綠色化學(xué)理念下的高校化學(xué)實驗教學(xué)與人才培養(yǎng)

張瑞霞 張坤 尹延斌 于宏達

摘? 要 人才培養(yǎng)是高校的中心工作，堅持立德樹人，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，是高校的立校之本、發(fā)展之基。實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的重要手段，能夠激發(fā)學(xué)生專業(yè)興趣，提高專業(yè)素養(yǎng)和人才培養(yǎng)質(zhì)量。在高等化學(xué)教育中融入綠色化學(xué)教育理念，培養(yǎng)具有安全意識、環(huán)保意識和實踐創(chuàng)新能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，是當前化學(xué)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞 綠色化學(xué);實驗教學(xué);人才培養(yǎng);高校;實驗室;仿真實驗

中圖分類號：G642.423? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）10-0118-03

Abstract Talent cultivation is the central work of universities. It is the foundation of the establishment and development of universities to insist on cultivating morality and improving the quality of talent training comprehensively. Experimental teaching is an important means to cultivate students practical ability and innovative ability， which can stimulate students professional interest， improve their professional quality and talent training quality. The key to the culti-vation of chemical talents is to integrate the concept of green chemistry education into higher chemistry education and to cultivate high-qua-lity applied talents with safety awareness， environmental protection awareness and practical and innovative ability.

Key words green chemistry; experimental teaching; talent cultiva-tion; universities; lab; simulation experiment

1 前言

化學(xué)深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展的各個方面，與人們的生活息息相關(guān)。醫(yī)藥、燃料、食品、肥料、農(nóng)藥的生產(chǎn)都依賴于化學(xué)，化學(xué)在改變世界、創(chuàng)造價值的同時，也帶來污染和副作用，如空氣污染、土壤污染、水污染、氣候異常等，對人們賴以生存的環(huán)境、生態(tài)平衡造成嚴重的負面影響，也對人們的健康造成一定危害。因此，科學(xué)家提出綠色化學(xué)、綠色化工的概念。綠色化學(xué)又稱環(huán)境友好化學(xué)、清潔化學(xué)，是一門從源頭上、從根本上減少或消除污染的化學(xué)[1]。綠色化學(xué)是可持續(xù)發(fā)展的新科學(xué)和新技術(shù)，是對傳統(tǒng)化學(xué)思維的創(chuàng)新和發(fā)展，是化學(xué)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路[2]。

2 宣傳綠色化學(xué)理念，培養(yǎng)綠色化學(xué)人才

化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)的目標是培養(yǎng)具有堅實的化學(xué)基礎(chǔ)，掌握化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究、新產(chǎn)品研制與開發(fā)的技能，能在化學(xué)化工相關(guān)領(lǐng)域、行業(yè)從事研究、開發(fā)、生產(chǎn)和管理的專業(yè)型、應(yīng)用型與創(chuàng)新型人才?；瘜W(xué)專業(yè)畢業(yè)生將來會分布到社會的各個領(lǐng)域，在化工、農(nóng)藥、醫(yī)藥、食品、肥料等各行各業(yè)的生產(chǎn)與管理中發(fā)揮作用。對化學(xué)專業(yè)大學(xué)生進行綠色化學(xué)教育具有重要的現(xiàn)實意義。高校要加大綠色化學(xué)理念的宣傳，舉辦關(guān)于綠色化學(xué)的講座或?qū)ｎ}報告，利用微信等多媒體宣傳優(yōu)勢，加強網(wǎng)絡(luò)宣傳，深入宣傳綠色化學(xué)理念，提高教師和學(xué)生的環(huán)保意識。最重要的是在人才培養(yǎng)過程中培養(yǎng)師生綠色化學(xué)理念，將綠色化學(xué)教育貫穿于人才培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)，從理論教學(xué)到實驗教學(xué)、實踐教學(xué)。高校要優(yōu)化專業(yè)課程體系，把綠色化學(xué)理念融入人才培養(yǎng)方案，著力培養(yǎng)大學(xué)生的綠色化學(xué)和理念。

