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基于绿色环保理念的有机化学实验教学初探

2024-08-11 55 上传者：管理员

摘要：随着当代经济社会的迅猛发展，人们日益体会到生态环境保护的重要性，将绿色环保理念根植于生产生活已成为社会发展的必然需求。高校有机化学实验是化学课程体系中兼备实践性、应用型和综合性的专业基础课，然而，目前高校在开展有机化学实验教学中并未注重融入绿色环保理念，实验室设施陈旧、实验过程设计不合理等造成污染问题严重，所以高校教师需要对传统的实验教学模式进行改进，树立学生绿色环保的实验理念，从而达到全面育人的目的。通过创新教学思路、整合实验内容、加强试剂管控等方法，进而实现具有绿色环保理念的有机化学实验教学。重点分析了将绿色环保理念应用到高校有机化学实验教学中的方法手段及应用现状，提出了创新有机化学实验教学的途径，以期探究出绿色环保理念在有机化学实验教学中的实践新路径。

关键词：
化工生产
实验教学
有机化学
绿色化学
绿色环保理念
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绿色环保理念是在绿色化学的基础之上提出的一个延伸性概念，“绿色化学”是指利用最少的资源、消耗最低的能量、产生尽可能小的污染且提高原子转化率实现化工生产或化学实验等目的。随着经济社会的不断发展，人类生产生活等社会活动对生态环境所造成的影响日益加剧，这将会对人类社会造成不可逆转的危害。因此，将绿色化学融于环境保护形成绿色环保理念，并将其应用于化工生产和化学实验迫在眉睫。

有机化学实验课程是药学、药物分析、制药工程、化学师范、化学工程、化学工艺等多个专业的基础课程，具有基础性、操作性、实践性、应用性等特点。在进行有机化学实验过程中，由于较多的实验步骤涉及到多种复杂的有机试剂，而大多有机试剂具有毒害性和挥发性，学生操作不当时则会经口鼻吸入或经皮肤吸收，进而构成对人体健康的极大威胁，同时造成环境污染，甚至会影响到生态平衡。将绿色环保理念与有机化学实验紧密联系，以绿色环保理念为思想指导，绿色化学的要求为根本原则，教育引导学生改进有机化学实验方法、设计有机化学实验过程、评价有机化学实验结果，逐步形成基于绿色环保理念的有机化学实验教学，是当代有机化学实验教学的根本方向。

一、有机化学实验教学中融入绿色环保理念的意义

绿色环保理念是将环境友好型化学融入到环境保护工作中，其与传统环保有一定差异。绿色环保理念更加强调提高化学药品的功能和效率，分析研究化学实验产生的副产品污染物对环境的影响，目的是减少反应副产物对环境的污染，以有效发展化学学科和环境保护为主要任务。目前，面临日益恶劣的生态环境，此举定将为今后化学学科发展提供前进方向和不竭动力，也是高校化学学科人才培养的根本原则。以绿色环保理念为思想指导，运用合理的化学方法及手段，避免或减少使用影响生态环境和人类健康的有毒害性原料、溶剂、中间体、产品和副产品等，实现环境友好式的化学学科良性发展[1]。

有机化学实验是多个本科专业的核心基础性课程，根据绿色环保理念的要求，有机化学实验要从源头控制和消除环境污染，在进行有机合成实验时，应选择科学的有机合成方案，严格把控反应原料、催化剂、溶剂的选取标准等，减少或遏制环境污染的产生，从开端就前置化预防污染的方法手段，实现“开端-过程-终端”的无污染[2]。但目前，大多教师只重视实验原理的讲授，忽略了学生是独立完整的个体，缺乏对学生创新实验能力的培养，因而学生在进行实验时环保意识淡漠，例如“乙酸乙酯的制备”的实验教学中，大多数教师会向学生提问如何从全面综合的角度选取实验方法进行实验，而非从创新路径、保护环境、实验安全等角度进行实验。大部分学生在进行有机化学实验操作时，只会考虑操作速度、药品种类及实验步骤等因素，而在选择实验药品时没有充分考虑到对环境的负面影响；随意将浓硫酸、磷酸等催化剂倾倒至下水槽，制备的乙酸乙酯没有彻底地与水相萃取分开，这可能会引起水体、大气等污染。而不会考虑在环保的基础上合理使用实验药品试剂和耗材来提高实验效率、增加产品产率等。

