低碳环保型的基础化学实验教学

刘建本+吴竹青+石爱华

低碳环保是世界各国一直关注的焦点和近几年来社会的热门话题。节约资源，减少污染，各行各业都在低碳时代展现自己的环保意识，进行自己的环保行动。化学是以实验为基础的学科，实验教学是理工科各专业教学的重要手段。学生从接触大学化学实验开始就培养低碳意识、环保意识，对提升大学生科学素质、培养真正适应今后社会发展需要的人才非常必要。因此低碳环保教育是化学实验教学需重点关注的问题。1989年12月在美国由联合国教科文组织（UNESCO），国际纯粹与应用化学联合会的化学教育委员会（IUPAC//CTC）和美国能源部（DOE）召开的以“能源，环境与化学教学”为主题的国际会议，就明确了低碳环保教育在化学教学中的意义和任务[1]。二十多年来广大的化学教育工作者作了大量的实践[2]。笔者也不例外，在长期从事大学基础化学实验教学中，进行不断地探索与实践，积累了一些有关低碳环保的教学体会与经验。

一教师教学中注重引导

1低碳环保，教师先行

教师是教学活动的主导，作为一名化学教师，在教学中渗透低碳环保意识，尤为重要。教师首先要更新观念，在实验教学中将低碳环保的思想和内容贯穿于教学的始终。其次教师还要勇于创新，勇于探索在实验教学中如何贯穿和渗透低碳环保知识教育。

“榜样的力量是无穷的”，教师要以身作则贯穿于整个教学过程。例如学生进实验室上的第一堂课是“仪器的认领和洗涤”，教师会进行相关的基本操作演示。在介绍玻璃仪器洗涤时如何“对症下药”，诸如铬酸洗液虽然去污力强，但考虑到其使用人的安全性及对水的污染性，一般情况下不要使用，洗涤剂及去离子水为什么要少量多次？因为只有这样才能洗得既干净又节约还减少排放。对于废液、废渣的分类存放等都要亲自示范，还要分析解释，使学生能明了原由，举一反三。因此，作为实验指导教师从自我做起，以身作则不厌其烦地给学生做好示范，哪怕是微小的细节都不能忽略，将低碳环保的理念和行为在教学中潜移默化的传授给学生。

2倡导节约，减排环保

学生节约意识及行为，是教学中的一个难点，有的学生平时大手大脚惯了，还有的学生认为是“公家的”不知道痛惜。教师不能采用简单粗暴的态度对待学生，而应晓之以理，动之以情。例如试剂等的取用，要让学生知道实验室提供的试剂及材料都是根据实验所需用量准备的，如果准备过多，不但造成浪费，剩余的试剂也要进行处置和管理，不仅加大了人力物力而且也增大了废物的排放量。又如在酒精灯的使用过程中，除了注重常规的添加酒精、点燃、熄灭等基本操作规范外，还提醒学生不用时应及时熄灭，这不仅仅是节约了燃料，还减少了由于酒精燃烧产生的二氧化碳污染。对于实验室各种试纸为什么要剪成一小块使用的理由等等。让学生明白节约使用实验试剂、实验材料、水、电等，在减少浪费的同时也是减少了废物的排放，让学生意识到低碳环保无处不在，从小事做起。提倡节约“就是低碳，就是环保，就是光荣！”。

二注重学生环保意识和能力的培养

1学生在教学中的地位

学生是参与化学实验教学的主体人员。实验教学与理论课教学的最大区别是课堂活动以学生为主，一堂课90%的时间是学生自主操作，提高他们的环保意识是减轻化学实验对环境污染的前提。以基础化学实验I教学为例，该部分教学时数2万学时/年左右。开设对象为全校化学、食品、环境、生物、医学等专业的大一学生，在学生入学的第一个学年是培养学生良好实验习惯的关键时期。因此，从学生进入实验室开始，就树立低碳环保的的思维方式，养成良好的行为习惯，对后续课程的学习、将来的工作岗位践行、推进社会的可持续发展非常重要。

2充分调动学生的主观能动性

在教学中，要努力使学生都意识到环境污染的严重性、危害性以及保护环境的重要性。例如指导学生组织举办环保讲座、图片及实物展览、知识竞赛等等一系列低碳环保活动，不仅提高了学生自身的环保意思，而且使更多的人们认识到环境与人类的密切关系。倡导保护环境要“从我做起，从现在做起”。通过一个学期的训练，绝大部分学生都能较好的约束自己的行为并养成良好的实验方法和习惯，例如对废渣、废液都能自觉地进行分类回收或处理。学生在实验中往往会因为各种各样的原因失败，以前一般是不加考虑的重做，不仅浪费时间，还会浪费试剂引起成环境污染，现在由于通过低碳环保的教育，学生已经逐步养成了节约环保的意识。他们会首先冷静分析原因，考虑补救，尽量避免重做。这样既锻炼了学生分析问题和解决问题的能力又达到了实现低碳环保型实验的效果。

3加强对学生的考核

把低碳环保作为实验考核的指标之一，体现在平时的实验考核，期末操作考核及闭卷考试多方面进行。例如实验操作部分加大考查学生对试剂及材料的取用量、废液、废渣的处理及卫生习惯等的权重。笔试中增大对安全知识及环保意识方面的测试内容，例如试题“谈谈你在实验中，应注意哪些行为（举例）来减少‘三废对环境的污染？”，“结合实例谈谈你在实验中是如何理解和实现‘低碳环保的？”综述题等。

