高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入綠色化學(xué)理念的思考

金 凱 （長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

綠色化學(xué)又稱 “環(huán)境友好化學(xué)”、“環(huán)境無害化學(xué)”、“清潔化學(xué)”［1-2］。實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)是21世紀(jì)化學(xué)科學(xué)研究的重要方向之一，它對(duì)環(huán)境保護(hù)及社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義，是環(huán)境保護(hù)的必經(jīng)之路［3-5］。面對(duì)環(huán)境和資源的現(xiàn)狀，加強(qiáng)高校關(guān)于綠色化學(xué)的教育，不僅是全面實(shí)施素質(zhì)教育，提高大學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的需要，更是科技進(jìn)步、社會(huì)發(fā)展的需要，對(duì)于促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展，建設(shè)美麗中國具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

綠色化學(xué)的根本目標(biāo)就是從節(jié)約能源和防止污染的觀點(diǎn)來重新審視和改革整個(gè)化學(xué)和化工領(lǐng)域，在化學(xué)研究和化工生產(chǎn)過程中不再使用有毒、有害物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物。其最大特點(diǎn)是在始端就采用預(yù)防污染的科學(xué)手段，以保證過程和終端均為零排放或零污染。

1 高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入綠色化學(xué)理念的必要性

21世紀(jì)是 “綠色世紀(jì)”，可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為人類社會(huì)發(fā)展的主題。發(fā)展綠色化學(xué)已成為當(dāng)今社會(huì)在節(jié)約能源、防治污染、保障人類健康與安全等方面的迫切需要。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)活動(dòng)的重要組成部分，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能、提高學(xué)生綜合素質(zhì)起著重要作用。因此，將綠色化學(xué)理念融入高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中顯得非常必要。

第一，解決高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的師生環(huán)保意識(shí)不夠、節(jié)約意識(shí)不強(qiáng)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程粗放等問題需要融入綠色化學(xué)的理念。運(yùn)用綠色化學(xué)的理念分析高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，發(fā)現(xiàn)其中還存在許多問題，表現(xiàn)在：教材較少提及 “綠色化學(xué)”這一概念，造成學(xué)生對(duì)于綠色化學(xué)理念學(xué)習(xí)不夠系統(tǒng)，對(duì)其理解不夠；教學(xué)手段與方法落后，不能適應(yīng)開設(shè)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求；教學(xué)投入不足，實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，不能滿足綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求；師生環(huán)保意識(shí)、節(jié)約意識(shí)有待加強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程粗放等等。要解決這些問題，只有在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入綠色化學(xué)的理念，才能更新教學(xué)理念，從實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)思想、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇、實(shí)驗(yàn)儀器研制、實(shí)驗(yàn)裝置和步驟的設(shè)計(jì)等方面入手，提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

第二，實(shí)現(xiàn)高素質(zhì)的人才的培養(yǎng)目標(biāo)需要融入綠色化學(xué)的理念。培養(yǎng)高素質(zhì)的專門人才是高校教學(xué)的根本目標(biāo)。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注人類發(fā)展所面臨的與環(huán)境化學(xué)相關(guān)的社會(huì)問題，讓學(xué)生體會(huì)綠色化學(xué)對(duì)提高生活質(zhì)量和保護(hù)環(huán)境的積極作用，提高學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決有關(guān)問題的能力是高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要任務(wù)。要完成這些重要任務(wù)，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)，就應(yīng)該讓大學(xué)生具有綠色化學(xué)的理念，掌握綠色化學(xué)知識(shí)，為實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

第三，適應(yīng)社會(huì)對(duì)高校的新要求需要融入綠色化學(xué)的理念。為了保證未來經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，我國也十分重視綠色化學(xué)方面的研究工作，社會(huì)對(duì)高校在綠色化學(xué)的研究與實(shí)驗(yàn)方面提出了越來越高的要求。因此，必須在高校實(shí)施綠色化學(xué)教學(xué)，讓師生了解綠色化學(xué)對(duì)于人類及其賴以生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的重要性的認(rèn)識(shí)，將綠色化學(xué)的思想貫穿于化學(xué)教學(xué)的全過程。