3 加強綠色化學(xué)教育，牢固樹立安全意識、環(huán)保意識和可持續(xù)發(fā)展意識

高?；瘜W(xué)實驗室安全與環(huán)保問題關(guān)系師生生命安全和身體健康，是學(xué)生成長成才和教育事業(yè)發(fā)展的基本保障。近年來，高校實驗室安全事故時有發(fā)生，各類安全事故觸目驚心[3]?；瘜W(xué)實驗室危險物品種類繁多，諸多安全隱患不容忽視。切實提高師生的安全意識，增強安全防護能力，防污染及?；加谖慈?，就需要推進綠色化學(xué)實驗教學(xué)。許多國外實驗室管理體制完善、管理到位、科學(xué)嚴謹，能更好地為人才培養(yǎng)和師生科研創(chuàng)新提供堅強的安全保障。程敬麗等報道了美國大學(xué)化學(xué)實驗室的管理與啟示，在美國密西根大學(xué)訪學(xué)期間親身經(jīng)歷了美國化學(xué)實驗室管理的科學(xué)高效與嚴謹規(guī)范[4]。國內(nèi)化學(xué)實驗室的污染及安全問題已引起教育部門和高校的高度重視，全面開展綠色化學(xué)實驗教學(xué)是從源頭減少污染、提高人才培養(yǎng)安全意識和環(huán)保意識的有效途徑。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境污染問題日益突出，綠色環(huán)保是社會可持續(xù)發(fā)展的根本所在。培養(yǎng)環(huán)保意識將使人們的行為具有保護環(huán)境的自覺性和目的性。大學(xué)生是時代的先鋒，保護地球，保護生命，保護綠色，保護人們賴以生存的環(huán)境，維護生態(tài)平衡，促進人與自然的和諧、可持續(xù)發(fā)展，也是青年學(xué)子的責(zé)任與使命。傳統(tǒng)的環(huán)境保護方法是污染的末端治理，綠色化學(xué)的目標是化學(xué)過程不產(chǎn)生污染，是一種從源頭上治理污染的方法[5]，其本質(zhì)是資源合理利用、有效利用，盡可能避免污染、避免環(huán)境副作用產(chǎn)物。在化學(xué)實驗教學(xué)中進行綠色化學(xué)理念的滲透，在實驗過程中降低環(huán)境污染，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識、可持續(xù)發(fā)展意識和社會責(zé)任感，從而提高人才的培養(yǎng)質(zhì)量和社會效益。

4 推進綠色化學(xué)實驗教學(xué)，提高實驗教學(xué)質(zhì)量和效益

化學(xué)是自然科學(xué)中的基礎(chǔ)學(xué)科，隨著高等教育的發(fā)展，化學(xué)相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)數(shù)量急劇增加。高?；瘜W(xué)教學(xué)實驗室承擔的實驗任務(wù)愈加繁重，包括專業(yè)實驗和基礎(chǔ)化學(xué)實驗，實驗項目多，內(nèi)容覆蓋范圍廣，儀器設(shè)備多，試劑種類多，實驗所需試劑量大，造成的污染也不容忽視。踐行綠色化學(xué)理念，實施綠色化學(xué)實驗教學(xué)，從源頭減少化學(xué)實驗室污染，切實提高實驗教學(xué)質(zhì)量和效益，實現(xiàn)實驗教學(xué)綠色化，具有深遠的意義。

開展綠色化學(xué)實驗教學(xué)，建立綠色化學(xué)實驗教學(xué)體系? 任課教師從綠色化學(xué)視角，改變不注重環(huán)保的粗放型實驗教學(xué)模式，優(yōu)化實驗教學(xué)，提高實驗教學(xué)效益。在實驗教學(xué)中遵循綠色化學(xué)十二基本原則[6]，并在實驗教學(xué)中實施和應(yīng)用“減量、重復(fù)使用、拒用、回收、再生”的5R原則[7]。

在化學(xué)實驗教學(xué)中積極開展綠色化學(xué)教育的探索和實踐，加強實驗教學(xué)研究，改革教學(xué)內(nèi)容，改進污染較重、實際意義相對較小的實驗項目，實現(xiàn)實驗內(nèi)容綠色化，建立綠色化學(xué)實驗教學(xué)體系。實驗內(nèi)容綠色化主要包括化學(xué)試劑的綠色化、溶劑的綠色化、催化劑的綠色化、化學(xué)反應(yīng)的綠色化、反應(yīng)產(chǎn)物的綠色化[8]。試劑選擇上要綠色環(huán)保，從源頭上最大限度減少污染，實現(xiàn)實驗教學(xué)的綠色化。在實驗方法上不斷研究新方法、新裝置，使實驗教學(xué)成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

實施串聯(lián)組合實驗，開展微型化、半微型化實驗? 用綠色化學(xué)的觀念改進傳統(tǒng)實驗項目，分析實驗減量，制備實驗小量，基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、設(shè)計實驗也遵循減量的原則，建立綠色小型化實驗教學(xué)體系。在某一課程體系內(nèi)部巧妙實施串聯(lián)組合實驗，實現(xiàn)小型儀器、試劑和產(chǎn)物的合理循環(huán)利用。根據(jù)實驗內(nèi)容和實驗?zāi)康?，對實驗項目進行微型化實驗設(shè)計和半微型化實驗設(shè)計。在設(shè)計過程中，從儀器規(guī)格、試劑用量、操作時間等方面進行常量、微型化、半微型化實驗對比研究。微型化實驗在基礎(chǔ)化學(xué)實驗中效果更為明顯，采用劑量化的微型實驗，可以有效減少試劑用量和資源消耗，減少污染物和實驗廢棄物質(zhì)產(chǎn)生，能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)效果與節(jié)約實驗藥品、減少實驗廢棄物質(zhì)的統(tǒng)一，符合綠色化學(xué)理念，有利于培養(yǎng)學(xué)生的資源節(jié)約意識和環(huán)保意識。

