绿色化化学实验教学模式

田爱杰

济南市技师学院 250031 山东济南

现阶段,化学实验绿色化教学模式还没有在全国的高校中得到普遍的应用,主要原因有资金受限、思想认识不到位,实验教学不规范,部分高校由于在化学实验教学中投入的资金不足,所以购买实验药品时对质量要求不高,并且没有对实验过程中产生的废弃物进行处理的能力,所以导致污染物的产生,有些高校则是在思想意识上没有认识到绿色化学实验的重要性,环保意识比较薄弱,所以对化

学实验的废弃物处理不到位。
一、高校化学实验绿色化教学模式的开展

学校领导以及实验教师应该具有绿色化学意识
  高校要想开展化学实验绿色化教学模式,思想意识的提升是关键要素,只有深刻认识到绿色化学实验的重要性,才能够在实践中得到有效的执行,首先要高校的领导层对绿色化学实验的重视,对化学实验教学根式下达相应的教学指标和任务然后化学实验教师根据学校的指示以及教学实际情况,制定出合理的绿色化学实验教学标准,确保绿色化学实验教学的现范性,对于化学实验中所使用的仪器、试剂药品以及化学实验的步骤都有科学合理的部署,尽量减少和避免有毒有害物质的产生,并且做好对废弃物的妥善处理,从而为绿色化学实验教学的有效开展奠定良好的基础。
(二)废除污染,每性大的化学实验
  为了减少化学度弃物对环境的污染,在能够保证高校化学实验教学任务的基础上,对实验教学的内容进行适当的修改,应该选择污染小,毒性低、废弃物处理容易的实验,尽量避免污染大、毒性高、废弃物处理难度高的实验,不仅能够满足高校对学生化学实验基本操作的需求,又能够降低污染。
(三)寻找有毒有害试剂、溶剂、催化剂的替代品
  在化学实验中所产生的有毒有害物质,基本都是由化学反应过程中所使用的试剂、溶剂以及催化剂等与药品进行反应所产生的,所以对这些反应物的控制是减少和避免有毒有害物质产生的根源周怀,宋学,微型化学实验M)杭州:浙江科学技术出版,1902:17.23.1在化学实验中,可以选择一些无毒,可再生的资源作为试剂、溶剂以及催化剂的替代品,既能够保证化学反应的正常进行,又能够减少和避免有毒有害物质的产生,有些替代品的成水较高,所以需要学校在资金方面给子一定的支持。
(四)推广减量、丰微量或微量化学实验
  在满足教学大纲要求通过高校化学实验获取化学信息量,积极广减量,半微量微量化学实验。通过试剂用量,辅助材料、水电消耗的减少也可以大大降低实验成本,也就能够缓解学校对实验教学有限投入的压力,其次也能够减少实验过程中比如爆炸,中毒,燃烧等事故的发生,使得实验更具有安全作;同时由于用料的减少,实验中“三废”的排放也将减少,对环境的污染将减小,实验环境条件将会得到一定的改善。在保证高校实验教学效果的前提下,应大力推进微量实验的开发和推广。
  (五)建立虚和仿真化学实验室
  在信息化高速发展的时代背景下,虚拟仿真化学实验室的实行已经成为可能这项技术的应用是高校开展化学实验绿色化教学模式的重要径,通过虚拟仿真实验,既能够达到化学实验教学的目的,让学生对难以理解的理论和概念有直观的了解,又能够完全避有毒有害物质的产生。
  (六)开展串联实验
  传统化学实验教学是在理论课开设的同时或紧跟理论课来开设实验课程,每个实验基本上都是单独开设的、孤业的,因重复实验增加实验投入和“三废”的产生通过对实验进行分类,整合实验课程,将存在关联的实验进行研究并调整实验内容打破学科间、实验间的壁垒,开展串联实验。
  高校化学实验绿色化教学模式的推广是时代发展的必然需求,从现代社会发展节约环保的层面来看,应该尽量减少或者避免化学实验中产生污染物,减少对环境的污染。思维意识的转变、教学计划的安排、实验品的选择以及课程的优化等,都是进行化学实验绿色化教学模式的途径。所以高等学校在开展化学实验绿色化教学模式时,应该结合学校自身的实际情况进行合理规划,以适应时代的发展形势。
二、绿色化学理念在化学实验课程中的应用
  20世纪90年代,美国联邦政府颁布了污染防治法案,在该法令中,第一次提出了“绿色化学”这一概念,旨在能够节约资源的同时最大限度地减少废物的排放。无机及分析化学实验作为本校制药与化工类专业学生必修的专业技术基础课程,具有较强的实践性和应用性。该课程的目的主要是验证一些化学原理以及元素的基本性质,并通过实验操作来培养学生的观察与动手能力。但在化工人才的培养过程中,教师往往习惯于沿袭传统的化学教学模式与教学内容,而忽略了对学生环境保护意识的培养。本节通过结合自身的教学经验,针对这个问题提出了几点教改措施,探讨了实现无机实验绿色化的途径。
  (一)绿色化学理念对于无机实验的重要性
  现今社会,对于环境的重视程度不断提升,大到工业生产,小到个人起居,无一不在倡导“绿色环保,节能减排”。《无机及分析化学》作为本院为新生所开设的一门基础课程,分为理论与实验这两部分内容,在实验课程中会涉及到许多有毒有害的试剂,例如钡盐、氯仿,四氯化碳等,每次的实验下来,聚沙成塔的有毒试剂累积效应倚若不加以治理,对环境所带来的影响也是不容小觑。因此,在高校的化学教学中应当加强对绿色化学的教育,并对一些污染较大的传统实验进行优化调整,将绿色化学理念融入进化学教育中,从而问接地培养学生养成良好的环保意识。

