工科高校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化教學(xué)

孟令強(qiáng) 楊紹娟 劉雪凌 于翠 周學(xué)才

【摘 ?要】介紹在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中注重綠色化學(xué)的觀念，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，促進(jìn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化改革，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能得到鍛煉和提高。

【關(guān)鍵詞】有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化 ?教學(xué) ? 工科高校

【中圖分類號(hào)】G ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】0450-9889（2015）02C-0147-02

保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展已成為全社會(huì)的共識(shí)，環(huán)境保護(hù)需要綠色化學(xué)，綠色化學(xué)成為了當(dāng)今化學(xué)與化工領(lǐng)域的熱點(diǎn)和重要科技前沿。人們提出了綠色化學(xué)的“5R”原則：Reduction，減量，即減少“三廢”排放;Reuse，重復(fù)利用，諸如化學(xué)工業(yè)過程中的催化劑、載體等;Recycling，可實(shí)現(xiàn)“省資源、減成本”的要求;Regeneration，即變廢為寶、節(jié)省資源、減少污染的有效途徑;Rejection，即對(duì)一些無法替代，又無法回收，有毒副作用及污染作用明顯的原料，拒絕在化學(xué)過程中使用。

培養(yǎng)和造就具有綠色化學(xué)思想觀念，并掌握綠色化學(xué)理論、方法、技術(shù)的具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的新一代大學(xué)生，應(yīng)成為高校人才培養(yǎng)的目標(biāo)，綠色化學(xué)教育已經(jīng)受到有關(guān)高校的重視。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高校化學(xué)、化工、制藥等專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是學(xué)生驗(yàn)證理論、提高技能、鍛煉科研能力的重要途徑，但有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生三廢，對(duì)環(huán)境造成危害，還會(huì)損害師生的健康。以下對(duì)工科高校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化教學(xué)進(jìn)行了探究。

一、教學(xué)內(nèi)容

首先合理選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，然后重排實(shí)驗(yàn)順序，達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生相應(yīng)實(shí)驗(yàn)技能的目的，更彰顯了綠色化學(xué)的思想理念。例如把“從茶葉中提取咖啡因”等綠色化實(shí)驗(yàn)引入到教學(xué)中。其次設(shè)計(jì)新的合成路線，改變?cè)稀⑷軇?、試劑、催化劑等，從源頭上實(shí)現(xiàn)綠色化。例如“合成己二酸”實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)方法中使用濃HNO3作氧化劑會(huì)產(chǎn)生有毒的氮的氧化物氣體，用KMnO4作為氧化劑會(huì)產(chǎn)生MnO2沉淀，影響反應(yīng)收率，后處理繁瑣，而且兩個(gè)反應(yīng)劇烈難控制。我們采用環(huán)己烯為底物，以過氧化氫為氧化劑，磷鎢雜多酸為催化劑，反應(yīng)條件溫和，沒有有毒氣體的排放，催化劑可回收，后處理簡單，產(chǎn)率也有所提高。再次，對(duì)有些危害較小的反應(yīng)，對(duì)裝置等進(jìn)行了改進(jìn)，例如在1-溴丁烷的制備中會(huì)產(chǎn)生溴化氫，易揮發(fā)，可用水吸收或用氣袋封口。

二、教學(xué)模式

（一）半微量和微量實(shí)驗(yàn)

學(xué)校根據(jù)現(xiàn)有條件將部分實(shí)驗(yàn)改為半微量和微量實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橛袡C(jī)試劑儲(chǔ)存存在安全隱患，還存在試劑揮發(fā)而引起的環(huán)境污染和資金浪費(fèi)等問題。對(duì)此，我們?cè)诒ＷC實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的基礎(chǔ)上，使藥品用量由常量向微量發(fā)展。不但達(dá)到了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，更節(jié)省了時(shí)間和實(shí)驗(yàn)藥品，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能提高，同時(shí)減少了試劑的損失和污染物的排放，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的作風(fēng)，使學(xué)生理解少量、半微量實(shí)驗(yàn)的意義，逐步樹立綠色化學(xué)和環(huán)保意識(shí)。

（二）輔助教學(xué)手段

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式使得學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)并不能主動(dòng)地深入思考，限制了課堂活動(dòng)范圍，所以應(yīng)增設(shè)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，并加大老師與學(xué)生們的互動(dòng)環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力。因此，對(duì)于毒性大、反應(yīng)條件苛刻、反應(yīng)時(shí)間長的實(shí)驗(yàn)，尤其是特殊的反應(yīng)，如低壓催化氫化反應(yīng)、高溫高壓實(shí)驗(yàn)、無水無氧反應(yīng)等，可用多媒體教學(xué)或者觀看教學(xué)影像等輔助手段來代替，既讓學(xué)生學(xué)到了知識(shí)，又符合綠色化的要求。

