“實綠色化”經濟環(huán)保教學模式在分析化學實驗中的探索與實踐

苗芳芳 滑靜 鄭燕英 趙筱萌

摘要：為提升本科生的培養(yǎng)質量，針對分析化學及實驗教學特點，進行分析化學實驗教學模式創(chuàng)新。同時，根據分析化學實驗教學內容，有效結合實踐創(chuàng)新、依托綠色環(huán)保教學模式進行分析化學實驗教學改革，是開展科研創(chuàng)新、為學生奠定科研基礎的良好途徑和有效措施。應針對本科分析化學實驗教學內容存在的不足之處，開展實驗摸索和教學改革。改革以緊密結合學生、學校和專業(yè)特點為主要特征，對現有的分析化學實驗教學內容、教學方法等相關方面進行改革實踐，建立經濟、環(huán)保、開放式的新型實驗教學模式，為培養(yǎng)創(chuàng)新型科技人才奠定基礎。

關鍵詞：綠色化;經濟環(huán)保;分析化學實驗教學;創(chuàng)新模式

分析化學是一門以實踐為基礎的學科，定性與定量分析在教學中占據重要地位。分析化學實驗教學內容主要包括分析化學實驗基礎知識、分析化學實驗基本操作、分析化學實驗儀器。分析化學實驗教學結合分析化學理論知識，遵循打好基礎、與時俱進、拓寬知識面、加強學生實踐操作能力的原則，幫助學生掌握基本的實驗技能，掌握分析儀器的使用原理及操作規(guī)范，培養(yǎng)學生的實踐能力，樹立嚴謹的實驗態(tài)度。

農林院校的分析化學實驗教學作為農業(yè)應用課程的技術手段，在農業(yè)專業(yè)應用較多。作為基礎學科，分析化學實驗占有重要地位。在農藥殘留及土壤分析中，分析化學作為橋梁，有著不可替代的作用。然而，在物質分析實驗過程中，不可避免地產生或使用有毒、有害的化學物質。如果這些實驗的產物及遺留物不能得到合理處置，會直接污染周圍環(huán)境，甚至危害人體健康。因此，避免照本宣科，基于真實的實驗條件，進行實驗的環(huán)?；ㄔO，實現實驗藥品的節(jié)約經濟最優(yōu)化，減少環(huán)境污染迫在眉睫。要想實現分析化學實驗教學的綠色化建設，首先，可以實現實驗的經濟化，比如可以減少毒性較大的化學試劑的使用量，在不影響實驗效果的前提下，調整為微型實驗;其次，縮短實驗時間，減小水電的損耗;最后，通過預處理降低實驗失敗率，節(jié)約藥品，減小環(huán)境污染。

1 高校分析化學實驗教學現狀分析

1.1 實驗內容

隨著國家教育教學改革的力度不斷加大，分析化學實驗雖然在教學內容上發(fā)生了調整和變化，但是作為化學教學體系的重要模塊，定性和定量分析依然占據重要地位。通過平行多組實驗，學生可以實現對元素、酸堿等性質的實驗摸索和驗證，同時培養(yǎng)學生定量分析的實踐能力。分析化學實驗需要用到化學試劑、儀器設備等，在實驗教學過程中，需要使用刻度精確的儀器進行稱量，減小實驗誤差、藥品浪費和環(huán)境污染。因此，實驗教學內容精細化，降低實驗風險，在實驗環(huán)節(jié)必不可少。由于化學實驗的平行實驗消耗量大，且學生初次實驗時尚未樹立規(guī)范使用實驗藥品及實驗操作的意識、對實驗條件及用量的把握不到位，會造成藥品浪費、加大污染物排放量。根據以上分析，設計合適的實驗方案，尤其注重操作過程的規(guī)范性，顯得尤為重要。如何從源頭幫助學生樹立經濟環(huán)保意識、熟悉化學實驗流程，既讓學生學有所獲，又可以實現規(guī)范操作和環(huán)境保護，是當前迫切需要解決的問題。

