有机化学实验的绿色化教学分析

JamalS5606

摘 要 在有机化学实验教学中，通常会难以避免各类污染物以及有害有毒物质的产生，以往常常是稀释后直接排放或者弃置，不仅极大地污染了周围环境，还对师生的身体健康带来影响。随着环保理念的深入人心，绿色化学的理念便应运而生。深入分析有机化学实验的绿色化教学，旨在提高化学学科的生态价值以及加强环境保护意识。
关键词 绿色化教学；污染；有机化学实验
中图分类号：G642.423 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2013）27-0040-03
1 前言
近年来，随着国民经济的迅速发展，生态安全以及环境污染等诸多问题随之凸显。高等院校有机化学实验教学中所生成的污染物质，如果没有经过处理便直接排放到环境当中，那么日积月累便会严重危害到学校乃至周围地区的环境。所以，如何减少化学药品及试剂、节约资源、降低污染，已经逐渐成为有机化学实验教学有待尽快解决的一大问题。而“绿色化”教学理念的引入，则有助于以上问题的解决。所谓“绿色化”教学方法又被称作“环境友好化学”“环境无害化学”。绿色化学在初始反应阶段便采取污染预防的科学手段，以终端与过程实现零污染或者零排放为主要目标，并且着重强调“原子经济性”的现代化概念，也就是将反应物中的原子充分利用起来，实现既防止污染又充分利用资源的目的。
2 有机化学实验的概念及其意义
从总体上来看，有机化学是化学不可或缺的分支之一，又被称为碳化合物的化学，是重点研究有机化合物的制备、性质以及结构的一门学科。对化学的发展而言，有机化学实验发挥着尤为重要的推动作用，而且对当前化学工业的发展也是非常重要及必要的。
有机化学实验是我国普通高等院校化工、化学、生物、农学、材料、环境、食品以及药学等诸多专业本科生的必修课程，通常在有机化学实验中会使用到有毒性的化学溶剂、化学试剂，有时还会合成有毒性的一些物质，这可以说是化学发展过程中必然会生成的污染。然而，全球均在积极倡导低碳的概念和绿色环保，所以，在化学实验中所生成的有毒物质势必会导致公众反感的产生，主要涉及高腐蚀性的一些催化剂，实验结束后所生成的废液、废渣、废气，如果对这些污染物处理不得当，便会对环境产生无法估量的危害及污染。与一般的污染相比，此类污染所带来的影响会持续更久的时间。所以，如何将有机化学实验的环境保护性加强，成为有机化学发展过程中的主要研究方向以及新课题；高等院校有机化学的绿色化教学理念如何建立起来，成为一项迫在眉睫的重要问题。
在教学与实验的过程中，如何将“绿色化学”的概念灌输给学生，是高校需要首先予以着重考虑及强调的问题，必须真正做到从认识上与观念上意识到环保的重要性，意识到可持续发展才是真正意义上的根本发展，从源头上认识到环境的保护与环境的发展，将有机实验教学质量提高的同时，还要注意到可协调发展。
3 高校有机化学实验教学现状
与发达国家相比可知，我国高等院校有机化学发展技术及速度较为滞后，有机化学实验尚且在最初原有的模式停滞，采取的仍然是以往传统的教学方式，也就是性质实验+基础合成实验+基本操作实验。与西方对化学的重视程度相比，我国在有机化学实验的教育教学中采取的仍然是遵从教材、照本宣科的模式，主动积极的创新与改革缺乏，这是有机化学实验需要彻底摒弃的思想。而我国高等院校现在的有机化学实验依旧是基本的、简单的技能，比如水蒸气蒸馏、重结晶、分馏、蒸馏、回流、萃取、过滤、搅拌、冷却、干燥、加热等。
