代 凱，王 恒，王二瑩，白 金，宣玲玲，黃生根，魏小親

（淮北師范大學 物理與電子信息學院，淮北 安徽 235000）

新材料的發(fā)展大大加速我國經(jīng)濟的高速增長，然而新材料的合成造成我國環(huán)境的極大污染.各地出現(xiàn)霧霾、藍藻爆發(fā)等環(huán)境惡化現(xiàn)象，國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展及其所涉及的環(huán)境、能源、生態(tài)、經(jīng)濟等方面的問題愈來愈成為關注的焦點，更為嚴格、有力地保護環(huán)境的法律、法規(guī)陸續(xù)出臺.因此，如何培養(yǎng)具有綠色化合成思想并擁有資源與能耗有效操作能力的本科材料類專業(yè)人才，為當今高校的人才培養(yǎng)模式提出新的挑戰(zhàn)［1-2］.《材料合成方法》課程與實驗是材料類專業(yè)本科生的必修課.長期以來，在材料合成實驗的過程中產(chǎn)生的大量廢液、廢氣等副產(chǎn)品會影響師生健康并對周邊環(huán)境造成一定污染.因此在實驗教學時就需要創(chuàng)造性的實驗設計，使用簡單且環(huán)境友好的替代藥品并在實驗過程中盡可能節(jié)約藥品的綠色材料合成路線，從高等教育源頭杜絕或減少環(huán)境污染，讓本科生們將綠色合成的意識融入到合成新材料實驗當中，并在將來把這些理念和技能帶入社會，這將在很大程度上節(jié)約我國的人力、物力和財力.本研究小組根據(jù)多年科研、教學工作經(jīng)驗及其所立足單位的現(xiàn)有情況，對《材料合成方法》實驗課的教學內(nèi)容和教學方法進行多項改革嘗試，使同學們實現(xiàn)實驗室中材料綠色合成的前提下，讓同學們充分了解當前國際材料合成方法的研究熱點，培養(yǎng)學生在材料合成方面的科研興趣，掌握環(huán)境保護的相關知識.

1 綠色材料合成的基本概念

綠色材料合成方法是指采用環(huán)境友好或者低毒原料和催化劑，通過改善材料合成工藝路線，不生產(chǎn)或少生產(chǎn)對環(huán)境有害的副產(chǎn)品.綠色材料合成其根本目的是從節(jié)約資源和防止污染的角度來重新審視和改革現(xiàn)在的整個材料制備和加工工業(yè)［3-4］.采用無毒、無害的原料和催化劑等材料，就是要求使用具有高選擇性、高轉(zhuǎn)化率和對環(huán)境友好的反應方法進行材料合成，其目的是通過控制新的合成工藝路線，開發(fā)出資源和能源消耗最少的先進合成方法和技術，盡量減少衍生化步驟，盡可能避免使用溶劑等，從根本上消除或減少環(huán)境污染.材料合成方法作為一門以實驗為基礎的學科，是材料類專業(yè)本科生掌握操作技能、靈活運用知識的重要渠道，并為其將來走上工作崗位進行環(huán)保產(chǎn)業(yè)開發(fā)打基礎.因此，要明確強調(diào)只有整個材料合成過程實現(xiàn)綠色化，才能從根本上阻止污染物進入環(huán)境，真正做到保護環(huán)境，達到通過高等教育培養(yǎng)具有環(huán)保意識的科技人才的目的.

