高校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)“綠色化”教改模式探討

劉曉暢，林琳(沈陽醫(yī)學(xué)院，遼寧 沈陽 110031)

0 引言

高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室開展綠色化改革是由經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多方面要求決定的，應(yīng)該在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中保障師生安全、實(shí)驗(yàn)安全、以及環(huán)境安全等多方面安全，以減少實(shí)驗(yàn)室污染物產(chǎn)出，進(jìn)而達(dá)到減小實(shí)驗(yàn)室對環(huán)境影響的目的。

1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)室綠色化改革的必要性

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門理論高度聯(lián)系實(shí)踐的學(xué)科，它的學(xué)習(xí)需要基于龐大的理論知識，之后進(jìn)行實(shí)際操作，以理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，才能更好的對化學(xué)世界進(jìn)行探索，因此化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)學(xué)習(xí)的過程中至關(guān)重要。但是在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，幾乎所有的實(shí)驗(yàn)都伴隨著副產(chǎn)物，有些副產(chǎn)物對于學(xué)生健康有影響，對環(huán)境更是能造成巨大的損害。尤其是在合成一些有毒物質(zhì)時(shí)，很多學(xué)生由于各種原因，會(huì)造成有毒物質(zhì)的泄漏，對環(huán)境及實(shí)驗(yàn)室安全都有很大威脅。另外，由于近些年我國教育的擴(kuò)張，導(dǎo)致很多高校很多專業(yè)大量擴(kuò)招學(xué)生，使得化學(xué)專業(yè)的學(xué)生數(shù)量一直呈上揚(yáng)趨勢。學(xué)生人數(shù)增大導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)量增多，進(jìn)而導(dǎo)致化學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用的試劑量增多、實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的環(huán)境污染物數(shù)量增大，更加大對環(huán)境的影響。因此，高校必須秉持社會(huì)責(zé)任感，推行化學(xué)實(shí)驗(yàn)室綠色化改革，以最大程度的消滅或者減少環(huán)境污染物的產(chǎn)出，有效控制實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的有毒有害固、液、氣體排放，增加學(xué)校周邊環(huán)境的安全性，降低學(xué)生實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性，保障學(xué)生的人身安全以及學(xué)校的財(cái)產(chǎn)安全。

2 進(jìn)行綠色化實(shí)驗(yàn)室改革的措施

2.1 規(guī)范學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作，樹立綠色化學(xué)觀

化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，正確且規(guī)范的操作是實(shí)驗(yàn)成功的基礎(chǔ)，更能在源頭上保障學(xué)生及學(xué)校周邊環(huán)境的安全?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)以及化工生產(chǎn)中，因“跑、冒、滴、漏”等操作中的不規(guī)范行為導(dǎo)致的化工事故屢見不鮮。這種化學(xué)事故通常伴隨著火災(zāi)、有毒氣體、液體、固體的排放以及化學(xué)設(shè)備的損毀，會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡，同時(shí)還在造成較為惡劣的社會(huì)影響。因此，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室施行綠色化改革，首先應(yīng)該防患于未然，從培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范操作入手，力爭從源頭上減少化工事故出現(xiàn)的可能。

同時(shí)，在對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)時(shí)，應(yīng)該對學(xué)生進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化理念教育?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作講解與教學(xué)通常會(huì)在大學(xué)一年級開展教學(xué)，這時(shí)的學(xué)生剛剛從高中升入大學(xué)。通常來講，學(xué)生在高中受到的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練并不多，其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的機(jī)會(huì)也較少，大部分時(shí)候是觀看教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)擦操作并聽取教師的實(shí)驗(yàn)講解，因此對實(shí)驗(yàn)知之甚少。因此，大一的實(shí)驗(yàn)基本操作教學(xué)課程是學(xué)生進(jìn)行深度化學(xué)學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)前的啟蒙課程，在這時(shí)候?qū)W(xué)生進(jìn)行嚴(yán)格的操作規(guī)范教學(xué)并灌輸綠色化學(xué)思想將對學(xué)生起到重要的影響。而學(xué)生一旦吸取了綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的理念，形成了綠色化學(xué)的意識，再受到嚴(yán)格的操作規(guī)范約束，非常有利于學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，并在之后較長的實(shí)驗(yàn)生涯中保持。

2.2 選擇適宜的實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的很多環(huán)節(jié)具有可替代性，很多實(shí)驗(yàn)所需物品以及所需試劑也具有可替代性。當(dāng)教師為學(xué)生布置實(shí)驗(yàn)課題時(shí)，應(yīng)充分考慮實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的有害物質(zhì)，并思考各實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中可進(jìn)行優(yōu)化的地方，在保證實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊约皩?shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，對實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而減少有害物的排放，降低實(shí)驗(yàn)對于學(xué)生的威脅性。對化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程進(jìn)行綠色化改進(jìn)，不僅能夠減少對環(huán)境的污染，同時(shí)還能在改進(jìn)過程中加強(qiáng)對該實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的理解，鞏固自己的相關(guān)專業(yè)知識，一舉兩得。

