高校有機化學(xué)實驗“綠色化”教改模式探討

劉曉暢，林琳(沈陽醫(yī)學(xué)院，遼寧 沈陽 110031)

0 引言

高校化學(xué)實驗室開展綠色化改革是由經(jīng)濟、環(huán)保等多方面要求決定的，應(yīng)該在有機化學(xué)實驗中保障師生安全、實驗安全、以及環(huán)境安全等多方面安全，以減少實驗室污染物產(chǎn)出，進(jìn)而達(dá)到減小實驗室對環(huán)境影響的目的。

1 化學(xué)實驗室綠色化改革的必要性

化學(xué)實驗是一門理論高度聯(lián)系實踐的學(xué)科，它的學(xué)習(xí)需要基于龐大的理論知識，之后進(jìn)行實際操作，以理論與實驗結(jié)合的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，才能更好的對化學(xué)世界進(jìn)行探索，因此化學(xué)實驗在化學(xué)學(xué)習(xí)的過程中至關(guān)重要。但是在進(jìn)行實驗的過程中，幾乎所有的實驗都伴隨著副產(chǎn)物，有些副產(chǎn)物對于學(xué)生健康有影響，對環(huán)境更是能造成巨大的損害。尤其是在合成一些有毒物質(zhì)時，很多學(xué)生由于各種原因，會造成有毒物質(zhì)的泄漏，對環(huán)境及實驗室安全都有很大威脅。另外，由于近些年我國教育的擴張，導(dǎo)致很多高校很多專業(yè)大量擴招學(xué)生，使得化學(xué)專業(yè)的學(xué)生數(shù)量一直呈上揚趨勢。學(xué)生人數(shù)增大導(dǎo)致實驗數(shù)量增多，進(jìn)而導(dǎo)致化學(xué)實驗中使用的試劑量增多、實驗中產(chǎn)生的環(huán)境污染物數(shù)量增大，更加大對環(huán)境的影響。因此，高校必須秉持社會責(zé)任感，推行化學(xué)實驗室綠色化改革，以最大程度的消滅或者減少環(huán)境污染物的產(chǎn)出，有效控制實驗中產(chǎn)生的有毒有害固、液、氣體排放，增加學(xué)校周邊環(huán)境的安全性，降低學(xué)生實驗的危險性，保障學(xué)生的人身安全以及學(xué)校的財產(chǎn)安全。

2 進(jìn)行綠色化實驗室改革的措施

2.1 規(guī)范學(xué)生實驗操作，樹立綠色化學(xué)觀

化學(xué)實驗中，正確且規(guī)范的操作是實驗成功的基礎(chǔ)，更能在源頭上保障學(xué)生及學(xué)校周邊環(huán)境的安全?；瘜W(xué)實驗以及化工生產(chǎn)中，因“跑、冒、滴、漏”等操作中的不規(guī)范行為導(dǎo)致的化工事故屢見不鮮。這種化學(xué)事故通常伴隨著火災(zāi)、有毒氣體、液體、固體的排放以及化學(xué)設(shè)備的損毀，會帶來巨大的經(jīng)濟損失及人員傷亡，同時還在造成較為惡劣的社會影響。因此，在化學(xué)實驗室施行綠色化改革，首先應(yīng)該防患于未然，從培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范操作入手，力爭從源頭上減少化工事故出現(xiàn)的可能。

同時，在對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)時，應(yīng)該對學(xué)生進(jìn)行化學(xué)實驗綠色化理念教育。化學(xué)實驗的基本操作講解與教學(xué)通常會在大學(xué)一年級開展教學(xué)，這時的學(xué)生剛剛從高中升入大學(xué)。通常來講，學(xué)生在高中受到的實驗訓(xùn)練并不多，其進(jìn)行實驗操作的機會也較少，大部分時候是觀看教師進(jìn)行實驗擦操作并聽取教師的實驗講解，因此對實驗知之甚少。因此，大一的實驗基本操作教學(xué)課程是學(xué)生進(jìn)行深度化學(xué)學(xué)習(xí)與實驗前的啟蒙課程，在這時候?qū)W(xué)生進(jìn)行嚴(yán)格的操作規(guī)范教學(xué)并灌輸綠色化學(xué)思想將對學(xué)生起到重要的影響。而學(xué)生一旦吸取了綠色化學(xué)實驗的理念，形成了綠色化學(xué)的意識，再受到嚴(yán)格的操作規(guī)范約束，非常有利于學(xué)生養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣，并在之后較長的實驗生涯中保持。

2.2 選擇適宜的實驗，優(yōu)化實驗環(huán)節(jié)