三实验教学改革围绕低碳环保

1实验内容

基础化学实验是化学实验的最基础课程，主要是实验基本操作及基本技能的训练。传统的教学内容重点体现在对化学基本操作的训练及基本知识的理解，有的实验资源耗费多、药品毒性大、污染严重。实验室是师生教学活动的重要场地首先应该避免有毒、有害物质对学生身体健康的损害及对周围环境的污染。所以改革教学内容是实现实验教学低碳环保的重要环节，应该调整、删除传统实验中陈旧重复的实验内容，精简、优选、更新实验项目。

在保证必要地训练、培养学生的实验技能和基础知识的前提下，去除一些能产生很大毒性的实验内容和实验项目，以实验内容的科学性和训练的全面性为原则，尽量选择使用无毒、无公害的绿色原料、试剂、材料、仪器等。基础化学实验根据学生所学的专业和掌握的知识程度分为四部分（及基础化学I～Ⅳ）。以基础化学实验I为例，其内容具体到实验室教学中实施是：除去一些能产生很大毒性的例如氯气的制备、二氧化硫的性质、硝酸的氧化性及汞齐等实验内容。更新和改进原有的实验内容、实验方法。尽可能的选用无毒或低毒性，无污染或低污染，且废弃物容易处置的化学药剂和化学反应。例如硫酸亚铁铵的制备采用铁粉代替废铁屑原料，无水硫酸铜的制备用氧化铜代替废铜片原料，防止了硫化氢、含氮的氧化物等有毒气体的排放。一些性质实验难免会产生少量的有害气体，一旦观察到现象就马上终止反应，防止继续扩散。尽管目前实验室通风条件很好，但也要考虑到对实验室以外环境的排放影响，改革实验装置，使原来的开放体系变为封闭体系。例如在阴离子的分析鉴定实验中对二氧化碳的鉴定将原教材中在试管上方用玻璃棒观察碳酸钙的生成改为在滴瓶中反应生成[3]，使学生明白既提高了实验现象的观察又防止了二氧化碳向大气中的排放。endprint

尽量使用安全的仪器，实验室的温度计是常规且易耗仪器，实验室以往用的都是水银温度计。考虑到汞的毒性，学生实验在一般情况下均使用酒精温度计，对一些温度精度要求较高的实验如“过氧化氢分解热的测定”才使用水银温度计，而且要求学生将其视为“宝贝”爱护使用，并采用仪器使用登记制度进行管理。减少试剂用量，推广微型化实验，像氯化铅、碘化铅的性质实验，按传统教材通常取1-2毫升硝酸铅试剂，改革后只需要一滴试剂效果就很明显了，而且后续加重铬酸钾，硝酸等试剂的量都会相应的减少。设计增加开设一些综合性环保实验，例如过氧化钙的制备及测定、过氧化氢分解热的测定等环保实验。

对于开放实验，优先考虑零排放、低污染绿色环保的项目，例如对学生开放废旧电池的回收利用实验，原料来源于生活，可以是各种类型的一次电池和二次电池，实验内容灵活，可以根据学生的专业层次和已掌握的知识内容可多可少，难度可浅可深。学生感兴趣，还能激发学生的创新思维和能力。

2多媒体仿真

教学方法改革和教学手段的现代化越来越受到世界各国化学教育界的高度重视[4]。利用多媒体课件、仿真实验软件等现代化教学手段进行虚拟实验教学，把抽象的实验内容用文字、声音、图像、动画等效果形象地描述出来，通过人机对话方式，重现实验内容和实验现象，学生可以反复地操作练习，观察实验的现象变化[5]。多媒体仿真实验除了它信息量大、方便，更重要的是能避免有毒、有害的试剂对人体和环境造成的危害，特别适合那些所需试剂较多、毒性较大且污染物的排放量也较多和那些重复性不太好的实验。比如，一些燃烧试验和爆炸性试验以及危险大、有毒气体不易控制等不安全因素较多的实验，例如氯气的制备及氯氢化合反应等[6]。是实现“零排放，零污染”的环保式教学方式之一。

总之，低碳环保是社会十分关注的问题。环境保护是全民的行动。作为化学教师，培养学生的环保意识是每个教师应尽的职责。在传授学生专业理论知识和技能的同时，还要培养学生保护环境防止污染的意识及行为，努力做到最大限度地消除或减轻化学实验对环境所造成的污染，培养学生环保意识及创新能力，提高大学生的良好素养，实现社会的可持续发展。这是一个任重而道远的事业，需要广大教师持之以恒的去探索和实践。

参考文献

[1]杨骏英.能源、环境与化学教学—国际会议简介[J].化学教育，1990 （6） ： 58-59.

[2]周先波，王永红，毛红雷，等.大学化学实验教学绿色化思考与设计[J].实验室科学，2013，16（2）：194-196.

[3]刘建本，吴竹青，石爱华.“碳酸根离子鉴定”实验装置的改进[J].中国科技教育，2011（4）：13.

[4]陈祖福，华形文，田荷珍.化学在演变化学教育要改革—第12届国际化学教育会议简介[J].大学化学，1993，8（3）：60-62.

[5]霍小平，李仲谨，刘存海.无机化学实验教学绿色化研究[J].广东化工，2012，33（9）22-23.

[6]刘建本，聂军，蔡石坚.“氯氢化合”实验Flash课件的制作[J].中国科技教育，2010，（171）：104-106.endprint