2.2.1 對化學(xué)試劑進(jìn)行合理選擇

在進(jìn)行一些所需試劑環(huán)境危害性較大或較危險(xiǎn)的物品時(shí)，可在保證試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相同的情況下，優(yōu)先選取低低危險(xiǎn)性、污染性的試劑?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)是基于化學(xué)理論的操作，如果化學(xué)理論掌握不夠扎實(shí)或者化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作不夠規(guī)范，則很容易出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)失敗導(dǎo)致浪費(fèi)試劑的情況出現(xiàn)。高校的化學(xué)專業(yè)學(xué)生，尤其是新生，通常接觸化學(xué)實(shí)驗(yàn)不久，很容易在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)各種問題導(dǎo)致試劑使用量較大。如果試劑是一些對環(huán)境不友好的物質(zhì)，則對環(huán)境損害較大，也容易對學(xué)生人身安全造成威脅。因此教師在為學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)課題時(shí)，應(yīng)該充分考慮這方面因素，盡量選擇一些低危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)及生成物與試劑危害性較小的實(shí)驗(yàn)。若一些實(shí)驗(yàn)必不可少，則可考慮對該實(shí)驗(yàn)的試劑進(jìn)行優(yōu)化，在保證實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡耐瑫r(shí)選用更綠色、更環(huán)保、威脅性更小的試劑。

在學(xué)生對基礎(chǔ)知識已經(jīng)有一定的掌握度后，高校教師也可讓學(xué)生自行對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化。例如讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)中生成的有害物質(zhì)進(jìn)行分析處理，并探討如何有效利用，讓學(xué)生對如何處理“三廢”有更進(jìn)一步的認(rèn)知，在處理“三廢”的同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生樹立更深刻的綠色化實(shí)驗(yàn)觀念。同時(shí)也應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)可替代試劑進(jìn)行思考，在保障安全與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、成果的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生對其進(jìn)行討論，能有效的加強(qiáng)學(xué)生對于基礎(chǔ)理論的理解，達(dá)到活學(xué)活用的效果。

2.2.2 合理運(yùn)用儀器分析代替常規(guī)實(shí)驗(yàn)

通常來講，化學(xué)實(shí)驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)過程中副產(chǎn)物不可避免會(huì)伴隨生成物產(chǎn)生，這是導(dǎo)致大部分化學(xué)實(shí)驗(yàn)對環(huán)境不夠友好的重要原因?？萍荚诎l(fā)展，當(dāng)前已經(jīng)有一些儀器能夠在一些程序上代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)形式，其試劑消耗量相比于人工實(shí)驗(yàn)有大幅度的降低，并且用時(shí)更短，效率更高。教師在安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，對于一些可用儀器進(jìn)行的分析應(yīng)盡量使用儀器，以減少化學(xué)試劑的使用，進(jìn)而減少環(huán)境污染。例如測定熔點(diǎn)時(shí)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)流程需要用到濃硫酸約50mL，但運(yùn)用微量熔點(diǎn)測定儀，則通常禁用約2mg就能測得熔點(diǎn)，其濃硫酸使用量大大降低，且其耗能少 、用時(shí)少，對環(huán)境更為友好。另外，學(xué)生在使用測定儀時(shí)，也能增加儀器操作的熟練度，對于學(xué)生以后進(jìn)行化學(xué)研究有積極作用。

2.2.3 制作多媒體實(shí)驗(yàn)

在教學(xué)過程中不可避免的需要學(xué)生掌握一些生成物毒性較大、危險(xiǎn)性較高的實(shí)驗(yàn)，其操作過程難度大，產(chǎn)生含“三廢”難以處理。當(dāng)教師講解這一類實(shí)驗(yàn)時(shí)，可在合理選擇后考慮使用多媒體演示，或者現(xiàn)場演示，讓學(xué)生了解其實(shí)驗(yàn)理論、流程、操作方式、注意事項(xiàng)，避免讓學(xué)生動(dòng)手操作，以減少污染物、有害物產(chǎn)出。同時(shí)在進(jìn)行一些常規(guī)實(shí)驗(yàn)操作前，教師也可使用多媒體設(shè)備對學(xué)生進(jìn)行演示，讓學(xué)生充分了解實(shí)驗(yàn)的操作，加深印象，以減少學(xué)生在操作過程中失誤的可能，降低試劑使用量。

2.2.4 開展半微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)

