高校实验化学课程绿色化探索

韩亚杰+王秀花+武占省

摘要：实验化学是化学教学的重要手段，对于素质教育、培养学生创新能力和动手能力具有不可替代的作用，是提高教学质量的关键。文章针对实验化学课程的特点，以绿色化学为导向，针对我校实验化学教学中存在的一些问题，结合自身教学体会，从三个方面提出了相应的措施。

关键词：实验化学；绿色化学；学生

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）35-0274-02

一、引言

化学是研究物理原子、分子、生物大分子和超分子及其凝聚态的组成、结构、性质、化学反应及其规律和应用的科学。简单地说，化学就是分子的科学。不论是中学化学还是大学化学都一直非常重视化学实验，实验与理论的教学相辅相成，有些时候实验课程尤显重要。首先，学生在化学实验室进行了技能训练，在实验过程中对课堂上学习的理论知识会加深理解，同时也会巩固以前学习的知识点，培养学生细心、耐心观察实验现象并对实验结果进行分析的能力。但我们认识到，化学实验在带给世界美好的同时对环境造成了污染，威胁着人类的健康。

二、绿色化学

绿色化学又称清洁化学（Clean Chemistry）、环境无害化学（Environmentally Benign Chemistry）、环境友好化学（Environmentally Friendly Chemistry）。綠色化学产生于20世纪90年代，当时人们已经认识到传统化学工业对环境造成了污染，对人们的身体健康造成了严重威胁，从而提出绿色化学这一学科，学科的主旨思想是运用化学的原理和方法从源头上减少和消除化学化工生产过程中对生态环境带来的负面影响，减少或消除那些对环境安全、人体健康有毒有害的催化剂、原料等的使用。“绿色化学”这一术语已经逐渐成为世界性的名词，它的主要特点是原子经济性，就是在获得某种新化合物的反应过程中充分利用反应物的每个原子，最终实现“零排放”，不但能够充分利用各种资源，而且不产生污染。绿色化学遵循以下12项基本原则：（1）不让废物产生，就是不让其生成后再处理；（2）最有效地设计化学反应和过程，最大限度地提高原子经济性；（3）尽可能不使用、不产生对人类健康和环境有毒有害的物质；（4）尽可能有效地设计功效卓著而又无毒无害的化学品；（5）尽可能不使用辅助物质，如须使用也应是无毒无害的；（6）在考虑环境和经济效益的同时，尽可能使能耗最低；（7）技术和经济上可以可再生资源为原料；（8）应尽可能避免衍生反应；（9）尽可能使用性能优异的催化剂；（10）应设计功能终结后可降解为无害物质的化学品；（11）应发展实时分析方法，以监控和避免有毒有害物质的生成；（12）尽可能选用安全的化学物质，最大程度地减少化学事故的发生。面对高速发展的科学技术和知识经济以及日趋严重的环境污染等问题，我国高校的教育模式和对人才的培养模式必须要做相应的改变，由此更新教学陈旧的内容和古板的教学手段成为教学改革的重要课题，绿色化学教育进入化学教育领域必然是一个值得思考和探索的问题。

三、实验化学课程的绿色化

我校是一所综合性大学，《实验化学》是一年级学生学习《无机及分析化学》理论基础课的实践教学组成部分，涵盖医学院的检验专业，农学院的种子科学专业、农资专业、植保专业、林学专业、农学专业、园艺专业，动科院的动科专业、动医专业，食品学院的食质专业、食品专业，生命科学学院的生科专业，等等，每学期选修的各专业学生总数超过800人。由于实验化学的实验项目广，所用试剂繁多（有些实验需要用到有毒试剂），因此必须将绿色化学的教育观念融入到实际教学实验中，才能加强教师和学生的环保意识。

（一）树立绿色化教学理念

随着绿色化学的发展，世界各国已经认识到对大学生进行绿色化学教育刻不容缓，比如引导学生设计封闭体系进行排放有毒有害气体的实验，并对有毒有害气体进行收集处理消除危害。这种教学方法既能弥补课本的不足，又能激发学生的改革创新意识。在实验化学的教学中，教师要不断地增强学生的环保意识，让学生亲自参加到整治污染的活动与实践中。通过培养学生的可持续发展理念和意识，使得绿色化学的思想根植在学生的头脑里，更为重要的是将这种思想贯穿在他们以后的学习、生活和工作中。

（二）实验内容的绿色化

我们要从根源上解决化学实验的污染问题，必须抓牢抓住绿色化学这一门前沿学科，合理、有效地选择实验题目，需要做到以下几点。

1.实验项目的取舍应以原子经济性为主要原则，即首先考虑化学反应中仅仅需要无损耗的催化剂，就可以使反应物分子里的原子100%的生成产物，达到零排放（zero emission）。对于我校实验化学课程里有机化学部分应该优先选择原子经济性较高的内容，比如康尼查罗反应和Click反应等，通过这些有机部分实验的学习，也加深了学生对原子经济性的认识。

2.化学试剂：使用无毒或低毒原料，避免高毒性反应产物，比如不选用重铬酸钾氧化剂，避开苯胺类有毒致癌试剂，从源头上满足绿色化学的要求。

3.反应溶剂：实验内容设置上应本着与时俱进的思想，优先使用高效、新型的绿色反应介质（超临界液体、水、离子液体）。虽然水是安全、无毒、价廉、可循环的，但在实验过程中应当注意排放的废水是否会造成新的、更严重的污染。由于水资源的短缺，还要考虑废水回用等一系列问题。

4.催化剂：尽量避免使用强酸、强碱类催化剂，在实验化学教材中的酯化反应、硝化反应、氧化反应中，可以考虑同样起到很好的催化作用的固体酸催化剂。

（三）实施绿色化教学手段

化学实验属于消耗性实验，若改进实验手段，对某些实验采用网络化、计算机辅助模拟以及观看实验录像等方法，就会达到低碳、绿色、环保、开放的良好效果，可以从以下几方面进行改进：（1）在学生做实验的过程中，播放与本实验有关的教学录像，如滴定管、酸度计、分析天平的使用等，对于技术细节应当近距离的播放。（2）建立虚拟实验室替代真实实验室完全不符合绿色化学的原则，但是目前没有合适的替代方法来替换实验内容。

四、结语

化学实验的绿色化已经成为现在高校化学实验的趋势。为了实现可持续发展，我们应当重新审视传统的化学实验，改变传统的操作模式，寻找绿色催化剂、绿色溶剂，发挥现代信息技术使用计算机与多媒体模拟仿真等现代化科技手段，实现实验化学教学的绿色化。

参考文献：

[1]徐光宪.化学的定义、地位、作用和任务[J].化学通报，1997，（7）：53-56.

[2]朱清时.绿色化学与可持续发展[J].中国科学院院刊，1997，（6）：415-420.

[3]胡常伟，李贤均.绿色化学原理和应用[M].北京：中国石化出版社，2002：27-34.

[4]闵恩泽，傅军.绿色化学的进展[J].化学通报，1999，（1）：10.

[5]Trost B M.Atom Economy-A Challenge for Organic Synthesis：Homogeneous Catalysis Leads the Way [J].Angew Chem Int Ed，1995，34（3）：259-281.