高師化學(xué)專業(yè)綠色化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容的探討*

沈玉龍 關(guān)俊霞 劉立華 曹文華

(唐山師范學(xué)院化學(xué)系 河北唐山 063000)

綠色化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的一個新興研究領(lǐng)域，有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著對綠色化學(xué)研究的不斷深入，綠色化學(xué)的思想和內(nèi)容已被引入到化學(xué)教學(xué)之中，國內(nèi)外很多高校都為學(xué)生開設(shè)了綠色化學(xué)課程[1-4],但是目前對綠色化學(xué)課程教學(xué)基本內(nèi)容的選擇以及教學(xué)模式的研究還相對較少。為激發(fā)學(xué)生對綠色化學(xué)知識的興趣，更好地發(fā)揮綠色化學(xué)在培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合素質(zhì)和科學(xué)素養(yǎng)等方面的作用，本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，對高師化學(xué)專業(yè)綠色化學(xué)課程教學(xué)的目標(biāo)以及知識點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容的選擇進(jìn)行探討。

1 綠色化學(xué)課程概況

綠色化學(xué)課程作為一門新興課程，不像其他課程具有成熟的教學(xué)大綱及知識點(diǎn)體系;由于綠色化學(xué)研究是圍繞化學(xué)反應(yīng)、原料、催化劑、溶劑和產(chǎn)品的綠色化來進(jìn)行的，具有涉及知識面廣、綜合性強(qiáng)等特點(diǎn)[5]，因此不同高校開設(shè)的課程名稱多種多樣，課程的教學(xué)內(nèi)容差別也很大。在現(xiàn)已出版的各類綠色化學(xué)教材中，不同的編著者根據(jù)自己的專業(yè)和對知識點(diǎn)的不同理解，在教材內(nèi)容的選擇、知識點(diǎn)的側(cè)重以及教材內(nèi)容的前后章節(jié)安排上都存在較大差異。為明確綠色化學(xué)學(xué)科的基本知識，確定恰當(dāng)?shù)木G色化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容，我們對近年來國內(nèi)外出版的一些綠色化學(xué)教材的內(nèi)容進(jìn)行了分析比較。表1列出了5種國內(nèi)外有代表性的教材[6-10]的內(nèi)容。

表1 幾種教材內(nèi)容比較*

*“√”表示教材中涉及該知識點(diǎn)，并展開討論；空白表示教材中不涉及或僅僅提到該知識點(diǎn)。

由表1可以看出，5種綠色化學(xué)教材共同涉及到的知識點(diǎn)為綠色化學(xué)的定義、綠色化學(xué)的12條原則、綠色溶劑、綠色催化和生物質(zhì)原料；有4種教材涉及到的知識點(diǎn)為綠色合成技術(shù)、綠色化學(xué)產(chǎn)品、綠色化學(xué)工藝和化工過程強(qiáng)化；有3種教材涉及到的知識點(diǎn)為設(shè)計綠色合成路線、綠色化學(xué)評估和綠色能源。由于每個知識點(diǎn)關(guān)聯(lián)的知識面非常廣泛，所以盡管不同的教材涉及的知識點(diǎn)相同，但是支撐該知識點(diǎn)的具體內(nèi)容仍有很大的不同。因此，針對不同層次不同專業(yè)的學(xué)生，確定恰當(dāng)?shù)木G色化學(xué)課程教學(xué)目標(biāo)以及知識點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容，是一個需要研究和解決的重要課題。

2 高師化學(xué)專業(yè)綠色化學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)

高師化學(xué)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)合格的中學(xué)化學(xué)師資。在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》中明確指出，高中化學(xué)課程要“注重學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，重視化學(xué)基本概念和化學(xué)實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)綠色化學(xué)思想，突出化學(xué)對生活、社會發(fā)展和科技進(jìn)步的重要作用”，“能說明合成新物質(zhì)對人類生活的影響，討論在化工生產(chǎn)中遵循‘綠色化學(xué)’思想的重要性”，“樹立綠色化學(xué)思想，形成環(huán)境保護(hù)的意識”。作為未來的中學(xué)化學(xué)師資，高師化學(xué)專業(yè)的學(xué)生必須要接受綠色化學(xué)教育，開設(shè)綠色化學(xué)課程也就成為人才培養(yǎng)和教學(xué)內(nèi)容改革的必然選擇。