2 實驗資源循環(huán)化

合成實驗中的大多數(shù)原料來自不可再生資源，盡管實驗使用量不大，但長期消耗下來，總的藥品使用量也不容小覷，這樣不僅會浪費有限的自然資源，還會對環(huán)境造成一定的危害.因此本研究小組充分考慮每次實驗過程，將實驗產(chǎn)物和廢棄物回收并盡可能反復利用，逐步建立起資源循環(huán)，在提高藥品利用率的同時還減少有害物對環(huán)境造成的污染.比如前期“三聚氰胺”奶粉事件引起了人們廣泛的關注，對本科生的教育中詳細地研究了三聚氰胺的形貌、結構和物理特征，然后對三聚氰胺進行了收集.在光催化原理和性能研究實驗中，將三聚氰胺通過簡單加熱分解成C3N4，C3N4是一種很好的光催化材料，因此，可以循環(huán)利用三聚氰胺原料，從而達到實驗資源循環(huán)化的目的.此外，產(chǎn)品C3N4可以保留，作為BiPO4/C3N4復合或其他合成實驗的原料.實驗室中的很多實驗儀器都有再次利用的價值，如廢棄的玻璃管可制成膠頭滴管；有的廢棄燒杯可以用來盛放廢液；底部破碎的試管和燒杯組合可作為筒易的啟普發(fā)生器；使用酸度計擦拭玻璃電極用過的濾紙，將其用于制備硫酸銅晶體時晶體的干燥.通過這種培養(yǎng)方式，首先把環(huán)境保護的理念灌輸給學生，讓整個實驗綠色化，確保不會污染環(huán)境.其次，引導學生充分發(fā)揮其創(chuàng)造力，運用所學知識貫穿于實驗，設計合理實驗路線.最后，實驗完成之后要求學生把所得實驗產(chǎn)物和原料正確歸類，貼上標簽和日期，填寫樣品清單及實驗報告，以便下次合理使用，這種訓練也有助于學生提高其自身的管理水平.

3 提倡微型材料合成實驗

高校實驗室作為現(xiàn)在科研實驗的重地，近年來所取得的科研成績碩果累累，優(yōu)秀的實驗論文不斷涌現(xiàn).然而傳統(tǒng)的實驗室，一方面藥品使用量比較大，嚴重消耗自然資源；另一方面，產(chǎn)生較多的廢棄物，對環(huán)境的污染比較嚴重［5］.且近年來，面對材料專業(yè)招生人數(shù)的不斷擴大，各校都面臨著教學經(jīng)費短缺的問題.如何在保證實驗教學質(zhì)量的同時又能節(jié)省教學經(jīng)費開支，是困擾我們的一個難題.通過小組的不斷努力，通過微型實驗方式較合理地解決了上述難題.微型實驗主要包括以下幾點：首先，實驗藥品用量少，藥品的使用不到1克甚至幾毫克，而實驗得出的產(chǎn)品也是微量的；其次，實驗時間不會很長，過程也不是很復雜，這也就要求對于實驗做一些必要的簡化，但是對于實驗所得樣品的測試卻很嚴格；還有，實驗所得的廢品少，對于環(huán)境造成的污染也很少，符合“綠色環(huán)保”的實驗要求；最后，實驗成本也相對較低，這樣就節(jié)約大量的資源.微型實驗在很大程度上彌補傳統(tǒng)實驗課程的不足之處.

對本科生的教育就是要在有限的資源條件下，讓盡可能多的學生有機會自己動手進行操作，對實驗有自己切身的體會和理解，培養(yǎng)學生的動手和實踐能力.就算一次不成功，也不會造成過多的浪費.例如在氧化鋅形貌調(diào)控合成實驗中，由于實驗原料用量少，其微小變化也有可能導致實驗結果非常大的改變，所以在實驗操作過程中要求學生必須嚴謹認真，操作嚴謹規(guī)范，注意力高度集中，只有這樣才能得到預期的結果.就實驗本身而言，其科學性和邏輯性更強，而且效果更加明顯.另外，微型實驗有利于傳播綠色環(huán)保的概念，增強實驗人員的環(huán)保意識.用量少則節(jié)約資源而且降低成本；其產(chǎn)物雖然相對來說較少，但對于環(huán)境的破壞也降低到了最小限度，而且所得到的實驗產(chǎn)物還能夠保留下來重復利用.通過這種方式的訓練，能夠激發(fā)學生的學習興趣，鍛煉學生對實驗的探索和思考能力，培養(yǎng)學生科學嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度.