2 高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入綠色化學(xué)理念的措施

高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)總結(jié)等幾個(gè)環(huán)節(jié)，由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師、實(shí)驗(yàn)員、學(xué)生共同參與完成。為保證綠色化學(xué)理念的貫徹落實(shí)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師要在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過程中注重對(duì)綠色化學(xué)理念的灌輸和引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)綠色化學(xué)的興趣，加強(qiáng)綠色環(huán)保意識(shí)的教育，把保護(hù)環(huán)境的知識(shí)和意識(shí)一點(diǎn)一滴地滲透到教學(xué)中，通過系統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)讓學(xué)生明確的了解到綠色化學(xué)的內(nèi)容及重要性。

2．1 樹立綠色化學(xué)理念，在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備中體會(huì)與改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)的第一步就是實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)內(nèi)容有所了解。在此過程中可引導(dǎo)學(xué)生從綠色化學(xué)的角度出發(fā)，檢查實(shí)驗(yàn)原理是否符合綠色化學(xué)理念，實(shí)驗(yàn)方法是否遵循了綠色化學(xué)的基本要求，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖欠衽c綠色化學(xué)理念不沖突等。

首先，從原理上考慮不同實(shí)驗(yàn)合成方法和途徑，盡量避免選用消耗原料多、高耗能，過程復(fù)雜、步驟多的反應(yīng)途徑，而多選取原子利用率高、低能耗、過程簡(jiǎn)單、反應(yīng)步驟少、副產(chǎn)物少的反應(yīng)途徑。同時(shí)要考慮選用的實(shí)驗(yàn)原料的安全性，實(shí)驗(yàn)中選取的溶劑是否安全，實(shí)驗(yàn)過程中是否產(chǎn)生污染性物質(zhì)，產(chǎn)品及副產(chǎn)物是否對(duì)環(huán)境友好。例如：傳統(tǒng)的SO2和H2S氣體反應(yīng)產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)探究中，若將Na2SO3和FeS分別裝進(jìn)分叉管中然后迅速滴入鹽酸則可非常清楚地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。然后向分叉管中加入NaOH溶液，吸收過量氣體，中和過量的酸。這樣既節(jié)省了藥品，也可以防止反應(yīng)中有害氣體的泄漏。

其次，嘗試改進(jìn)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段，盡量使其向綠色化學(xué)靠攏。通過所學(xué)知識(shí)，以綠色化學(xué)的理念為基礎(chǔ)，開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)手段。將燒杯、錐形瓶的 “大型”實(shí)驗(yàn)縮小為試管中的 “小型”實(shí)驗(yàn)，甚至到點(diǎn)滴板上的 “微型”實(shí)驗(yàn)，從而減少原料消耗和能源消耗，還能降低對(duì)環(huán)境的危害。在實(shí)驗(yàn)方法的預(yù)習(xí)中應(yīng)考慮到催化劑的使用，合理使用催化劑能更好地提高反應(yīng)效率，降低反應(yīng)能耗，提高原料利用率。比如在做H2O2的分解實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往采用MnO2固體做為催化劑，可這種強(qiáng)氧化劑處理不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，結(jié)合生物上所學(xué)酶的知識(shí)，嘗試用生物活性酶——過氧化氫酶 （豬肝磨碎即可）來代替，也取得了明顯的實(shí)驗(yàn)效果，使用這種催化劑不但可以提高催化效率，更重要的是對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生任何的污染［2］。

最后，要確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟慌c綠色化學(xué)理念相沖突，要有明確的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物，盡量降低副產(chǎn)物的產(chǎn)生。

