“實綠色化”經(jīng)濟環(huán)保教學(xué)模式在分析化學(xué)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(zhì)量，針對分析化學(xué)及實驗教學(xué)特點，進行分析化學(xué)實驗教學(xué)模式創(chuàng)新。同時，根據(jù)分析化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容，有效結(jié)合實踐創(chuàng)新、依托綠色環(huán)保教學(xué)模式進行分析化學(xué)實驗教學(xué)改革，是開展科研創(chuàng)新、為學(xué)生奠定科研基礎(chǔ)的良好途徑和有效措施。應(yīng)針對本科分析化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容存在的不足之處，開展實驗摸索和教學(xué)改革。改革以緊密結(jié)合學(xué)生、學(xué)校和專業(yè)特點為主要特征，對現(xiàn)有的分析化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等相關(guān)方面進行改革實踐，建立經(jīng)濟、環(huán)保、開放式的新型實驗教學(xué)模式，為培養(yǎng)創(chuàng)新型科技人才奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：綠色化;經(jīng)濟環(huán)保;分析化學(xué)實驗教學(xué);創(chuàng)新模式

分析化學(xué)是一門以實踐為基礎(chǔ)的學(xué)科，定性與定量分析在教學(xué)中占據(jù)重要地位。分析化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容主要包括分析化學(xué)實驗基礎(chǔ)知識、分析化學(xué)實驗基本操作、分析化學(xué)實驗儀器。分析化學(xué)實驗教學(xué)結(jié)合分析化學(xué)理論知識，遵循打好基礎(chǔ)、與時俱進、拓寬知識面、加強學(xué)生實踐操作能力的原則，幫助學(xué)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(xué)生的實踐能力，樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒瀾B(tài)度。

農(nóng)林院校的分析化學(xué)實驗教學(xué)作為農(nóng)業(yè)應(yīng)用課程的技術(shù)手段，在農(nóng)業(yè)專業(yè)應(yīng)用較多。作為基礎(chǔ)學(xué)科，分析化學(xué)實驗占有重要地位。在農(nóng)藥殘留及土壤分析中，分析化學(xué)作為橋梁，有著不可替代的作用。然而，在物質(zhì)分析實驗過程中，不可避免地產(chǎn)生或使用有毒、有害的化學(xué)物質(zhì)。如果這些實驗的產(chǎn)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)保化建設(shè)，實現(xiàn)實驗藥品的節(jié)約經(jīng)濟最優(yōu)化，減少環(huán)境污染迫在眉睫。要想實現(xiàn)分析化學(xué)實驗教學(xué)的綠色化建設(shè)，首先，可以實現(xiàn)實驗的經(jīng)濟化，比如可以減少毒性較大的化學(xué)試劑的使用量，在不影響實驗效果的前提下，調(diào)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(yù)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(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 實驗內(nèi)容

隨著國家教育教學(xué)改革的力度不斷加大，分析化學(xué)實驗雖然在教學(xué)內(nèi)容上發(fā)生了調(diào)整和變化，但是作為化學(xué)教學(xué)體系的重要模塊，定性和定量分析依然占據(jù)重要地位。通過平行多組實驗，學(xué)生可以實現(xiàn)對元素、酸堿等性質(zhì)的實驗摸索和驗證，同時培養(yǎng)學(xué)生定量分析的實踐能力。分析化學(xué)實驗需要用到化學(xué)試劑、儀器設(shè)備等，在實驗教學(xué)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(xué)內(nèi)容精細(xì)化，降低實驗風(fēng)險，在實驗環(huán)節(jié)必不可少。由于化學(xué)實驗的平行實驗消耗量大，且學(xué)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(jù)以上分析，設(shè)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(xué)生樹立經(jīng)濟環(huán)保意識、熟悉化學(xué)實驗流程，既讓學(xué)生學(xué)有所獲，又可以實現(xiàn)規(guī)范操作和環(huán)境保護，是當(dāng)前迫切需要解決的問題。

1.2 綠色經(jīng)濟環(huán)保模式的必要性

綠色化學(xué)是減少或消除危險物質(zhì)的使用和化學(xué)產(chǎn)物的設(shè)計。綠色化學(xué)涉及有機合成、催化、生物化學(xué)、分析化學(xué)等學(xué)科，內(nèi)容廣泛[1]。綠色化學(xué)倡導(dǎo)用化學(xué)的技術(shù)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(chǎn)物、副產(chǎn)物等，是一門從源頭上阻止環(huán)境污染的新興學(xué)科，研究工作主要圍繞化學(xué)反應(yīng)、原料、催化劑、溶劑和產(chǎn)品的經(jīng)濟化、環(huán)?；_展[2]。經(jīng)濟環(huán)保技術(shù)經(jīng)常采用“原子經(jīng)濟”反應(yīng)，實現(xiàn)反應(yīng)的綠色化，即原料分子中的每一個原子都轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，不產(chǎn)生任何廢物和副產(chǎn)物。當(dāng)前，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，污染工業(yè)正在轉(zhuǎn)型，農(nóng)藥、化肥的過度使用及工業(yè)生產(chǎn)三廢的排放，將會加劇區(qū)域環(huán)境污染。農(nóng)林院校依托學(xué)科性質(zhì)，為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展不斷輸送人才，且部分人才直接到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一線，進行專業(yè)指導(dǎo)和專業(yè)化農(nóng)業(yè)發(fā)展。人才經(jīng)濟環(huán)保意識的強弱將直接體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)環(huán)境中，關(guān)系到農(nóng)業(yè)經(jīng)濟能否環(huán)保、健康、穩(wěn)固發(fā)展。因此，在分析化學(xué)實驗教學(xué)中不斷滲透經(jīng)濟綠色化教育理念，有助于強化學(xué)生的環(huán)保節(jié)約意識，幫助學(xué)生樹立科學(xué)的經(jīng)濟價值觀。作為化學(xué)教育教學(xué)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(xué)生日常生活中和思想政治教育中。經(jīng)濟綠色化教育意識的培養(yǎng)是當(dāng)前素質(zhì)教育的重要內(nèi)容之一。

