大學基礎(chǔ)化學實驗綠色化探索

劉二東

(曲阜師范大學 化學與化工學院，山東 曲阜 273100)

“科教興國”是我國一直執(zhí)行的一項基本國策，經(jīng)過多年的發(fā)展我國高校的規(guī)模越來越大，大學生的數(shù)量越來越多[1]。很多專業(yè)院校都需要開設(shè)化學相關(guān)課程，比如化工、生物、醫(yī)藥、農(nóng)林等專業(yè)都需要學習一些化學知識。隨著學習化學課程學生數(shù)量的大幅度增加，化學實驗中藥品消耗越來越多，帶來的環(huán)境污染越來越嚴重。某些大學的化學實驗室，距離很遠都能聞到刺鼻的藥品氣味，這一特點甚至成了學生辨別實驗室位置的工具，可見化學實驗帶來的環(huán)境污染問題已經(jīng)相當嚴重亟待解決。化學是現(xiàn)代科學體系中的一門基礎(chǔ)學科，在社會生活的很多行業(yè)和領(lǐng)域，化學都有著重要作用。在專業(yè)院校中開始化學課程，可以豐富學生的知識體系，提高科學研究的素質(zhì)和加強專業(yè)技能。化學實驗是化學教學體系中的重要組成部分，尤其當今重視實施素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育，大學院校普遍加大了實驗教學內(nèi)容[2]。在實驗課中，高校大學生通過對實驗現(xiàn)象的觀察，可以加深對化學反應(yīng)的理解和提高對化學原理的掌握。然而，開設(shè)化學實驗課由于要用到一些化學藥品和產(chǎn)生化學反應(yīng)，因此實質(zhì)上來說實驗課有兩面性: 在豐富了學生知識的同時，會對環(huán)境產(chǎn)生一定的破壞。和化學工廠相比，化學教學實驗雖然污染物排放量不大，但是多次累積聚少成多，其造成的污染不容忽視。

為了解決實驗教學中的污染問題，綠色化學實驗的理念在這些年逐步興起。綠色化學也叫做“環(huán)境友好化學”，通過名字可以知道綠色化學是為了保護環(huán)境改善環(huán)境而提出的[3]?！熬G色化學”提法第一次出現(xiàn)在20世紀90年代的美國。以后美國通過多種政策推廣此戰(zhàn)略，世界上其他一些國家也開始效仿推廣綠色化學。綠色化學很快發(fā)展成為一個世界性重要研究課題。綠色化學的核心理念是不要等已經(jīng)環(huán)境污染了再治理，而是從源頭入手盡量減少或避免出現(xiàn)污染環(huán)境問題[4]。綠色化學的重點可以總結(jié)為5R，即Reduction、Reuse、Recycling、Regeneration、Rejection五個方面。綠色化學通過減少用量、重復(fù)利用、再循環(huán)、再生、拒用危害品五個途徑來達到避免環(huán)境污染和保護環(huán)境的目的。在我國清華大學最先提出綠色化學實驗教學理念，之后許多大專院校相繼著手對化學實驗課程進行綠色化改造。經(jīng)過多年的研究與探索，我國高校在化學實驗教學綠色化方面已經(jīng)取得了很大的進步。

1 化學實驗教學綠色化的必要性

現(xiàn)代社會是以經(jīng)濟發(fā)展為特色的時代，隨著經(jīng)濟不斷進步貧富差距問題逐步顯現(xiàn)，社會的壓力使經(jīng)濟效益成為人們極度重視的問題。一些地方為了追求經(jīng)濟效益，盲目的擴大工業(yè)規(guī)模。不斷擴大的工廠特別是化學相關(guān)行業(yè)，產(chǎn)生了大量的廢棄物排放。一些工廠污染物排放控制不當，造成了巨大的環(huán)境污染。中國在社會經(jīng)濟的發(fā)展過程中很早就注意到了這個問題。堅持綠水青山就是金山銀山成為中國生態(tài)文明建設(shè)的指導(dǎo)思想。為了建設(shè)美麗的中國環(huán)境生態(tài)，全體社會都應(yīng)貢獻自己的力量，高等院校作為社會精英薈萃的地方更應(yīng)該為生態(tài)文明建設(shè)作出表率[5]?；瘜W實驗教學廢棄物排放量雖然不大，但是對環(huán)境的影響也不能忽視。在化學實驗的教學過程中，實驗活動應(yīng)該減少對資源的浪費，使實驗廢棄物排放對環(huán)境的污染最低，達到教學目標、環(huán)境保護和社會發(fā)展的統(tǒng)一。

化學是現(xiàn)代自然科學體系中的一門基礎(chǔ)學科，它的發(fā)展對提高人類社會的進步做出了巨大的貢獻，已被公認為支持未來社會發(fā)展的重要科學。讓學生掌握豐富的化學知識和一定的化學技能是化學和化學相關(guān)專業(yè)教學的重要目的?；瘜W是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，為了達到教學目的，除了理論課教學之外大量的實驗鍛煉是必不可少的。對于當今的化學教學，除了知識和技能的培養(yǎng)外，正確的觀念也是應(yīng)當重視的[6]。在整個教學設(shè)計和教學過程中，應(yīng)該加強對學生綠色化學觀念的培養(yǎng)?；瘜W實驗教師應(yīng)該讓學生知道，人類社會的發(fā)展不能以破壞生態(tài)環(huán)境為代價。學生進行實驗操作，應(yīng)該了解實驗注意事項，知道相關(guān)化學試劑的毒性和環(huán)保影響。學生樹立了綠色實驗觀念，在實驗過程中就會自覺的注意相關(guān)操作，對于實驗廢棄物也會正確的排放和回收。除了課堂上時間之外，在工作生活中，正確的觀念也會促使學生注意保護環(huán)境，為踐行科學發(fā)展觀做貢獻。