根據(jù)高師化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，開設(shè)綠色化學(xué)課程的總體教學(xué)目標(biāo)是：要求學(xué)生樹立綠色化學(xué)思想，掌握綠色化學(xué)的基本概念和基本原理，為將來從事中學(xué)化學(xué)教學(xué)做好知識和能力的準(zhǔn)備。具體包括：(1) 使學(xué)生了解為什么需要綠色化學(xué)，明確綠色化學(xué)對人類健康和環(huán)境保護(hù)所帶來的正面影響；(2) 了解綠色化學(xué)發(fā)展的主要線索，理解綠色化學(xué)的基本概念和原理，形成綠色化學(xué)的基本觀念，理解在化工生產(chǎn)中遵循綠色化學(xué)思想的重要性；(3) 掌握綠色化學(xué)的基本方法，能綜合運(yùn)用綠色化學(xué)的知識與方法，分析和解決一些化學(xué)問題；(4) 培養(yǎng)學(xué)生接受并遵循綠色化學(xué)的理念，能在未來的教學(xué)和研究工作中自覺地運(yùn)用；(5) 培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的社會熱點(diǎn)問題，樹立既保護(hù)環(huán)境又推動工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的新觀念，逐步形成可持續(xù)發(fā)展的思想。

3 高師化學(xué)專業(yè)綠色化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容的選擇

隨著綠色化學(xué)的發(fā)展，綠色化學(xué)的科學(xué)概念和學(xué)科范疇日漸明晰，綠色化學(xué)的12條原則已為國際化學(xué)界所公認(rèn)，其內(nèi)涵也在不斷豐富和完善。綠色化學(xué)的基本科學(xué)問題大致可以歸結(jié)為4個方面：綠色合成、綠色介質(zhì)、綠色反應(yīng)物和綠色催化[11]。綠色化學(xué)課程的教學(xué)應(yīng)以綠色化學(xué)的12條原則為主線，圍繞綠色化學(xué)的基本科學(xué)問題展開討論，介紹綠色化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展，綠色化學(xué)的概念、原理、應(yīng)用及主要研究動向等內(nèi)容，使綠色化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性和時代性。

根據(jù)高師化學(xué)專業(yè)綠色化學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)，我們確定的綠色化學(xué)課程的知識點(diǎn)為綠色化學(xué)的定義、綠色化學(xué)的12條原則、綠色溶劑、綠色催化、生物質(zhì)原料、綠色合成技術(shù)、綠色化學(xué)產(chǎn)品、綠色化學(xué)工藝、綠色化學(xué)評估及綠色能源。相應(yīng)設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容包括：(1) 介紹綠色化學(xué)的定義、綠色化學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的歷史背景等；(2) 詳細(xì)介紹綠色化學(xué)的12條原則；(3) 結(jié)合已成功的或正在開發(fā)的綠色化學(xué)工藝實(shí)例，就原料、溶劑、催化劑、化學(xué)品、合成技術(shù)的綠色化等進(jìn)行討論。具體分為以下8個章節(jié)來授課：

第1章 綠色化學(xué)引論：介紹綠色化學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的歷史背景、綠色化學(xué)的定義和研究內(nèi)容、綠色化學(xué)的代表性成果——美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎獲獎項(xiàng)目以及國內(nèi)外綠色化學(xué)教育概況。

第2章 綠色化學(xué)原理：討論綠色化學(xué)的12條原則，詳細(xì)介紹原子經(jīng)濟(jì)性的概念及其應(yīng)用。

第3章 綠色催化劑：以分子篩催化劑、雜多酸催化劑、全氟磺酸樹脂、生物催化劑等新型催化劑為例，討論綠色催化劑的開發(fā)與應(yīng)用。

第4章 綠色溶劑：討論目前廣泛應(yīng)用的有機(jī)溶劑的危害性，介紹綠色反應(yīng)介質(zhì)如超臨界CO2、超臨界水、室溫離子液體、全氟溶劑等新型反應(yīng)介質(zhì)的應(yīng)用。

第5章 生物質(zhì)資源的利用：介紹生物質(zhì)資源的利用對環(huán)境帶來的好處，討論生物質(zhì)資源的利用途徑——生物煉制及其應(yīng)用實(shí)例；介紹目前生物質(zhì)能源中的熱點(diǎn)產(chǎn)品燃料乙醇和生物柴油的開發(fā)利用情況。

第6章 綠色化學(xué)品：介紹化學(xué)品的綠色評估方法；以O(shè)DS替代品、可降解塑料、生物農(nóng)藥等為例，討論安全及可降解化學(xué)品的設(shè)計與開發(fā)。

第7章 綠色合成技術(shù)：以微波化學(xué)、超聲化學(xué)、電化學(xué)合成、光化學(xué)合成等為例，討論綠色合成技術(shù)在化學(xué)合成中的應(yīng)用。