化學(xué)實驗的很多環(huán)節(jié)具有可替代性，很多實驗所需物品以及所需試劑也具有可替代性。當(dāng)教師為學(xué)生布置實驗課題時，應(yīng)充分考慮實驗各環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的有害物質(zhì)，并思考各實驗環(huán)節(jié)中可進(jìn)行優(yōu)化的地方，在保證實驗?zāi)康囊约皩嶒灛F(xiàn)象的基礎(chǔ)上，對實驗流程進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而減少有害物的排放，降低實驗對于學(xué)生的威脅性。對化學(xué)實驗的過程進(jìn)行綠色化改進(jìn)，不僅能夠減少對環(huán)境的污染，同時還能在改進(jìn)過程中加強對該實驗本質(zhì)的理解，鞏固自己的相關(guān)專業(yè)知識，一舉兩得。

2.2.1 對化學(xué)試劑進(jìn)行合理選擇

在進(jìn)行一些所需試劑環(huán)境危害性較大或較危險的物品時，可在保證試驗?zāi)繕?biāo)及實驗現(xiàn)象相同的情況下，優(yōu)先選取低低危險性、污染性的試劑?；瘜W(xué)實驗是基于化學(xué)理論的操作，如果化學(xué)理論掌握不夠扎實或者化學(xué)實驗操作不夠規(guī)范，則很容易出現(xiàn)實驗失敗導(dǎo)致浪費試劑的情況出現(xiàn)。高校的化學(xué)專業(yè)學(xué)生，尤其是新生，通常接觸化學(xué)實驗不久，很容易在實驗中出現(xiàn)各種問題導(dǎo)致試劑使用量較大。如果試劑是一些對環(huán)境不友好的物質(zhì)，則對環(huán)境損害較大，也容易對學(xué)生人身安全造成威脅。因此教師在為學(xué)生選擇實驗課題時，應(yīng)該充分考慮這方面因素，盡量選擇一些低危險性的實驗及生成物與試劑危害性較小的實驗。若一些實驗必不可少，則可考慮對該實驗的試劑進(jìn)行優(yōu)化，在保證實驗?zāi)康牡耐瑫r選用更綠色、更環(huán)保、威脅性更小的試劑。

在學(xué)生對基礎(chǔ)知識已經(jīng)有一定的掌握度后，高校教師也可讓學(xué)生自行對實驗進(jìn)行優(yōu)化。例如讓學(xué)生對實驗中生成的有害物質(zhì)進(jìn)行分析處理，并探討如何有效利用，讓學(xué)生對如何處理“三廢”有更進(jìn)一步的認(rèn)知，在處理“三廢”的同時引導(dǎo)學(xué)生樹立更深刻的綠色化實驗觀念。同時也應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對實驗可替代試劑進(jìn)行思考，在保障安全與實驗現(xiàn)象、成果的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生對其進(jìn)行討論，能有效的加強學(xué)生對于基礎(chǔ)理論的理解，達(dá)到活學(xué)活用的效果。

2.2.2 合理運用儀器分析代替常規(guī)實驗

通常來講，化學(xué)實驗化學(xué)反應(yīng)過程中副產(chǎn)物不可避免會伴隨生成物產(chǎn)生，這是導(dǎo)致大部分化學(xué)實驗對環(huán)境不夠友好的重要原因?？萍荚诎l(fā)展，當(dāng)前已經(jīng)有一些儀器能夠在一些程序上代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實驗形式，其試劑消耗量相比于人工實驗有大幅度的降低，并且用時更短，效率更高。教師在安排學(xué)生實驗時，對于一些可用儀器進(jìn)行的分析應(yīng)盡量使用儀器，以減少化學(xué)試劑的使用，進(jìn)而減少環(huán)境污染。例如測定熔點時，傳統(tǒng)的實驗流程需要用到濃硫酸約50mL，但運用微量熔點測定儀，則通常禁用約2mg就能測得熔點，其濃硫酸使用量大大降低，且其耗能少 、用時少，對環(huán)境更為友好。另外，學(xué)生在使用測定儀時，也能增加儀器操作的熟練度，對于學(xué)生以后進(jìn)行化學(xué)研究有積極作用。

2.2.3 制作多媒體實驗

在教學(xué)過程中不可避免的需要學(xué)生掌握一些生成物毒性較大、危險性較高的實驗，其操作過程難度大，產(chǎn)生含“三廢”難以處理。當(dāng)教師講解這一類實驗時，可在合理選擇后考慮使用多媒體演示，或者現(xiàn)場演示，讓學(xué)生了解其實驗理論、流程、操作方式、注意事項，避免讓學(xué)生動手操作，以減少污染物、有害物產(chǎn)出。同時在進(jìn)行一些常規(guī)實驗操作前，教師也可使用多媒體設(shè)備對學(xué)生進(jìn)行演示，讓學(xué)生充分了解實驗的操作，加深印象，以減少學(xué)生在操作過程中失誤的可能，降低試劑使用量。