4 進行開放性實驗

高校作為培養(yǎng)人才的高等學府，除向社會輸送具有高科技知識的人才外，還需要將一些有較強學習能力和動手能力的學生培養(yǎng)成社會精英.如何把這一目標落實到高校的日常管理和學習生活中，也是各大高校一直探索的問題.在材料類工科專業(yè)本科教學過程中，實驗室項目一直扮演著至關重要的作用.傳統(tǒng)的實驗課程，只是老師把實驗目的、原理以及操作過程灌輸給學生，學生只能接受，或者由于學生人數(shù)較多和實驗時間的限制，并不是每一個學生都能有機會具體操作，甚至有些實驗只是由授課老師進行演示，這樣學生對于實驗的感受不深，對于設備操作、問題研究不深入，因此學生的積極性不夠高，大多數(shù)人只能“紙上談兵”，遇到具體問題往往束手無策.為培養(yǎng)學習能力較強的同學，引入了導師制的開放性課題機制.開放性實驗并不要求所有本科生都參加，學生可以根據(jù)自己的需要和興趣參加一些實驗項目的研究.例如在材料合成方法里面有光催化技術的原理及應用，感興趣的同學就可以在學習該章內(nèi)容之后申請光催化材料的合成及光催化性能的研究開放課題，這樣他們就能夠真正了解一些實際知識、實驗原理及其具體操作過程，同時還能夠如何將有限的經(jīng)費投入到實驗中.另外，開放性實驗的引入對于高等教育有以下優(yōu)點：首先，可以提高學生的獨立工作能力，讓學生學以致用.由于開放性實驗允許學生自愿參加，可以調(diào)動學生主動學習的積極性，讓他們發(fā)現(xiàn)問題并動手解決問題，提高學生初步的科研能力；其次，由于學生參加老師的課題研究，可以幫助老師完成一些研究任務，并且能夠加強師生之間的交流和溝通，讓師生關系更加融洽；老師可要求學生以實驗報告的形式上交實驗結果，充分掌握學生的實驗動態(tài)，了解學生的不足，還能提高實驗課程的教學質(zhì)量；再者，有利于學校的實驗室和實驗設備的充分利用，讓學生親自操作各種實驗設備，而且還能夠定時檢查設備的完好情況；最后，有利于節(jié)約實驗原料和成本，提高實驗藥品的利用率，符合現(xiàn)在的“綠色、環(huán)保、科學”實驗要求.

5 總結

材料合成方法的綠色化構建對減輕環(huán)境污染及有效節(jié)約自然資源有著尤為特殊的現(xiàn)實意義.作為高等教育機構的大學，不僅要培養(yǎng)、強化學生的環(huán)境保護意識，而且要培養(yǎng)其良好的實驗習慣和提高其實際操作能力.通過本研究在構建微型實驗和進行開放性實驗的基礎上，培養(yǎng)學生綠色化材料合成理念，為我國可持續(xù)經(jīng)濟的發(fā)展培養(yǎng)合格的社會主義建設接班人.

［1］文峰，曹陽，郝萬軍.材料專業(yè)人才培養(yǎng)機制的改革與創(chuàng)新［J］.廣東化工，2012，39（5）：230-231.

［2］張秀蘭.高?；瘜W實驗綠色化探討［J］.廣東化工，2009，36（8）：312，318.

［3］余曼麗.高校實驗室的教學和管理改革［J］.理工高教研究，2007，26（4）：126-127.

［4］紀明慧，舒火明，郭飛燕，等.有機化學實驗的綠色化路線設計［J］.化學教育，2009，30（3）：61-62，66.

［5］李翠莉.高?；A化學實驗綠色化路徑探析［J］.吉林化工學院學報，2013，30（6）：84-86.