高职高专有机化学实验绿色化教学模式研究

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  有机化学实验是高校化工、分析、环保、材料等专业开设的一门重要的基础实验课,有机化学实验对学生思维能力、动手能力、实践工程意识和创新意识的培养起着非常重要的作用。传统的有机化学实验尤其是性质实验常需要大量的有机试剂,其大都具有一定的致癌性、致畸性、致突变性,对实验室工作人员和学生的身心健康可能造成一定的危害。同时,实验过程中产生的“废液、废气、废渣”未经处理或稍加处理后即进入外界环境中,从而对环境造成了很大危害。因此,如何降低有机化学实验过程中产生的污染,培养学生的绿色环保意识和可持续发展意识,是有机化学实验教学改革的重点难点内容。下面,就在有机化学实验教学中如何构建绿色化的教学模式,谈一下自己的感受与体会。
  
  一、建立绿色化学的思维方式,培养学生绿色实验意识
  
  绿色化学又称环境友好化学或清洁化学,是20世纪90年代出现的一个多学科交叉的新研究领域。其核心就是利用化学原理和新化工技术的方法,从源头上减少或消除化学工业对环境的污染,使开发的化学产品和工艺流程更加环境友好,从而从根本上实现化学工业的绿色化发展,实现经济的可持续发展,实现人对大自然的尊重以及人与自然的和谐。
  有机化学实验客观上存在着很大的危害性,实验教师应具有绿色化学的思想,将绿色化教学理念渗透到平时的实验教学过程中,加强学生的绿色环保意识。指导学生用5R原则(不用危险品、减少用量、循环使用、回收使用、再生利用)的思维方式,考虑和解决化学实验中出现的各种污染问题,将污染减小到最低甚至无污染的程度。例如107胶制备实验过程中,当学生们闻到有刺激性的甲醛气味时,可告诉学生甲醛的危害性,同时告诉学生垂叶榕、芦荟、虎尾兰、吊兰、常春藤等绿色植物对甲醛有很好的吸收,因此107胶制备实验时可在窗台上摆放几盆吊兰。通过这样的处理,不仅增加了实验兴趣,学会了知识,而且更重要的是减少了污染,培养了绿色化学意识,使绿色化概念扎根于学生的头脑中,并贯穿在今后的工作中。
  
  二、采取多种有效措施,实现有机化学实验的绿色化
  
  1. 优化组合实验内容,实现实验教学绿色化
  传统的有机化学实验主要分为三大类型:①基本操作实验,②有机物性质验证实验,③有机物制备实验。选择有机化学实验教学内容时,应根据教学目标,本着绿色化实验教学的指导思想,精选实验项目,突出实验技能培养。如苯甲酸的重结晶和熔点的测定实验中涉及的基本操作有过滤、重结晶、抽滤、熔点测定等,对学生实验动手能力的提高有很大帮助,可予以保留;正溴丁烷的制备实验则涉及回流、蒸馏、萃取等最基本的操作,也可予以保留。从茶叶中提取咖啡因的实验原料是无毒无害的天然产物茶叶,提取溶剂无毒,可以回收利用,废渣无公害而且可以用作肥料使用,因而可作为学生实验内容。
  2. 进行减量操作,推广微型化、半微型化实验,实现实验教学绿色化
  目前我校的实验教学改革刚刚起步,面临着实验设施不完善、经费不充足,还不具备全面推广微型化实验的条件。而常规的小容量仪器减量半微型化实验操作,在一定程度上也能减少污染,达到绿色化的效果,因而应着力于减量半微型化实验操作的推广。如常规的1-溴丁烷制备实验中用到的硫酸、正丁醇、溴化钠的量很大,实验耗时长,且存在着废气量大等明显的不足之处,若改为50 ml甚至25ml的圆底烧瓶进行减量半微型化操作,不仅试剂用量少,减少污染,降低事故发生率,同时又节约了时间,取得了较好的实验效果。
  3. 开设连续性实验,充分利用实验产物,实现实验教学绿色化
  有机化学实验中的合成实验一般是孤立的消耗性实验,一次实验下来,除原料和试剂的消耗外,生成的产物大部分都是废弃物,造成对周围环境的污染。将各个孤立的实验连续起来,实现实验的连续化和系列化,使前一个实验的产品作为后一个实验的起始原料,以减少废弃物排放量的教学方法,则是对传统实验教学方法的创新。
  4. 改进实验方案,实现实验教学绿色化改进
  现行教材中的有机实验注重学生实验基本操作能力的训练,大都方便可靠,但有的实验在一定程度上忽视了实验方案的可操作性,因而往往不易控制,且效率低下。对实验方案的改进应体现在对实验装置、反应原料、反应条件及实验自身危害性等因素的基础上,尽量使改进后的实验可操作强,且绿色环保。如乙酸乙酯的制备实验,教材中一般采用滴液漏斗滴加装置来进行反应,要求正好90分钟滴加完毕,因而滴加速度不易控制,产率低,达不到应有的良好实验教学效果。同时实验采用浓硫酸做催化剂,存在着反应物易氧化、碳化,实际工业中还会由于酸性而腐蚀管道,不符合绿色环保要求的弊病。但若采用回流→蒸馏→萃取→分离→蒸馏的实验步骤和使用价廉、腐蚀性小的水合硫酸氢钠为催化剂,则不易炭化变黑,反应温和,操作简单、方便、安全,环境污染小。
  5. 重视三废处理,实现实验处理绿色化
  在有机化学实验中往往会产生各种固体、液体等废弃物,这些废弃物均有一定的毒性。如果不对其进行处理而直接排入环境中,就会污染环境,所以应当对废弃物进行无害化处理。少量的酸(如盐酸、硫酸、硝酸等)或碱(如氢氧化钠、氢氧化钾等)在倒入下水道之前必须被中和,并用水稀释,待达到有关排放标准时再进行排放;所有实验废弃物应按固体、液体、有害、无害等分类收集于不同的容器中;对能与水发生剧烈反应的试剂,处置前要用适当方法在通风橱内进行分解;对可能致癌的物质,处理起来应格外小心,避免与手接触;对一些难处理的有害废物可送环保部门专门处理。通过三废处理,不仅能减少环境污染,美化实验环境,而且有利于学生绿色化学意识的提高。
  总之,绿色化学是为适应人类的可持续发展而提出的全新观念。有机化学实验教学的绿色化,不仅培养了学生的实验动手能力,减少了环境污染,更重要的是还向学生灌输了绿色化学的观念,有利于培养学生的环境保护和可持续发展意识。今后我们将继续“以人为本”地转变教学理念,不断深入研究与探索,以便进一步实现有机化学实验的绿色化教学。
  
  参考文献:
  [1]钟国清.化学实验教学的绿色化改革与实践[J].实验技术与管理,2006(23).
  [2]王桂良.微型有机化学实验及教学实践[J].兰州石化职业技术学院学报,2004(4).
  (焦作大学化工与环境工程学院)
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