（三）設(shè)計(jì)連續(xù)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和課外化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

首先，設(shè)計(jì)連續(xù)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。 現(xiàn)行有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置缺乏“綠色化”的原則，是“孤立型”實(shí)驗(yàn)，缺乏連貫性。鑒于此，我校較為合理地調(diào)整了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)順序，盡量使用具有綠色化學(xué)理念的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如把溴乙烷的制備與2-甲基-2-丁醇及乙苯的制備聯(lián)系起來，用制得的溴乙烷制備2-甲基-2-丁醇和乙苯。這種方法既可以使學(xué)生對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都能認(rèn)真操作，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，養(yǎng)成學(xué)生節(jié)約的良好習(xí)慣，更重要的是體現(xiàn)了綠色化學(xué)教育的思想。

其次，開展課外化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。老師應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，嚴(yán)格要求學(xué)生認(rèn)真查閱相關(guān)資料，對(duì)實(shí)驗(yàn)藥品的物理常數(shù)、毒性、污染機(jī)理、污染物的防治等多加了解，并設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案，然后組織學(xué)生討論，老師審查方案的合理性。

三、教學(xué)思維

首先，要求教師自身有綠色化思想，有環(huán)保意識(shí)，有責(zé)任意識(shí)，了解各種廢棄物排放的標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)?shí)驗(yàn)室排放的廢水、廢氣、廢渣進(jìn)行控制和治理。

其次，提倡綠色化學(xué)教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中貫徹綠色化教學(xué)思想。不僅要讓學(xué)生知道物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)方程式這些基本的化學(xué)知識(shí)，還要讓他們知道這些物質(zhì)在本質(zhì)上對(duì)環(huán)境有何影響，如何正確防止危害，如何減少廢棄物的排放和有毒物質(zhì)的生成，（下轉(zhuǎn)第162頁）（上接第147頁）甚至如何提高原子使用率。

四、“三廢”規(guī)章制度

首先，對(duì)廢氣、廢渣、使用過的溶劑等分類進(jìn)行回收。實(shí)驗(yàn)室廢氣，可用帶有廢氣處理的通風(fēng)櫥處理，或用水或堿液等進(jìn)行吸收。溶劑的用量必須保證回收利用率，個(gè)別不能循環(huán)利用的要進(jìn)行收集并做集中處理。用量較大的溶劑可采取純化處理后回收再利用。例如，“從茶葉中提取咖啡因”需要用到很多工業(yè)酒精做溶劑，應(yīng)該考慮工業(yè)酒精重復(fù)再利用， 同時(shí)回收的酒精下一批次實(shí)驗(yàn)?zāi)芾^續(xù)使用，以好的產(chǎn)品和酒精的回收率作為此實(shí)驗(yàn)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。固體原料一律回收?？梢曰厥绽玫墓腆w要進(jìn)行回收，如柱色譜實(shí)驗(yàn)中的氧化鋁，用后洗凈回收，活化后再用。不能進(jìn)行綜合利用的固體產(chǎn)物要先回收再進(jìn)行無毒化處理，倒入指定地點(diǎn);有毒廢渣要放入廢物瓶中，與水泥混合，固化以后深埋于指定地下。

其次，在實(shí)驗(yàn)班級(jí)中建立流動(dòng)值日小組，負(fù)責(zé)當(dāng)次的衛(wèi)生值日，還要利用課余時(shí)間對(duì)回收的廢液、廢渣進(jìn)行處理，處理的方法、步驟、效果作為實(shí)驗(yàn)考核平時(shí)成績的一部分。不但處理了“三廢”，也增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和責(zé)任心。

由此可見，綠色化學(xué)是一種具有實(shí)用價(jià)值的創(chuàng)造性思想，是有機(jī)化學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容的改革和更新。通過對(duì)工科高校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化教學(xué)改革的嘗試，綜合教學(xué)形式、內(nèi)容、管理和規(guī)章制度等的探索，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，同時(shí)使實(shí)驗(yàn)過程更加綠色化。我們從一點(diǎn)一滴入手，不斷探究綠色化的教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化綠色化教育和環(huán)保意識(shí)，從根本上杜絕污染源，逐步實(shí)現(xiàn)高校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綠色化。

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（責(zé)編 丁 ?夢(mèng)）