  (二)绿色化学理念在无机实验中的应用

1. “定 确定教学理念
     绿色化学是为了更好地适应可持续发展要求而提出的一个全新观念。按照绿色化学理念,优化调整原有教材中一些有污染的传统无机实验,选择和设计绿色化无机实验,将绿色化学理念融人整个实验流程中,是未来化学实验发展的方向。结合具体教学环节,在开展实验课程中,应遵循以:减少用量、拒用危化品、重复利用、回收再生的原则。①减少用量,例如:在用莫尔法测定水中氯离子含量的实验中,就涉及到贵金属试剂AgNO3,由于价格昂贵,学生试剂使用量大,实验成本相对较高,因而必须从绿色化学的理念出发,优化实验流程,减少用量。②拒用危化品。根据绿色化学理念,在选择试剂时。应当尽量用低毒、无毒的试剂进行代替,在不影响达到实验目的前提下,将有毒有害的试剂进行替换,③重复利用。无机实验中,对于实验过后剩余的酸碱液,可以进行同收后用末洗涤玻璃容器。④回收再生。实验中常用的萃取剂CC1₄就是典型的回收再生的试剂,在性质实验验证完毕后,可以利用萃取把混合液中的CCl₄进行分离,最后将分离出来的CC1₄进行汇总后,统一蒸馏,使其回收后再利用。
   2.“改”—改变教学模式
   (1)推广微型实验。实验是学习化学的基础,是提高动手能力与创造力的重要途径。于1982年,化学实验室悄然掀起一场“绿色革命”,微型实验( Microscaleaboratory简称ML)因其操作安全系数较高、节省材料、污染少等优点,受到了各国教育界的广泛关注。在各大高校化学类专业的实验课程中,依然沿袭传统的实验教学模式,随着高校的扩招,学生规模不断增大,常规实验对试剂的消耗极大,对仪器的要求较高,导致一些学校不能达到人手一套的基本要求。与之相比,微型实验较常规实验而言,药品用量少,仪器价格便宜,能够大大缓解实验经费压力的同时还能满足每位学生的操作需求。在这样的趋势下,必须打破传统的实验教学模式,推广微型实验,在传统的无机实验教学上,教师们已经拥有了大量的经验,能够很好地规避其中的风险,达到实验教学的目的。微型实验目前仍处于一个萌芽阶段,在初期推广实施的过程中,可以先用常规实验教学来让学生熟悉基本的实验基础操作,再缓慢过渡到微型实验。
    (2)引入多媒体仿真实验,传统的无机实验教学中,学生所练习的大部分实验基本都是经过筛选,除了部分毒性大、三废处理困难,具有一定危险性的实验,因而从教学的内容上来看,会缺乏一定的广度。在教学模式上,皆是先由指导老师讲解实验目的、原理和操作步骤后,再由学生进行实验练习。这种模式下,学生会对老师产生强烈的依赖性,不利于发挥其自身的主动性与创造性,因此,有必要对传统实验教学模式进行改变。引入多媒体仿真实验教学,将仿真实验教学与传统实验教学相结合,就能较好地解决传统实验教学的弊端,通过仿真实验教学,就能将那些试剂消耗量大、具有一定污染性与危险性的实验做成仿真系统来供学生操作演练。通过计算机来模拟实验,学生也依然能达到亲身操作的效果,从真正意义上实现了化学实验的“零排放”“零污染”的目标。
   (3)提高学生的课堂参与度。无机化学实验主要以性质实验为主,实验过程中一些化学反应的过程都极为迅速,因而学生经常会提前得做完实验,并且空余的时间也较难安排,针对此现象,教师从如何提高学生的课堂参与度的视出发,并结合绿色化学理念,让学生自主寻找绿色化的实验方案进行实验,从实验模式上,改变以往的“验证型”教学模式,并逐渐向“研究型”模式进行过渡。因此,在开展实验教学的第一堂课上,笔教师会引导学生利用学校图书馆的网络资源进行文献检索,以小组形式进行分配,合作去完成一个实验课题,让学生能在团队合作的过程中学会思考,主动解决实验中的“三废”污染问题,在丰富课堂内容的同时,提高学生的积极性。

3.“丰”一丰富教学考核
 对于一个综合型人才而言,除了精通专业知识技能外,更关键的还要养成良好的职业素养。因此,在“三废”处理的考核不能只停留在理论之上,必须对其进行重视,将理论内容结合实践来进行考核,才能强化学生的环保意识,帮助学生形成良好的职业素养。
  只有能够激发学生去进行自我教育的教育,才是真正的教育。的确,随着实验教学改革的不断深人,教育的侧重点也在不断发生变化,绿色化学实验作为一种学习教育,其涵盖了诸多方面的内容,包括实验方案的优化、实验装置和步骤的设计、实验仪器的研制以及废物的回收和处理等方面,因而它绝不仅仅是知识教育,从更广义的角度讲,绿色化实验不仅是一个将绿色化学理念融入进实验教学的过程,更是个将教学与实际相结合的过程,实事求是地去把握生活的本来面目,从而推动学生内心的成长活动,让学生能在今后的工作中不断进行自我教育,主动承担起保护环境的重任,为绿色化学做出应有的贡献。