2.2.4 開展半微型化學(xué)實驗

一些要求學(xué)生掌握的實驗不具備高危險性，但是其實驗過程試劑消耗量較多，同時實驗生成物對環(huán)境影響較大，這種實驗進(jìn)行綠色化改革可考慮使用“半微型實驗技術(shù)”開展半微型化學(xué)實驗，以降低其試劑使用量及實驗產(chǎn)生生成量。這種實驗改良方式，其使用的試劑消耗量通常是常規(guī)情況消耗量的1/3或者1/2，對環(huán)境更為友好。另外，學(xué)生在進(jìn)行半微型化學(xué)實驗的過程中，需要自行或在教師的指導(dǎo)下對試劑使用量進(jìn)行把控，這能有效考察學(xué)生對于基礎(chǔ)知識的掌握程度，同時也能加強其對理論知識的理解。在優(yōu)化過程中，學(xué)生還需探尋如何降低實驗副產(chǎn)物的有害性，這對于對該實驗本質(zhì)的理解有著重要的積極作用。

2.3 優(yōu)化評價模式

高校的學(xué)生考核體系中，其參考項一般是學(xué)生的課堂出勤率以及期末的試卷成績，兩項乘以一個比例得到學(xué)生的該科目最終成績，化學(xué)也不例外。平常學(xué)生在實驗過程中，最關(guān)心的就是自己能不能按時做完實驗以及實驗結(jié)果是否符合預(yù)期，“綠色化學(xué)”理念通常容易被拋在腦后，因為實驗對其期末成績有影響，而“綠色化學(xué)”理念與期末成績毫不相干，大部分學(xué)生最關(guān)心的畢竟還是成績。教師可基于學(xué)生的這類心態(tài)，將“綠色化學(xué)”理念根植于學(xué)生的思想，讓學(xué)生時刻謹(jǐn)記。

在進(jìn)行實驗前，通常需要學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)實驗報告。預(yù)習(xí)實驗報告可以使學(xué)生對實驗的目的、原理以及操作流程有一定的基礎(chǔ)認(rèn)知，這是有效降低學(xué)生實驗失敗率的重要手段。但很多學(xué)生對于預(yù)習(xí)實驗報告敷衍了事，這就導(dǎo)致其在實驗前對實驗各方面了解度不夠，進(jìn)而引起實驗失敗率上升，實驗試劑消耗量巨大，不符合實驗“綠色化”理念。因此教師可將學(xué)生的預(yù)習(xí)實驗報告納入期末考核，讓學(xué)生對其充分重視。

3 實驗室廢棄物的處理

實驗總是伴隨著各類產(chǎn)物，一些是有害、有毒物質(zhì)。若對其肆意排放，則很容易引對環(huán)境的惡劣影響。因此實驗室“綠色化”改革必須重視實驗室廢棄物的處理。在實驗廢物處理方面，化學(xué)實驗一般可以以一個實驗項目為目標(biāo)，所制備的產(chǎn)品在實驗項目結(jié)束后就可能成為“廢物”。但所謂的廢物只是相對而言，將其回收后完全可以根據(jù)產(chǎn)品的特點再利用、再生后利用、三廢處理教學(xué)使用或者根據(jù)“三廢”處理標(biāo)準(zhǔn)處理。廢棄物的處理綜合處理辦法體系包括分類收集、回收利用、合理存儲等多種方式，同時一些所謂“廢棄試劑”可被回收使用。如熔點測定污染的大量濃硫酸，我們可以嘗試使用硝酸鉀消色，也可以嘗試以被污染的濃硫酸為合成試劑進(jìn)行合成反應(yīng)，增加合成實驗的操作難度。通過這種形式，讓學(xué)生自主或半自主參與到廢棄物處理制度的制定方法與發(fā)展原則，讓學(xué)生可以更好總結(jié)對于各類廢棄物的處理方法，讓學(xué)生的實踐能力獲得自主性提高，為其后續(xù)的學(xué)習(xí)、發(fā)展以及就業(yè)過程夯實基礎(chǔ)，使學(xué)生切身感受目前化學(xué)工業(yè)的發(fā)展路徑與“5R”精神的使用方法與獲取的成效。

4 結(jié)語

化學(xué)實驗是一種基于理論的實踐學(xué)科，它的學(xué)習(xí)過程必須伴隨實驗進(jìn)行。但實驗過程同行伴隨著大量的試劑消耗、有毒有害物質(zhì)產(chǎn)生，這是化學(xué)實驗對環(huán)境不友好的根源問題。經(jīng)濟已經(jīng)較為發(fā)達(dá)的今天，關(guān)心環(huán)境、提倡環(huán)保是時代的主題。對化學(xué)實驗進(jìn)行“綠色化”改革能降低試驗成本，減少有害物質(zhì)產(chǎn)出與排放，同時教育學(xué)生秉承“人與自然和諧發(fā)展”的理念，是合格化學(xué)工作者的天職。