教师需要在有机化学实验教学设计中融入绿色环保理念，在实际教学中强调绿色环保理念，优化有机化学实验课程教学的模式，推进形成绿色环保理念的“有机化学实验”教学新路径[3]。教师应积极发挥自身的引导性作用并做好示范工作，为有机化学实验产生的废水、废气、固体污染物的处理制定科学合理的标准，包括：集中整合、严格分类等，尽量避免产生环境污染。进行实践教学活动中，润物细无声地将绿色环保理念根植于学生的惯性思维之中，以绿色环保理念指导学生的实验操作。另外，在践行绿色环保理念的有机化学实验教学时需要师生协同合作，绿色环保理念的教学模式要求学生发挥主观能动性，在实验实践中积极提升综合能力。在学生学习过程中全面渗透绿色环保理念，在实验过程中挖掘减少负面影响的路径，创新降低环境污染的实验方案。

21世纪的有机化学实验教学已不同于传统的教学模式，更侧重对学生的全面培养，绿色环保理念对学生综合素质的培养具有重要意义。有机化学实验教学中根植绿色环保理念，从理念指导教学革新，构建系统性的课程体系，推进有机化学实验课程教学创新。由以上分析可知，基于绿色环保理念的有机化学实验教学改革意义重大。

二、绿色环保理念在高校有机化学实验教学中的应用现状

有机化学实验教学是高校化学类课程教学中的重要部分，是能够增强学生动手操作能力的课程。有机化学实验是药学、药物分析、制药工程、化学师范、化学工程、化学工艺等多个专业的基础课程，目前高校开设“有机化学”课程的专业还包含临床医学、生物科学、动植物检疫及园林等。“有机化学实验”是学生今后学习专业实验和从事科研工作的基础课程。

首先，分析有机化学实验室的污染情况可知，少数高校的有机化学实验选取了一定量的有毒害性、易燃易爆药品和一些具有强挥发性和强腐蚀性的液体状态化学试剂。部分有机化学实验并未按照绿色环保的标准选择剂量和搭配溶剂，不能按照要求处理实验产生的废弃物，甚至液体废弃物直接排入下水道。同时，学生进行有机化学实验操作时，还可能会产生一些有害物质，不但存在实验安全隐患，而且可能会污染环境。所以，必须对高校“有机化学实验”进行绿色环保化改进，消除安全隐患，减少实验产生危害和污染。学校对于有机化学实验室的管理也存在一些问题，实验室运行制度不成体系。缺乏对基于绿色环保理念的有机化学实验教学的宣传和倡导，致使实验药品管理和实验操作缺乏规范化、合理化的情况时有发生。

其次，有机化学实验教学设计包括：教学内容、实验方案、教学方法手段、教学过程和实验计划等内容，而因为理念差异，学生开展实际实验操作时未按照实验设计的内容进行，在使用实验仪器设备、量取实验试剂等时未按照实验室规定进行，导致学生不合理地处理废气、废液、固体废弃物，产生二次污染[4]。教师未形成正确的绿色环保的有机化学实验教学意识，加之有机化学实验室条件落后、相关经费支持不足、教学内容更新较慢等，都导致绿色环保理念难以融入到实际的有机化学实验教学中。

最后，在建设和维护有机化学实验室时需要大量消耗财力和物力，但现阶段很多高校未投入足够的资金来建设实验室，致使有机化学实验室的器材设备陈旧、通风设施落后、防护设备短缺等现象普遍存在。较差的实验条件在一定程度上限制了绿色环保式的有机化学实验教学的开展，抑制了教师创新教学理念和模式的积极性，影响了学生通过操作掌握实验技能和方法。另外，融入绿色环保理念也是有机化学实验教学改革创新中至关重要的一环。虽然有机化学实验教材中增设了一些绿色合成实验，但仍存在空缺之处，未对微型化学实验用品进行定量规定，给学生的实验操作带来了一定的困扰，表现出了实验过程的随意性和盲目性。

三、探索基于绿色环保理念的有机化学实验教学新路径

(一)开展结合绿色环保理念的有机化学实验教学

课程配套教材是开展教学活动的必要媒介，除了在实验课程中融入绿色环保理念，在理论课程的教学中也要逐步向学生渗透绿色环保理念，这就要求有机化学教师合理运用理论课程教材，并适当增加体现绿色环保理念的教学内容，潜移默化之中使得学生了解到前沿的绿色环保理论知识。

首先，在开展有机化学实验教学中，教师要重视学生实验预习报告的完成情况，培养学生科学的实验态度，并认真细致地检查学生的实验预习报告，向报告中的重点内容进行提问，达到一定的标准后可到实验室进行实验操作。