以上这些基本的提炼、合成实验均有一系列的弊端存在。一方面，在选择的材料上，存在对环境污染的、威胁人身的、容易挥发的、毒性较大的物质，并且有些材质还具备相对较高的腐蚀性；另一方面，此类有着较多缺点的化学试剂，还有着很大的使用量和很高的使用频率，将会有更多的化学废弃物生成，而普通的肉眼是无法看到的，但是久而久之便会极大地破坏生态环境。除此之外，做过化学实验的人都知道，这仅仅是一节课，结束课程后均是直接倾倒实验结果，不会做出任何处理，从而产生相当严重的环境污染。并且此类化学实验往往是经常做、反复做的，是毫无实际意义可言的。在以上分析可以知道，这均是与环境发展原则相背离的，是与绿色化学的基本概念相背离的。这些不仅威胁着人们的身体健康，并且会将一些永久性无法消除的威胁带给人类。
4 有机化学实验中绿色化教学的实施途径
4.1 培养环境保护意识
大学生是有机化学实验培养的主要对象，是国家未来的栋梁之才，在各个工作岗位上将会发挥出重要作用，因此，培养大学生的环境保护意识就显得十分必要及重要。在有机化学实验教学过程当中应当将“绿色化”的观念灌输给学生，重视学生可持续发展意识以及环境保护概念的培养，在实验的始终贯穿绿色化，使学生切身关心与体会化学废物的处理方法及废物的产生，同时在今后的工作中保持环境保护责任与环境保护意识，以便于从源头上防范污染，维护环境与化学的协调发展。
4.2 更新实验内容
要重视化学实验内容的更新，将具备环境保护性能的实验项目开发与筛选出来，最大限度地减少或者避免使用有毒的化学试剂，而使用无污染的、常规的化学试剂来取代，以此减少环境污染。
1）开设多步合成的综合性实验，整合实验内容。绝大多数有机化学实验基本上均是合成实验，当前的有机合成实验内容大多是有着较强独立性的化学实验项目，各自对化学反应的一个类型进行考查。大量的实践充分表明，可以按照教材中的实验内容，把若干个实验有效整合成为一组大实验，仅在第一步实验中投放该组大实验所需要的反应物投料，随后的几步实验则均对上一步实验产品加以继续利用。正是因为上个实验产物是下个实验所使用的原料，因而但凡上步合成实验失败，那么便无法进行下个实验，这便需要充分确保每步合成的成功，只有这样才能够将最终期望的目标产物得到。此类多步骤的实验有着相对较高的要求，更加有助于学生操作技能的训练，有助于学生细致耐心工作习惯以及认真严谨科学态度的培养。
但是，在多步骤的有机合成实验过程中，由于每个学生每次所做实验的产量与产率是不尽相同的，必须按照实际合成的产品数量来对下次实验所需反应物的配比与用量进行确定。所以，学生需要通过对相关资料的查阅，综合采用所掌握的实验方法和实验原理，从而将最佳的反应条件找到，同时将实验设计方案写出。此类复杂的化学有机合成实验，能够让学生切实掌握各类官能团间的转化方法以及有机化学反应的机理，进而对内在的有机化学物关系加以全面掌握。更重要的是多步合成的综合性实验还将回收产品量和药品经费开支减少，进而使得产品对环境所产生的消极影响降低，与绿色化教学的要求相切合。
2）微量、小量和常量实验有机结合。近20年以来，发展较快的一种全新的化学实验方法就是“微型化学实验”，被称之为“化学实验的革命”。到目前为止，化学实验的微型化与小型化已经逐渐成为化学发展的一种必然趋势。有机化学实验所使用到的化学试剂基本上是毒性大且容易爆炸、挥发、燃烧的物质，而实现化学实验微型化以后，化学实验试剂的使用量将会减少到原来的几分之一甚至几十分之一，这样不仅使得化学试剂得以大大节约，而且促进了有机化学实验安全系数的提高，化学实验的反应时间也大大缩短，潜在的环境污染得以明显减少。但是，绝大多数学生在中学学习阶段没有经历有机化学实验训练，如果直接进行微量实验，非常容易造成实验的失败，使得学生有畏惧情绪产生。考虑到与中学教学的衔接以及学生的起点，再加上今后的实验特点等，微量、小量和常量的渐进法实验教学，更加有助于学生循序渐进、由难及易地掌握各种实验技术以及有机化学实验技能，能够将一开始做微型实验的过大跨度缺陷克服，弥补学生认识常规实验仪器的不足，使得学生概括性地比较与了解微型实验，有助于学生严谨科学态度的培养，使得动手能力及操作能力更为规范，有助于实验课程教学质量的提高。微量实验往往需要很少的化学试剂，对环境所产生的污染非常之小，其低成本与安全性更加适用于开放性、设计性的试验，与绿色化教学的要求相符。