第8章 綠色化學(xué)工藝：介紹清潔生產(chǎn)的含義和理論基礎(chǔ)，討論“零排放”的內(nèi)涵和實(shí)施“零排放”的途徑，介紹幾個典型的清潔生產(chǎn)工藝實(shí)例。

4 綠色化學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐

我校為高師化學(xué)專業(yè)學(xué)生開設(shè)綠色化學(xué)選修課已有多年，學(xué)生對該課程教學(xué)的關(guān)注度和滿意度都很高，取得了較好的教學(xué)效果。下面以第一章“綠色化學(xué)引論”為例來介紹我們的具體實(shí)踐。

為使學(xué)生認(rèn)識學(xué)習(xí)綠色化學(xué)的重要性并激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)綠色化學(xué)知識的熱情，我們在第1章“綠色化學(xué)引論”中主要圍繞“為什么我們需要綠色化學(xué)”、“為什么要促進(jìn)綠色化學(xué)發(fā)展”等問題展開討論。一方面,通過討論化學(xué)對人類物質(zhì)生活的貢獻(xiàn)以及化學(xué)品的生產(chǎn)與使用給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來的眾多負(fù)面影響(如20世紀(jì)世界著名的8大公害事件)，引出對化學(xué)學(xué)科發(fā)展方向的思考；資源與環(huán)境是人類生存發(fā)展的基礎(chǔ)，通過討論化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的問題，得出綠色化學(xué)是人們必然選擇的結(jié)論，并分析綠色化學(xué)與傳統(tǒng)化學(xué)理念的不同，如傳統(tǒng)化學(xué)對化學(xué)危險物的控制和管理是以建立“安全”濃度和暴露限制來進(jìn)行的，而綠色化學(xué)的理念是在設(shè)計階段就消除危險物。另一方面,通過介紹綠色化學(xué)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，尤其是對美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎獲獎項(xiàng)目的簡介，說明綠色化學(xué)研究已取得的成就；利用美國環(huán)保署統(tǒng)計的美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎獲獎項(xiàng)目在1996～2008年期間所節(jié)約的資源以及減排的危險物等數(shù)據(jù)，說明綠色化學(xué)技術(shù)帶來的諸多益處，由此引出綠色化學(xué)是從源頭上解決污染的一門科學(xué)，對環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。另外,對于綠色化學(xué)的定義，主要介紹綠色化學(xué)倡導(dǎo)人P.T.Anastas教授和世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)分別提出的兩個定義；對于綠色化學(xué)研究內(nèi)容,主要介紹英國Crystal Faraday協(xié)會在2004年提出的綠色化學(xué)的 8個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。為使學(xué)生在未來的教學(xué)工作中自覺地運(yùn)用綠色化學(xué)的知識與方法，我們還在本章的最后介紹了一些國外大學(xué)綠色化學(xué)教育的代表性工作，如澳大利亞Monash大學(xué)為本科生開設(shè)的綠色化學(xué)必修課程的教學(xué)情況(包括教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法)，美國Scranton大學(xué)把綠色化學(xué)融入傳統(tǒng)化學(xué)課程的教學(xué)情況，美國Oregon大學(xué)開展綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)情況，英國York大學(xué)綠色化學(xué)碩士教育的教學(xué)情況等?？傊?，通過“綠色化學(xué)引論”這一章的教學(xué)，使學(xué)生理解21世紀(jì)的綠色經(jīng)濟(jì)變革需要綠色化學(xué)，綠色化學(xué)能為資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的構(gòu)建作出貢獻(xiàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 劉立華,沈玉龍.唐山師范學(xué)院學(xué)報,2007,29(5):78

[2] 沈玉龍,王克誠.化學(xué)教育,2006(10):63

[3] 顏魯婷,劉蓮云,鄭妍鵬,等.大學(xué)化學(xué),2008,23(1):21

[4] 相波,李義久.化工高等教育,2008(10):12

[5] 紀(jì)紅兵,佘元斌.化工進(jìn)展,2007,26(5):605

[6] 閆立峰.綠色化學(xué).合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,2007

[7] 胡常偉,李賢均.綠色化學(xué)原理和應(yīng)用.北京:中國石化出版社,2002

[8] 貢長生,張龍.綠色化學(xué).武漢:華中科技大學(xué)出版社,2008

[9] 多布爾.綠色化學(xué)與工程.北京:科學(xué)出版社,2009

[10] Lancaster M.Green Chemistry:An Introductory Text.Cambridge,UK：The Royal Society of Chemistry,2002

[11] 寇元,何玲.化學(xué)進(jìn)展,2008,20(1):5