1.3 分析化學(xué)實驗教學(xué)改革

微型化學(xué)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(yīng)用于實驗教學(xué)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(xué)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(jié)果的平行性也很好。因此，微型實驗的設(shè)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(xué)生的節(jié)約環(huán)保意識。

2 “實綠色化”教學(xué)模式的建立

2.1 建立分析化學(xué)實驗環(huán)保模式

根據(jù)實驗教學(xué)的要求及實驗教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計合理的實驗教學(xué)方案，加強分析化學(xué)實驗準(zhǔn)備精細(xì)化、環(huán)保化，避免藥品浪費及環(huán)境污染。分析化學(xué)實驗內(nèi)容覆蓋面較廣，且不同類型實驗的終產(chǎn)物不同，廢液、廢渣也有所區(qū)別[3]。因此，在實驗內(nèi)容的選擇上，為匹配不同的反應(yīng)類型，應(yīng)盡量選擇對環(huán)境污染較小的反應(yīng)物和生成物。分析化學(xué)實驗作為基礎(chǔ)學(xué)科，不同專業(yè)學(xué)生對實驗的掌握能力不同。因此，合理設(shè)置實驗內(nèi)容，可以使上一個實驗的生成物成為下一個實驗的反應(yīng)物，化學(xué)樣品溶液也可以用作下一個學(xué)生的實驗原料，實現(xiàn)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(shè)置，可以將常規(guī)試劑用量減少1/5～1/3，驗證發(fā)現(xiàn)，實驗結(jié)果依然符合常規(guī)分析的準(zhǔn)確度要求，既節(jié)約了實驗經(jīng)費和時間，又提高了學(xué)生的操作能力，在分析化學(xué)實驗室綠色化建設(shè)中逐漸得到推廣應(yīng)用。

2.2 建立分析化學(xué)實驗經(jīng)濟模式

建立分析化學(xué)實驗經(jīng)濟模式的總體目標(biāo)是消除化學(xué)實驗室的環(huán)境污染，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識，實現(xiàn)資源的經(jīng)濟節(jié)約，減少不必要的損耗，是實現(xiàn)環(huán)境保護的可靠途徑。然而，實驗過程中產(chǎn)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(guān)部門的足夠重視。大多數(shù)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(yán)重的負(fù)面影響。因此，任課教師在實驗開展過程中，應(yīng)嚴(yán)加指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)思想，增強學(xué)生的環(huán)保節(jié)約意識，逐步實現(xiàn)分析化學(xué)實驗的經(jīng)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(jīng)濟型分析化學(xué)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(xué)效果的前提下，推行經(jīng)濟化實驗，既能減少原料的消耗，又有助于優(yōu)化分析化學(xué)實驗教學(xué)儀器和試劑的使用量。

2.3 優(yōu)化實驗教學(xué)模式

除了傳統(tǒng)的驗證性實驗，分析化學(xué)中還可適當(dāng)開設(shè)一些探究設(shè)計型實驗，鼓勵學(xué)生以“綠色化學(xué)”為設(shè)計理念，注重試劑、反應(yīng)過程、產(chǎn)出結(jié)果、廢液廢渣的綠色環(huán)?；?、科學(xué)設(shè)計，更好地培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識。同時，優(yōu)化化學(xué)實驗教材，合理安排實驗順序，通過調(diào)整實驗教學(xué)計劃及教學(xué)內(nèi)容，安排不同專業(yè)學(xué)生完成分析化學(xué)實驗項目，實現(xiàn)試劑的回收利用。

3 教學(xué)案例在分析化學(xué)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(jié)果的影響。根據(jù)課本中的實驗步驟操作，獲取相應(yīng)的結(jié)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(yīng)的結(jié)果，記錄實驗藥品的配比、用量、時間及溫度。對比結(jié)果，分析影響實驗結(jié)果的單一因素。本研究經(jīng)過多次實驗條件摸索及實踐總結(jié)，得出結(jié)論：溫度對實驗結(jié)果的影響較大，且分子動力學(xué)測試表明該實驗反應(yīng)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(zhì)，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(jīng)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(xué)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(xué)時，指導(dǎo)老師要不斷更新教學(xué)思想、改革實驗內(nèi)容，不斷探索、實踐，樹立經(jīng)濟環(huán)保意識，逐步實現(xiàn)分析化學(xué)實驗的“實”綠色化。

4 結(jié)語

通過課題研究，以建立分析化學(xué)實驗經(jīng)濟環(huán)保體系為前提，以優(yōu)化實驗內(nèi)容為基礎(chǔ)，以“實”操作探究為抓手，以改革分析化學(xué)實驗探究為目標(biāo)，實現(xiàn)實驗經(jīng)濟化、環(huán)?；?，優(yōu)化分析化學(xué)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(xiàn)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(jīng)濟環(huán)保最優(yōu)化，為本研究提供數(shù)據(jù)支持和研究依據(jù)。

（3）將課本與實踐相結(jié)合，完善分析化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容的不足和缺陷。該研究綜合考察實驗教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)了學(xué)生的質(zhì)疑精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和創(chuàng)新思維，為學(xué)生今后開展科學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。

[參考文獻]

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