4.3 强化实验教学制度管理
按照当前现行的实验室管理制度规章，与“绿色化”的要求相结合，高等院校的各个化学实验室均应当在墙上最显眼的地方贴上制度规章，在有机化学实验室入门的地方贴上有机化学实验课程的注意事项、实验内容和大纲，以此正确引导学生开展实验，从而实现规范化的实验教学管理。为了能够确保安全顺利地进行实验教学，还必须及时将实验中的各类问题处理好。在实验教学过程中，至少每个实验室均应当配备一名值班人员，主要负责课后课前的理性检查，具体工作为卫生、水电、门窗、实验仪器、实验试剂的使用情况及三废处理、产品回收等，及时在指定的地点存放贴好标签的废品固液，然后做好专门的处理。
要构建起考核学生绿色化实验的一套指标，明确要求学生在实验课程前均必须将实验预习做好，全面熟悉实验操作流程和实验步骤，关注实验产物与反应物对环境的危害、潜在毒性和安全性。开始每次实验之前，指导教师应当详细认真地检查学生的实验预习情况，对有关的环境保护方法和环境保护知识进行阐述。比如，在对温度计使用的正确方法进行讲解时，要注意对汞毒副作用方面的知识进行补充，根据实验要求在教学中选择恰当量程和型号的温度计，尽可能防止使用水银温度计，对不慎将温度计打破后的处理方法和回收方法进行讲解。在实验开始的阶段，首先，实验教师要对实验操作进行演示，详细讲解具体哪些实验步骤会有什么样的污染和反应物损失出现，如何避免及解决。在实验过程中，要严格要求学生注意保持实验台面的有序、整洁和干净，安装仪器要牢固、合理，适当地控制冷凝水的流速，密切关注学生的各项操作，及时纠正及发现实验中的错误，以便于充分确保实验的安全。通过这些实验尝试，学生便可以在潜移默化中形成好的实验习惯，环境保护意识也会由此提高。
4.4 建设绿色化学实验室
应当明确的是，有机化学实验室是最容易变成污染源的地方，这与绿色化实验教学的要求是相抵触的。因此，创设一个良好的有机化学实验环境，是绿色化教学实施的重要先决条件。高等院校应当提起高度的重视，并且予以大力的支持，安装通风设备在每间实验室中，以便于改善换气通风效果，进而解除师生受到无机酸气、有机蒸气等危害的后顾之忧。与此同时，还应当及时更新学生实验台，尽可能将木质实验台更换为有水斗的中央实验台，还要时刻保持实验室的卫生，从而将安全、清洁的实验教学环境带给广大师生。针对学生随意丢弃火柴梗、废弃滤纸和废玻璃管等不文明行为及习惯，教师应当严格教育学生，向学生讲解这些行为对周围环境的危害，提高学生的环境保护意识和素质，让学生主动积极地打扫实验室卫生，精心维护实验室卫生，并且重视废弃物处理与回收。通过这样的措施，学生的绿色化学意识不仅能够得以强化，实验技能得以提高，同时促使有机化学实验绿色化的实现。
5 结束语
总之，随着近年来人们环境保护意识的增强以及经济的迅猛发展，我国高校应当切实立足于有机化学实验教学的现状，结合有机化学实验污染性高、污染物产物多等一系列特点，积极地响应绿色化教学改革的号召，有针对性地采取科学有效的改进措施，更新实验教学理念，创新实验教学方法，在实验教学中大力倡导绿色化的教学，真正实现整个有机化学实验教学过程的绿色化，促进学生环境保护意识、环境保护理念的提升，从而为我国环保事业的发展做出不懈的努力。
参考文献
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