2 化學實驗教學綠色化的途徑

2.1 加強實驗管理和配套服務(wù)

化學實驗教學的綠色化是一個系統(tǒng)工程，單憑教師和學生做好是不能將實驗綠色化工作徹底和完美完成的。為了實驗教學綠色化開展，首先應(yīng)該做好實驗教學的配套服務(wù)和管理工作。有的化學實驗室根本沒有配備實驗廢液廢渣的回收設(shè)施，那么學生做化學實驗產(chǎn)生化學廢液只能倒入下水道，產(chǎn)生化學廢渣只能倒入垃圾桶，如果化學廢棄物有毒，那么就會造成環(huán)境污染。近年來部分化學實驗室意識到這個問題，開始在實驗室配備專門的化學廢液廢渣回收設(shè)施，化學實驗產(chǎn)生的液體固體廢棄物就不會進入下水道和生活垃圾中，這樣就為化學廢棄物的處理提供了有力的基礎(chǔ)保障?；瘜W實驗廢棄物經(jīng)過適當?shù)奶幚?，就不會對環(huán)境造成污染。做好實驗室的配套措施后，還要加強管理。對于化學實驗室要制定詳細使用制度和廢棄物排放要求，使用實驗室的人員都要遵守相關(guān)制度，這樣才能保證實驗室的正常運行。

2.2 改進實驗教學方法和技術(shù)

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)已經(jīng)極大的改變了人們的生活，在化學實驗教學中虛擬仿真實驗也得到了大量的應(yīng)用?；瘜W仿真實驗通過計算機程序模仿傳統(tǒng)實驗的化學反應(yīng)關(guān)系，以三維動畫形式展現(xiàn)實驗現(xiàn)象。虛擬仿真實驗是實驗教學技術(shù)的一項重大革新，是化學實驗綠色化的一個重要手段。在虛擬仿真實驗室中，學生仍然可以觀察到實驗現(xiàn)象，同時也可以親自操作。就是說，學生通過虛擬仿真實驗同樣可以學到實驗知識和部分技能。但是虛擬仿真實驗并不需要真正用到化學試劑，也不會真的有化學產(chǎn)品產(chǎn)生，從這個方面看，虛擬仿真實驗對環(huán)境是零污染的。虛擬仿真實驗的另外一個好處是成本非常低，如果學生一次沒有掌握，很容易大量重復(fù)的練習并且不消耗化學藥品。對于一些污染過于嚴重或者危險過大的實驗，傳統(tǒng)實驗教學一般不會開展。利用虛擬仿真技術(shù)，就可以開展這些實驗，增加學生的知識和技術(shù)。

2.3 優(yōu)化實驗教學內(nèi)容

基礎(chǔ)化學在很多行業(yè)都要用到，因此很多大學專業(yè)都需要開設(shè)化學實驗課程。參與化學實驗學習的學生多，每學期開設(shè)的實驗課程多，所需要的化學試劑種類多數(shù)量大，實驗產(chǎn)生的廢棄物五花八門且部分污染性強。大學化學實驗具有嚴格的“量”的概念，如果某個數(shù)量錯誤就容易導(dǎo)致實驗失敗。由于實驗內(nèi)容要求嚴格，近幾十年來化學實驗教材很少有大的改變。長期以來，學生做化學實驗時，也是按教材進行操作。為了加強環(huán)境保護，貫徹科學發(fā)展觀，新時代的化學實驗應(yīng)該符合綠色化要求。對于一個化學教學實驗可能有多種實驗方法可供選 擇，應(yīng)當首先選擇那些對環(huán)境沒有污染的方法。在制定教學方案時,在不影響教學質(zhì)量的前提下,盡量選擇化學毒性小、廢棄物少的實驗。教師還可以嘗試把廢棄物處理加入到實驗中,選擇合適的廢棄物處理方案,讓學生參與廢棄物處理的過程。這樣不但減少了污染物排放,還能提高學生的環(huán)保意識和動手能力。

3 結(jié)語

21世紀的人類社會是科技高度發(fā)展文明程度非常先進的時代。未來人類社會應(yīng)該走可持續(xù)發(fā)展的道路，不能夠為了一時的利益而破壞生態(tài)環(huán)境。綠色化實驗教學提升了高等教育的質(zhì)量，同時也加大了對實驗教師的要求?；瘜W實驗教師應(yīng)以高度的責任感和極大的熱情投身于綠色實驗教學的發(fā)展中，培養(yǎng)學生建立綠色化學的意識，促進學生綜合素質(zhì)提高，為國家和社會的科學發(fā)展做出偉大的貢獻。