綠色創(chuàng)新型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式構(gòu)建與實(shí)踐

向 麗

(重慶師范大學(xué) 重慶沙坪壩 401331)

一、實(shí)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式綠色創(chuàng)新的意義

近年來，隨著國家素質(zhì)教育要求的發(fā)展，對(duì)于高校人才的培養(yǎng)，不再局限于知識(shí)理論的培養(yǎng)，且不能單一地培養(yǎng)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)的傳統(tǒng)型學(xué)生。對(duì)于高素質(zhì)學(xué)生的培養(yǎng)，應(yīng)該有一個(gè)基礎(chǔ)型學(xué)生向綜合型學(xué)生轉(zhuǎn)化，綜合型學(xué)生向創(chuàng)新型學(xué)生的邁進(jìn)的過程。對(duì)于有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，高校應(yīng)該立足于更高的、培養(yǎng)全面創(chuàng)新型人才的遠(yuǎn)大目標(biāo)，才能夠建立起完善的課程體系，更新綠色的硬件設(shè)施，進(jìn)行全面的隊(duì)伍建設(shè)，最終展示出優(yōu)秀的教學(xué)成果。[1]

(一)改變現(xiàn)有教學(xué)模式弊端

有機(jī)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革和對(duì)于實(shí)踐的能力培養(yǎng)，能夠有效改變現(xiàn)有的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)弊端。傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和其它專業(yè)課的教學(xué)一樣，規(guī)整但是死板，學(xué)習(xí)期間遵循著預(yù)習(xí)、聽課、實(shí)驗(yàn)，報(bào)告以及批閱的過程。這種教學(xué)模式限制了學(xué)生的想象力，將學(xué)生局限于課堂和實(shí)驗(yàn)臺(tái)前，沒有真正地投入到有機(jī)化學(xué)的研究中去，以至于教學(xué)的效率低，對(duì)學(xué)生作用小。

綠色創(chuàng)新的教學(xué)模式帶入到有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有助于形成翻轉(zhuǎn)課堂，實(shí)踐教學(xué)，慕課教學(xué)等新的信息化教學(xué)模式。這種教學(xué)模式在于信息手段的引入和信息技術(shù)的應(yīng)用，更加提倡無紙化辦公，有助于綠色創(chuàng)意在課堂上的推行。同時(shí)，翻轉(zhuǎn)課堂或者慕課這樣的信息技術(shù)教育模式，提升了教學(xué)中老師和學(xué)生之間的互動(dòng)關(guān)系。學(xué)生向老師進(jìn)行請(qǐng)教問題，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索的機(jī)會(huì)增加了，能夠有效地解決部分學(xué)生動(dòng)手能力差，不便于實(shí)踐等情況的發(fā)生。慕課教育更是方便學(xué)生隨時(shí)隨地進(jìn)行知識(shí)的探索和研究，能夠增添學(xué)生的興趣，提升學(xué)生的教學(xué)參與感。

(二)增添綠色環(huán)保意識(shí)

現(xiàn)有的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在著很大的污染弊端，從原料上到實(shí)驗(yàn)耗材上，以及實(shí)驗(yàn)的影響上，都存在一定的污染性，甚至有些實(shí)驗(yàn)的衍生物是有致癌性的。這對(duì)于老師和學(xué)生們的健康安全是一種威脅，對(duì)環(huán)境是一種不良的影響，同時(shí)對(duì)于處于教育中的學(xué)生的環(huán)保意識(shí)是一種錯(cuò)誤的示范。

學(xué)校在進(jìn)行有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排時(shí)，就要充分地考慮到以上問題，盡可能地做到從原料開始的綠色化，實(shí)驗(yàn)不鋪張浪費(fèi)，實(shí)驗(yàn)有串聯(lián)性，提高資源利用率等等，從根本上做到“綠色”實(shí)驗(yàn)。