1.2 綠色經濟環(huán)保模式的必要性

綠色化學是減少或消除危險物質的使用和化學產物的設計。綠色化學涉及有機合成、催化、生物化學、分析化學等學科，內容廣泛[1]。綠色化學倡導用化學的技術和方法減少或停止使用對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑、試劑、產物、副產物等，是一門從源頭上阻止環(huán)境污染的新興學科，研究工作主要圍繞化學反應、原料、催化劑、溶劑和產品的經濟化、環(huán)保化開展[2]。經濟環(huán)保技術經常采用“原子經濟”反應，實現反應的綠色化，即原料分子中的每一個原子都轉化成產品，不產生任何廢物和副產物。當前，環(huán)境污染日益嚴重，污染工業(yè)正在轉型，農藥、化肥的過度使用及工業(yè)生產三廢的排放，將會加劇區(qū)域環(huán)境污染。農林院校依托學科性質，為我國農業(yè)發(fā)展不斷輸送人才，且部分人才直接到農業(yè)生產一線，進行專業(yè)指導和專業(yè)化農業(yè)發(fā)展。人才經濟環(huán)保意識的強弱將直接體現在農業(yè)環(huán)境中，關系到農業(yè)經濟能否環(huán)保、健康、穩(wěn)固發(fā)展。因此，在分析化學實驗教學中不斷滲透經濟綠色化教育理念，有助于強化學生的環(huán)保節(jié)約意識，幫助學生樹立科學的經濟價值觀。作為化學教育教學工作者，環(huán)保意識的培養(yǎng)不僅要凌駕于課題之上，更重要的是滲透在學生日常生活中和思想政治教育中。經濟綠色化教育意識的培養(yǎng)是當前素質教育的重要內容之一。

1.3 分析化學實驗教學改革

微型化學實驗憑借藥品用量少、廢棄物排放量低、污染小等優(yōu)點，近幾年發(fā)展快速，被各大高校應用于實驗教學中。推行微型實驗，可以大大縮減試劑用量，同時可以改善實驗室環(huán)境，減少環(huán)境污染。例如在分析化學定量分析實驗中，酸堿滴定多采用常規(guī)滴定管（25 mL）及錐形瓶（250 mL）進行滴定實驗。實行微型實驗后，可將其替換為10 mL的滴定管，在不影響實驗效果的前提下，實驗結果的平行性也很好。因此，微型實驗的設計和推行大大節(jié)約了儀器和試劑的使用量，同時降低了環(huán)境污染的概率，且有助于培養(yǎng)學生的節(jié)約環(huán)保意識。

2 “實綠色化”教學模式的建立

2.1 建立分析化學實驗環(huán)保模式

根據實驗教學的要求及實驗教學內容，設計合理的實驗教學方案，加強分析化學實驗準備精細化、環(huán)?；?，避免藥品浪費及環(huán)境污染。分析化學實驗內容覆蓋面較廣，且不同類型實驗的終產物不同，廢液、廢渣也有所區(qū)別[3]。因此，在實驗內容的選擇上，為匹配不同的反應類型，應盡量選擇對環(huán)境污染較小的反應物和生成物。分析化學實驗作為基礎學科，不同專業(yè)學生對實驗的掌握能力不同。因此，合理設置實驗內容，可以使上一個實驗的生成物成為下一個實驗的反應物，化學樣品溶液也可以用作下一個學生的實驗原料，實現循環(huán)利用，減少實驗廢液對環(huán)境的污染，降低實驗成本。對于微型實驗的設置，可以將常規(guī)試劑用量減少1/5～1/3，驗證發(fā)現，實驗結果依然符合常規(guī)分析的準確度要求，既節(jié)約了實驗經費和時間，又提高了學生的操作能力，在分析化學實驗室綠色化建設中逐漸得到推廣應用。