其次，在学生实验操作前对实验安全、实验机理、步骤等进行详尽讲解，有机化学实验包括：蒸馏、重结晶以及薄层色谱等操作，旨在培养学生的理论基础和操作技能，这类操作需教师进行规范化演示。教师也需留意观察学生的错误操作和不当行为，并予以示范和积极引导，促使学生形成绿色环保习惯，让学生体会到绿色环保的重要性。负责编撰教材的教师则需秉承开拓创新的精神将具有代表性的绿色环保案例编入有机化学实验教材中，提高学生学习基于绿色环保理念的有机化学实验课程的积极性，还要将绿色环保理念融入有机化学理论课程教材中，达到理论与实验相辅相成的效果。

最后，在有机化学实验教学中试行虚拟仿真实验教学和进行微型实验也是践行绿色环保理念的基本途径。虚拟仿真实验和微型实验不仅能够降低化学药品的用量，还减少了实验的安全风险[5]。

(二)整合实验内容，优化实验室管理制度

为了更好融合绿色环保教学理念，有机化学实验内容需进行适当整合，教师需结合有机化学实验要求，精心设计合成机理和操作步骤。此外，优化实验室管理制度、加强学生实验安全教育，并适当增加安全防护设施，提高实验的可控性和安全性。

首先，删去实验试剂中剧毒性化学试剂并用绿色安全的化学试剂进行高效代替。例如，从茶叶中提取咖啡因这一实验，可选用乙醇作为提取试剂；蒸馏及沸点测定这一实验，可选择蒸馏高锰酸钾水溶液。此举既符合学生学习基本实验操作的教学目标，又能减少环境污染，利于学生身体健康，潜移默化中还向学生灌输了绿色环保理念。

其次，在常规有机化学实验中，学生使用一次性化学试剂造成了资源的浪费，且在使用中存在着一些风险性。因此，整合实验内容时需科学地串联各个实验环节，形成连续性的实验环节，将上一步产生的实验药品循环利用到下一步骤中，既能培养学生实验操作技能，又能实现化学试剂的原子经济化、提高实验产率、减少环境污染，实现有机化学实验的绿色环保化。例如，熔点测定、重结晶的基本实验操作和乙酰水杨酸的制备及其他有机合成内容串联为连续性的实验环节。学生完成乙酰水杨酸的制备后，回收产品进行重结晶实验，得到纯化后的实验原料并收集保存，用于下一步乙酰水杨酸的熔点测定的实验药品。如此操作即可将以上三个实验科学地串联起来，相较于三个独立实验，实现了乙酰水杨酸的循环利用。

最后，加强实验室安全管理和实验废弃物的分类回收再利用也是教学工作中融入绿色环保的基本路径。在实验室日常管理中，应完善实验现场环境和实验室各项设备设施，还需经常维护实验室通风设施，营造安全、清洁的实验环境。另外，在有机化学实验过程中，教师应使学生了解到实验废弃物将造成严重的环境污染，但大部分实验废弃物可被循环再利用，实验结束后应有规划地收集和分类实验废弃物，并将其回收再利用，进而培养学生的绿色环保意识。

四、结语

随着社会发展和科技进步，人们对于生活质量的需求也在不断提升，教育领域也要进行顺应时代发展的改革与创新。在有机化学实验教学中融入绿色环保理念，需要采取一些措施，如：理论与实验相结合、更新实验配套教材、试行虚拟仿真实验教学、进行微型实验、整合实验内容、循环利用实验资源及优化实验室安全管理制度等。经过实施以上措施，以期引导学生在今后的学习和生活中养成绿色环保习惯，在确保高质量高水平完成教育教学的同时也实现了化学学科与生态环境的和谐共处。

参考文献:

[1]邵建群,李青原,石晨,等.基于绿色环保理念的有机化学实验构建与实践[J].医学教育管理,2023,9(S1):50-53.

[2]陈大来.绿色化学在有机合成中的应用[J].广东化工,2019,46(16).

[3]李顺来,杜洪光,李春闯,等.大学本科有机化学实验课程教学改进研究与实践[J].四川化工,2023,26(6):52-55.

[4]李培峰,高先池,刘春颖.基于绿色化学的有机化学实验室废弃物的原点处理[J].大学化学,2022,37(2):127-130.

[5]高梦,王飞翼.可持续发展与绿色化学在本科有机化学实验教学中的应用[J].化工设计通讯,2023,49(12):126-128.

基金资助:2023年度佳木斯市社会科学研究课题:“绿色化学理念在环境保护中的应用研究——以佳木斯为例”(230028);

文章来源:户晓雪,耿一丁,宫益霞.基于绿色环保理念的有机化学实验教学初探[J].佳木斯大学社会科学学报,2024,42(04):172-174.