二、綠色創(chuàng)新型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式構(gòu)建

(一)構(gòu)建教學(xué)綠色創(chuàng)新應(yīng)用的硬件設(shè)施

要做到“綠色創(chuàng)新”，首先要有“綠色創(chuàng)新”的設(shè)備。近年來，隨著高校教育設(shè)備的投入，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)條件得到了顯著的提高。除了新建的實(shí)驗(yàn)樓以外，高校也增設(shè)了多種實(shí)驗(yàn)設(shè)施。這正是國家鼓勵(lì)實(shí)踐代學(xué)的體現(xiàn)。高校在選擇購買有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備時(shí)，要注意進(jìn)行綠色化學(xué)方面的考量，從創(chuàng)新型和實(shí)踐性的角度來選擇儀器。硬件設(shè)備的提升，要保證綠色創(chuàng)新型的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)。反應(yīng)裝置要能夠反復(fù)優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)過程要盡可能微量化、小量化，綠色化，同時(shí)對(duì)學(xué)生來說安全性更高。[2]

(二)構(gòu)建教學(xué)綠色創(chuàng)新應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)材料

設(shè)施的完善之后，就需要對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行一個(gè)把控。實(shí)驗(yàn)材料包括原材料、催化劑、溶劑等等。每一個(gè)原料類別都要保證材料的準(zhǔn)確性以及實(shí)驗(yàn)的安全性。

1.原料的綠色化

我們要尋找無毒或低毒的原料產(chǎn)品進(jìn)行替代原有的原材料。例如，“溴苯的制備”中，原有材料液溴和苯都是有毒性的化學(xué)原料，并且液溴本身就具有強(qiáng)腐蝕性。這種實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)較高，不適合在課堂實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)中，我們將原材料換成具有同樣化學(xué)原色的正丁醇和溴化鈉，同樣能夠完成溴苯的制備的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

我們要充分地發(fā)揮有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的原料的豐富性，降低原料使用中的危險(xiǎn)。

2.催化劑的綠色化

傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的催化劑有HF、H2SO4、NaOH等等。這些催化劑有一些共同的特性，就是在試驗(yàn)中存在分離的困難，造成實(shí)驗(yàn)設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重，還有產(chǎn)生大量的廢液廢渣，造成后續(xù)的環(huán)境污染問題等等。為了達(dá)成有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的綠色創(chuàng)新，在實(shí)驗(yàn)中，我們可以引入一些新型的催化劑，比如雜多酸，替代傳統(tǒng)的硫酸或者磷酸，不僅可以提高催化速率，還能夠去掉硫酸的高危險(xiǎn)性。

3.溶劑的綠色化

傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑，如鹵代烴、苯類和醚類等，都具有高揮發(fā)性和毒性，在后期回收中會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。在替代這部分的實(shí)驗(yàn)中，我們可以采取無溶劑有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行替代，完美地解決了溶劑危險(xiǎn)和不環(huán)保的問題。例如，“苯乙酮和對(duì)甲基苯甲醛的Aldol縮合”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中不需要進(jìn)行溶劑的添加，只要在常溫、無溶劑的條件下，經(jīng)過簡(jiǎn)單的研磨就可以完成目標(biāo)產(chǎn)品，實(shí)驗(yàn)時(shí)長只有2小時(shí)左右。

(三)構(gòu)建教學(xué)綠色創(chuàng)新應(yīng)用的產(chǎn)品

1.目標(biāo)產(chǎn)品的綠色化

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中產(chǎn)生的化學(xué)產(chǎn)品，應(yīng)該具有合理的使用功能和使用價(jià)值，并且能夠進(jìn)行回收、利用，甚至是再生，在回收使用的過程中，應(yīng)該保證是對(duì)人體無毒無害的產(chǎn)品。這類化學(xué)產(chǎn)品在使用報(bào)廢后，也不應(yīng)該出現(xiàn)對(duì)自然環(huán)境的危害。我們只有完成這些條件的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，才能夠說是綠色創(chuàng)新的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品綠色化的實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)在部分學(xué)校進(jìn)行了開設(shè)學(xué)習(xí)，例如，“制備阿司匹林” “葉綠素的提取”等等。這些實(shí)驗(yàn)更能夠貼近高校學(xué)生的生活，實(shí)際應(yīng)用性較高，而且產(chǎn)生的產(chǎn)品綠色。