2.2 建立分析化學實驗經濟模式

建立分析化學實驗經濟模式的總體目標是消除化學實驗室的環(huán)境污染，培養(yǎng)學生的環(huán)保意識，實現資源的經濟節(jié)約，減少不必要的損耗，是實現環(huán)境保護的可靠途徑。然而，實驗過程中產生的環(huán)境污染物的再利用問題并沒有引起教育工作者和相關部門的足夠重視。大多數實驗室仍將廢液、廢渣直接排放到地下水中，沒有進行排放前的處理，對環(huán)境造成嚴重的負面影響。因此，任課教師在實驗開展過程中，應嚴加指導，培養(yǎng)學生的綠色化學思想，增強學生的環(huán)保節(jié)約意識，逐步實現分析化學實驗的經濟模式。以課題研究“碘量法測銅”為例，探索實驗條件，找到藥品試劑最優(yōu)使用比，推行“實”經濟型分析化學實驗，優(yōu)點是試劑用量少、微量排放、減少污染。在保證實驗教學效果的前提下，推行經濟化實驗，既能減少原料的消耗，又有助于優(yōu)化分析化學實驗教學儀器和試劑的使用量。

2.3 優(yōu)化實驗教學模式

除了傳統(tǒng)的驗證性實驗，分析化學中還可適當開設一些探究設計型實驗，鼓勵學生以“綠色化學”為設計理念，注重試劑、反應過程、產出結果、廢液廢渣的綠色環(huán)?；?、科學設計，更好地培養(yǎng)學生的綠色化學意識。同時，優(yōu)化化學實驗教材，合理安排實驗順序，通過調整實驗教學計劃及教學內容，安排不同專業(yè)學生完成分析化學實驗項目，實現試劑的回收利用。

3 教學案例在分析化學實驗中的實踐意義

以“碘量法測銅”為例，考察實驗所需藥品中的氟化鈉、碘化鈉及溫度對實驗結果的影響。根據課本中的實驗步驟操作，獲取相應的結果，記錄實驗藥品的配比、用量及時間。改變實驗溫度，獲取相應的結果，記錄實驗藥品的配比、用量、時間及溫度。對比結果，分析影響實驗結果的單一因素。本研究經過多次實驗條件摸索及實踐總結，得出結論：溫度對實驗結果的影響較大，且分子動力學測試表明該實驗反應速率受溫度影響明顯。在實驗中，銅作為重金屬元素，過量使用會對水體及土壤造成污染，間接影響人體健康及環(huán)境保護。其中，氟化鈉作為掩蔽劑，本身也是有毒的物質，人體長時間呼吸、皮膚接觸會遭到很大傷害。碘化鈉藥品價格昂貴，過量使用不僅危害環(huán)境及人體健康，且在實驗經濟效益配比方面影響重大。因此，該項目的研究和實踐探索從實避虛，可以真實有效地彌補目前分析化學中某些實驗的缺陷，樹立減小實驗室污染和保護環(huán)境的新理念。在開展實驗教學時，指導老師要不斷更新教學思想、改革實驗內容，不斷探索、實踐，樹立經濟環(huán)保意識，逐步實現分析化學實驗的“實”綠色化。

4 結語

通過課題研究，以建立分析化學實驗經濟環(huán)保體系為前提，以優(yōu)化實驗內容為基礎，以“實”操作探究為抓手，以改革分析化學實驗探究為目標，實現實驗經濟化、環(huán)?；?，優(yōu)化分析化學實驗教材，切實彌補某些實驗的缺陷和不足。

（1）以“碘量法測銅”為項目探究對象，摸索發(fā)現溫度對實驗整體效果的影響顯著。

（2）溫度、實驗藥品的用量及配比直接影響實驗的經濟環(huán)保最優(yōu)化，為本研究提供數據支持和研究依據。

（3）將課本與實踐相結合，完善分析化學實驗教學內容的不足和缺陷。該研究綜合考察實驗教學內容，培養(yǎng)了學生的質疑精神、嚴謹的科學態(tài)度和創(chuàng)新思維，為學生今后開展科學研究奠定了基礎。

[參考文獻]

[1]趙維秋，孫小媛.化學實驗綠色化的研究[J].中國西部科技，2008（21）：69-70.

[2]苗芳芳，羅蒨，鄭燕英，等.以學生創(chuàng)新模式為背景下的分析化學實驗教學模式探索[J].化工設計通訊，2021（1）：113-114.

[3]張學東，張宜欣，劉永紅.化學分析實驗室綠色環(huán)?；ㄔO探討[J].實驗技術與管理，2012（3）：357-359.