M].北京：中國環境科學出版社，2004.

[2]貢長生.綠色化學：我國化學工業可持續發展的必由之路[J].現代化工，2002，22（1）：8-14.

[3]北京大學化學與分子工程學院實驗室安全技術教學組.化學實驗室安全知識教程[M].北京：北京大學出版社，2017.

[4]程敬麗，毛黎娟.美國大學化學實驗室的管理與啟示[J].實驗技術與管理，2012，29（7）：176-178.

[5]胡常偉，李賢均.綠色化學原理和應用[M].北京：中國石化出版社，2002.

[6]何良年，等.綠色化學基本原理[M].北京：科學出版社，2018.

[7]韓志芳，應奇才.綠色化學在高校化學實驗教學中的實施[J].杭州師范學院學報：醫學版，2005（2）：107-109.

[8]趙麗娜，陸國志.高校化學實驗中綠色化學的研究[J].實驗技術與管理，2013（2）：179-181.

[9]楊慶.加強高校化學實驗室綠色化的思考[J].廣東化工，2015（9）：229-230.

[10]徐攀攀，許會艷.高校基礎化學實驗綠色化初探[J].山東化工，2019，48（15）：218-219.