2.副產(chǎn)品的綠色化

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅產(chǎn)生目的產(chǎn)品，多數(shù)情況也會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)品的氣體或者液體。這類副產(chǎn)品一旦具有不可回收的污染性或?qū)τ谌梭w有害，都是會(huì)造成傷害的。因此，我們?cè)谶M(jìn)行有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要對(duì)產(chǎn)生的副產(chǎn)品進(jìn)行一個(gè)綠色工藝流程。這個(gè)綠色工藝流程，一是通過合理的替代品，在實(shí)驗(yàn)過程中，既能保證目的產(chǎn)品的生成，同時(shí)又可以保證產(chǎn)生的副產(chǎn)品無毒無害；二是對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)品有害的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行對(duì)副產(chǎn)品的有效處理。這個(gè)處理，要對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的廢棄、廢液、廢固體等有毒有害物質(zhì)進(jìn)行物理方法，或者化學(xué)方法的處理。主要的處理方法有，用化學(xué)溶液吸收、合成無毒物，活性炭吸收，燃燒爐進(jìn)行完全燃燒等等。另外，對(duì)于試驗(yàn)中可能產(chǎn)生的廢酸、廢堿等物質(zhì)，要宣導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行固定的廢液桶回收，然后經(jīng)過中和達(dá)到中性值后，才能進(jìn)行排放。

(四)構(gòu)建教學(xué)綠色創(chuàng)新應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)類型

在設(shè)計(jì)教學(xué)新型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們要注意以綠色化學(xué)為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)出具有學(xué)術(shù)前沿性，特點(diǎn)性和創(chuàng)新性的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)才能夠讓教學(xué)內(nèi)容更加地貼近生活，并保證科研能力，給學(xué)生帶來趣味性。

1.巴比妥酸衍生物的合成

巴比妥酸衍生物在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用十分廣泛，最廣為人知的就是作為鎮(zhèn)靜類藥物、安眠類藥物和麻醉藥物的使用。設(shè)計(jì)巴比妥酸衍生物的實(shí)驗(yàn)，可以訓(xùn)練學(xué)生的無水操作能力和對(duì)活潑金屬的使用，同時(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為安全環(huán)保。

2.多取代噁唑環(huán)合成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

多取代噁唑環(huán)合成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)于將實(shí)驗(yàn)室研究成果轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新型的實(shí)驗(yàn)有著很重要的意義。合成天然化合物中存在的雜環(huán)，對(duì)于學(xué)生掌握科研知識(shí)，溶劑中處理方法，反應(yīng)底物的制備都有很重要的作用。

(五)構(gòu)建教學(xué)綠色創(chuàng)新應(yīng)用的教學(xué)類型

如果想對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新的開發(fā)，綠色的擴(kuò)展，我們就不能局限于一種單一的教學(xué)模式，應(yīng)該更加關(guān)注新型的教育理念和教育方法。

多媒體信息化教學(xué)的融入就是一種非常好的方式。這種方式結(jié)合了高度信息化的設(shè)備和理念，更加吸引現(xiàn)代學(xué)生的興趣，更能夠在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起到推波助瀾的作用。

三、結(jié)束語

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要的是提升學(xué)生的動(dòng)手和設(shè)計(jì)創(chuàng)新的能力，同時(shí)也要保證教學(xué)內(nèi)容的綠色創(chuàng)新。我們只有在增強(qiáng)了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)原料、設(shè)備、產(chǎn)品等方面的綠色化和創(chuàng)新化，才能夠?yàn)楦嗟男滦偷挠袡C(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)提供方向，實(shí)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新的開展。