一些要求學(xué)生掌握的實(shí)驗(yàn)不具備高危險(xiǎn)性，但是其實(shí)驗(yàn)過程試劑消耗量較多，同時(shí)實(shí)驗(yàn)生成物對環(huán)境影響較大，這種實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綠色化改革可考慮使用“半微型實(shí)驗(yàn)技術(shù)”開展半微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，以降低其試劑使用量及實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生生成量。這種實(shí)驗(yàn)改良方式，其使用的試劑消耗量通常是常規(guī)情況消耗量的1/3或者1/2，對環(huán)境更為友好。另外，學(xué)生在進(jìn)行半微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程中，需要自行或在教師的指導(dǎo)下對試劑使用量進(jìn)行把控，這能有效考察學(xué)生對于基礎(chǔ)知識的掌握程度，同時(shí)也能加強(qiáng)其對理論知識的理解。在優(yōu)化過程中，學(xué)生還需探尋如何降低實(shí)驗(yàn)副產(chǎn)物的有害性，這對于對該實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的理解有著重要的積極作用。

2.3 優(yōu)化評價(jià)模式

高校的學(xué)生考核體系中，其參考項(xiàng)一般是學(xué)生的課堂出勤率以及期末的試卷成績，兩項(xiàng)乘以一個(gè)比例得到學(xué)生的該科目最終成績，化學(xué)也不例外。平常學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，最關(guān)心的就是自己能不能按時(shí)做完實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合預(yù)期，“綠色化學(xué)”理念通常容易被拋在腦后，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)對其期末成績有影響，而“綠色化學(xué)”理念與期末成績毫不相干，大部分學(xué)生最關(guān)心的畢竟還是成績。教師可基于學(xué)生的這類心態(tài)，將“綠色化學(xué)”理念根植于學(xué)生的思想，讓學(xué)生時(shí)刻謹(jǐn)記。

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，通常需要學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告可以使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的目的、原理以及操作流程有一定的基礎(chǔ)認(rèn)知，這是有效降低學(xué)生實(shí)驗(yàn)失敗率的重要手段。但很多學(xué)生對于預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告敷衍了事，這就導(dǎo)致其在實(shí)驗(yàn)前對實(shí)驗(yàn)各方面了解度不夠，進(jìn)而引起實(shí)驗(yàn)失敗率上升，實(shí)驗(yàn)試劑消耗量巨大，不符合實(shí)驗(yàn)“綠色化”理念。因此教師可將學(xué)生的預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告納入期末考核，讓學(xué)生對其充分重視。

3 實(shí)驗(yàn)室廢棄物的處理

實(shí)驗(yàn)總是伴隨著各類產(chǎn)物，一些是有害、有毒物質(zhì)。若對其肆意排放，則很容易引對環(huán)境的惡劣影響。因此實(shí)驗(yàn)室“綠色化”改革必須重視實(shí)驗(yàn)室廢棄物的處理。在實(shí)驗(yàn)廢物處理方面，化學(xué)實(shí)驗(yàn)一般可以以一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為目標(biāo)，所制備的產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)束后就可能成為“廢物”。但所謂的廢物只是相對而言，將其回收后完全可以根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)再利用、再生后利用、三廢處理教學(xué)使用或者根據(jù)“三廢”處理標(biāo)準(zhǔn)處理。廢棄物的處理綜合處理辦法體系包括分類收集、回收利用、合理存儲(chǔ)等多種方式，同時(shí)一些所謂“廢棄試劑”可被回收使用。如熔點(diǎn)測定污染的大量濃硫酸，我們可以嘗試使用硝酸鉀消色，也可以嘗試以被污染的濃硫酸為合成試劑進(jìn)行合成反應(yīng)，增加合成實(shí)驗(yàn)的操作難度。通過這種形式，讓學(xué)生自主或半自主參與到廢棄物處理制度的制定方法與發(fā)展原則，讓學(xué)生可以更好總結(jié)對于各類廢棄物的處理方法，讓學(xué)生的實(shí)踐能力獲得自主性提高，為其后續(xù)的學(xué)習(xí)、發(fā)展以及就業(yè)過程夯實(shí)基礎(chǔ)，使學(xué)生切身感受目前化學(xué)工業(yè)的發(fā)展路徑與“5R”精神的使用方法與獲取的成效。

4 結(jié)語

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一種基于理論的實(shí)踐學(xué)科，它的學(xué)習(xí)過程必須伴隨實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。但實(shí)驗(yàn)過程同行伴隨著大量的試劑消耗、有毒有害物質(zhì)產(chǎn)生，這是化學(xué)實(shí)驗(yàn)對環(huán)境不友好的根源問題。經(jīng)濟(jì)已經(jīng)較為發(fā)達(dá)的今天，關(guān)心環(huán)境、提倡環(huán)保是時(shí)代的主題。對化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“綠色化”改革能降低試驗(yàn)成本，減少有害物質(zhì)產(chǎn)出與排放，同時(shí)教育學(xué)生秉承“人與自然和諧發(fā)展”的理念，是合格化學(xué)工作者的天職。