2．2 以綠色化學(xué)為指導(dǎo)，在實(shí)驗(yàn)過程中操作與實(shí)踐

在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)以綠色化學(xué)理念為指導(dǎo)，在嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)要求完成實(shí)驗(yàn)步驟的同時(shí)盡量做到綠色化。要在實(shí)踐中檢驗(yàn)自身構(gòu)想的可行性，通過實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象分析實(shí)驗(yàn)成功或失敗的原因，詳細(xì)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)及現(xiàn)象，同時(shí)也要嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)操作要求，保障實(shí)驗(yàn)安全順利進(jìn)行。

在實(shí)驗(yàn)操作中，要盡可能用少的藥品獲取最有效的實(shí)驗(yàn)信息，構(gòu)建藥品用量少、儀器容量小、基本無污染、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明顯的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。同時(shí)，在取用對(duì)身體和環(huán)境有害的藥品時(shí)應(yīng)盡量做好防護(hù)工作并且操作迅速準(zhǔn)確；在加熱系統(tǒng)時(shí)選取合適的加熱方式，提高實(shí)驗(yàn)效率降低實(shí)驗(yàn)?zāi)芎?；適當(dāng)使用催化劑可縮短反應(yīng)時(shí)間，并提高原料轉(zhuǎn)化率；當(dāng)不可避免使用揮發(fā)性溶劑時(shí)盡量使用封閉式設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，以減少其對(duì)環(huán)境的危害；對(duì)于實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的廢棄物，如廢氣、廢液和副產(chǎn)物不能隨意排放，對(duì)環(huán)境有污染的應(yīng)采取適當(dāng)方法進(jìn)行吸收或采集。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意安全，并養(yǎng)成實(shí)驗(yàn)完后整理實(shí)驗(yàn)器材及藥品的良好習(xí)慣。

2．3 以綠色化學(xué)為標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中歸納與總結(jié)

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及經(jīng)驗(yàn)。反思實(shí)驗(yàn)過程中是否遵循了綠色化學(xué)的理念，思考對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)成功或失敗的原因。將自己實(shí)驗(yàn)中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)和問題與同學(xué)及老師多交流，吸取他人的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一步完善自身的實(shí)驗(yàn)方案。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)初始設(shè)計(jì)的可行性、安全性和高效性。

2．4 以綠色化學(xué)為目標(biāo)，在多媒體應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)

多媒體技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用和發(fā)展，對(duì)保護(hù)自然資源，解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)的環(huán)境污染起著積極的作用。多媒體技術(shù)可以把操作條件要求苛刻的實(shí)驗(yàn)、或設(shè)備復(fù)雜且反應(yīng)速度慢的實(shí)驗(yàn)、或常規(guī)實(shí)驗(yàn)無法開展但又很重要的實(shí)驗(yàn)，生動(dòng)逼真表現(xiàn)出來，會(huì)取得較好的教學(xué)效果。比如可以用計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫模擬電解飽和食鹽水的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生氯氣的過程，讓學(xué)生從微觀的角度詮釋微粒的運(yùn)動(dòng)，并顯示兩極的變化，不僅可以收到比較好的實(shí)驗(yàn)效果，還可減少氯氣對(duì)學(xué)生和環(huán)境的損害。

教師可以開發(fā)或利用界面友好、操作方便的仿真實(shí)驗(yàn)室模擬軟件，實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。這樣既可以減少有毒有害試劑的使用，減少有毒的氣體或有毒廢液的排放，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)綠色化，減輕實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染，也能寓教于樂，很好地再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，充分體現(xiàn)和滲透綠色化學(xué)的理念。

［1］李 紅．在化學(xué)教學(xué)中進(jìn)行綠色化學(xué)教育的途徑 ［J］．考試周刊，2011，（21）：169-170．

［2］薛 瑩．STSE教育在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的滲透 ［D］．蘇州：蘇州大學(xué)，2011．

［3］李德華：綠色化學(xué)化工導(dǎo)論 ［M］．北京：科學(xué)出版社，2005．

［4］宋曉嵐，詹益興．綠色化工技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā) ［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005．

［5］單永奎．綠色化學(xué)的評(píng)估準(zhǔn)則 ［M］．北京：中國石化出版社，2006．