采用現(xiàn)代化多媒體輔助教學(xué)手段，開展化學(xué)仿真實驗等，提高實驗教學(xué)質(zhì)量? 加強實驗室軟硬件建設(shè)，建設(shè)現(xiàn)代化實驗室，采用多媒體輔助教學(xué)、開展化學(xué)仿真實驗等，從而達到減少用量、減少“三廢”，保護環(huán)境的目的。學(xué)生通過化學(xué)仿真實驗對實驗內(nèi)容和原理進行學(xué)習(xí)，避免了化學(xué)試劑和儀器設(shè)備的投入，實現(xiàn)零排放和零污染。因此，開展化學(xué)仿真實驗是實現(xiàn)化學(xué)實驗室綠色環(huán)?；囊粭l重要途徑[9]。為保障實驗教學(xué)效果，可以采用線上仿真實驗和線下操作實驗相結(jié)合的方式，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

規(guī)范化學(xué)實驗室“三廢”物資管理與處置? 實驗教學(xué)中會有化學(xué)試劑的大量應(yīng)用以及實驗廢棄物質(zhì)的大量產(chǎn)生，規(guī)范實驗室“三廢”處理極為重要。對于實驗產(chǎn)生的廢棄物，應(yīng)遵循分類收集、分類存放、分類處理的原則，在確保安全的前提下，妥善處理。對于廢液，應(yīng)該分類存放于專用的廢液桶中，要做到標簽清晰，廢棄物性質(zhì)標識正確，并妥善保存，定期交由學(xué)校分管部門或有回收資質(zhì)的公司集中處理。對于常見的廢液，可以利用中和、化學(xué)沉淀、氧化還原、萃取等手段進行處理[10]。酸性、堿性廢液按其化學(xué)性質(zhì)，分別進行中和后處理。酸類用碳酸鈉溶液或氫氧化鈣溶液中和，堿類用稀鹽酸溶液中和。對于有機廢物，應(yīng)分類收集于指定的廢液桶中，定期集中處理，進行回收、轉(zhuǎn)化、燃燒等處理。

5 加強實驗室管理制度建設(shè)，構(gòu)建綠色化學(xué)實驗教學(xué)中心安全與環(huán)保管理模式

化學(xué)實驗教學(xué)中心作為實驗教學(xué)的重要場所，加強中心的綠色化建設(shè)與管理，促進實驗教學(xué)中心安全高效運行，對于提高實驗教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量至關(guān)重要。高?；瘜W(xué)實驗教學(xué)中心的管理理念應(yīng)該堅持以人為本，服務(wù)教學(xué)，安全第一，綠色共享。實驗中心涵蓋了實驗室安全管理、實驗技術(shù)隊伍建設(shè)與管理、儀器設(shè)備管理和維護、實驗室?；放c低值易耗品管理等諸多方面。關(guān)鍵是要加強實驗室管理制度的深入研究，形成科學(xué)完善的實驗室管理制度并逐步實施，實現(xiàn)實驗室資源高效整合利用，細化藥品登記制度和安全管理制度，積極推動實驗室安全教育培訓(xùn)制度和安全準入制度。加強實驗技術(shù)隊伍建設(shè)，提高實驗技術(shù)人員專業(yè)素質(zhì)和思想素質(zhì)，調(diào)動教師、學(xué)生、實驗室管理人員三方面的積極性，共同營造高效綠色共享的實驗教學(xué)環(huán)境和育人環(huán)境，進而實現(xiàn)化學(xué)實驗教學(xué)中心的有效管理、精細化管理、資源的合理利用和安全高效綠色化運行。

6 結(jié)語

綠色化學(xué)教育是培養(yǎng)高素質(zhì)化學(xué)人才的需要，是可持續(xù)發(fā)展的需要。在高?；瘜W(xué)學(xué)子中播撒綠色化學(xué)的理念和種子，將會在化學(xué)化工相關(guān)的各個領(lǐng)域生根發(fā)芽，進而推動綠色化工、綠色醫(yī)藥、綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展。在高等化學(xué)教育中融入綠色化學(xué)教育理念，培養(yǎng)具有安全意識、環(huán)保意識和實踐創(chuàng)新能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，是當前化學(xué)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。

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