大学化学理论课和实验课中渗透绿色化学知识与理念

    目前,化学面临人类可持续发展、环境保护等要求的巨大挑战.传统的化学为人类提供了数不清的物质产品,不断满足人类社会的经济和文化需求,使人类今天的生活丰富多彩.可以说化学工业给人类医疗保健、娱乐及衣食住行等各方面带来巨大进步,然而与此同时也使得全球的生态环境遭到了严重的破坏.据调查,全球的十大环境问题中的大部分,如大气污染、臭氧层破坏、海洋污染、土地退化和沙漠化、淡水资源紧张和污染、生物多样性减少以及环境公害等都直接或间接与化学和化工产品的化学物质污染有关,这些不良现象严重威胁到了人类的生存[1].因此,为了更好的保护生存环境,实现可持续发展的战略目标,人们提出了绿色化学这一全新的概念.

    绿色化学又称为清洁化学、环境友好化学、环境无害化学[2],即用化学中的方法与技术去消灭或者减少那些对生态环境与人类健康有害的副产品、产物、试剂与溶剂、催化剂、有害的原料等.绿色化学是更高层次的化学,其主要特点是原子经济性,即在获取新物质的化学过程中充分利用每个原料原子,实现 “零排放”,既充分利用资源,又不产生污染,最终理想则在于不再使用有害、有毒物质,不再处理废物和产生废物.因此,绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革传统化学,从而使我们对环境的治理从治标转向治本.

    作为培养高素质劳动者和专门人才的高等院校,更应当把绿色化学作为一门重要的课程传授给学生,以培养学生的环保意识,保护环境,实现可持续发展的战略目标[3].1998 年,在中国科学院院士、中国科技大学校长朱清时的积极倡导和支持下,中国科技大学率先把绿色化学作为一门独立的课程进行开设,随后,在许多高校也开设了绿色化学课程,但是,仍然有不少高校的教师未能意识到将此重要的新信息传递给学生的重要性.另外,虽然有部分高校已开始着手为研究生或高年级本科生开设 “绿色化学”课程,但在当前相当多的高校存在教学课时紧张的状况下,又带来了其专门的教学时间难以安排的新矛盾,因此,把绿色化学的相关内容渗透在化学专业的各门课程当中,是解决这一矛盾切实可行的办法.

    绿色化学在大学化学教学中的渗透可以从以下两大方面进行:

    1 理论课堂教学中渗透绿色化学知识.

    在我国大多数高校所使用的化学教材中,涉及绿色化学内容的还很少,有些甚至是空白.一般来说,教材的内容在一定时期内是固定不变的,而科学的发展却是日新月异的,所以真正准确、完整的教学内容是需要随着学科的发展而补充和完善的.因此,学校要进行绿色化学教育,仅仅靠目前的教材内容是不够的,而等待教材的修改和完善时间上也是不允许的.因此,在课堂教学中,拓宽教学内容,渗透绿色化学知识是很有必要的.比如,在无机化学课程中,当讲授过渡金属元素部分时,可结合前段时间的 “毒大米事件”,解释大米为什么会有毒以及如何防治,说明为防止环境污染和按照绿色化学的要求加以回收有毒重金属; 在碳族元素章节中除介绍温室效应和全球气温变暖外,尤其应讲到当 CO2被压缩到超过其临界点成为超临界流体时有许多优良性能: 无毒、不可燃、价廉,因此它可以作为一种加快许多反应的优良的绿色化学溶剂[4].在有机化学中,讲授到易挥发有毒溶剂时,除了介绍它们的基本性质以外,还要强调使用过程中要注意的事项,避免污染环境,并且要回收利用.这样,一方面提高了学生的学习兴趣,另一方面开阔学生的视野及增强绿色观念和环保意识,更有利于学生了解本学科的发展方向及在社会生产中所起到的重要作用.

    为了更好地使学生在潜移默化中受到绿色化学的教育,就要求高校教师不仅有强烈的绿色意识,还要有扎实的理论基础,掌握绿色化学知识,了解绿色化学的最新科研结果和科研方向,同时还要学习与之相关学科的知识,只有教师的素质和知识水平提高了,才能对教材游刃有余的进行重组、拓展和更新,对未体现出绿色化学的教学内容进行及时的补充、适当的拓宽,并加以引导,从而使绿色化学的理念渗透到学生的思想中,增强学生的环保意识和可持续发展的先进理念,用时不多,又可收到事半功倍的效果,培养了高素质的人才.

    绿色化学理念倡导教学方法多样化,教学手段现代化.近些年从幻灯机到数字投影仪,从仿真模型到多媒体模拟,应用科技的发展将现代教育方法融入课堂教学中,充分利用多媒体课件形象直观展示绿色化学内容,更快地获取绿色化学的研究信息,充分利用多样的教学方式和手段渗透绿色化学的理念.

    2 实验教学中渗透绿色化学理念.

    化学离不开实验,实验教学是化学教育的基本方法,实验教学不仅能够促使学生理解和巩固理论知识,而且能够加强学生观察问题、分析问题、解决问题的能力.但是实验中不可避免的会涉及到有害、有毒的物质,实验教学与绿色思想联系最为紧密,最为直接,在实验教学中贯彻绿色化学思想是非常必要的[5].

    2. 1 在实验教学中使学生树立绿色化学意识.

    在实验中创新性地解决化学实验的污染问题,减少对环境的污染,渗透环境保护思想,使学生树立绿色化学意识.如:对于实验过程中水银温度计的使用,实验开始时向学生讲解水银温度计的正确使用方法和水银对人体及环境的危害,要求学生如果在实验过程中不慎打破了温度计,应撒上适量的硫粉处理,使之转化成毒性小的硫化汞以减少对环境的危害.

    2. 2 融合实验内容,采用微型化实验.

    微型化实验是近几年刚刚发展起来的新的化学实验方法,它是以尽可能少的化学试剂来获取所需化学信息的实验方法与技术,所用化学试剂用量一般只为常规实验用量的几十分之一乃至几千分之一,因此实验污染物的生成量被大大地减少了.

    如硫酸亚铁铵的制备实验由常量改为微量后,试剂用量仅为原用量的 1/10; 性质实验采用半微量分析,将 25 mL 大试管改为5 mL 小试管,试液用量从几毫升变为几滴,而实验现象则更加明显.这种实验方式不单单是对常规化学实验的简单微缩,也不是和常规化学实验的相互补充和对立,而是在绿色化学理念的引导下,以预防实验污染为目的,利用新技术、新方法、新思想对常规化学实验的进一步发展和改革.同时微型化学实验还具有开展容易、教学效果好、环保、安全等特点,这既与绿色化学的理念相符,实现了保护环境、节约资源的目的,又有助于高校学生绿色化学理念的树立.

    2. 3 重视 “三废” 处理,实现污染最低化

    绿色化学的宗旨是倡导节约,阻止污染,因此对于实验室的 “三废”,应该用化学的处理方法,进行回收再利用,这样既实现绿色化学的理念,又节约开支.如: 控制 Cr、Pb、Hg等重金属和 NO、CO、H2S 等有害气体的排放量,定期对实验中集中回收的含 Cr、Pb、Hg 等重金属和 NO、CO、H2S 的废液进行处理.对于失效的铬酸洗液,要严格控制直接排放.先用亚硫酸氢钠或硫酸亚铁还原为 Cr3 +,再用稀氢氧化钠溶液沉淀Cr3 +之后过滤回收.重视 “三废”处理,实现污染最低化,应该是高校教师进行绿色化学教学把握的一条原则.要把 “三废”不经处理直接排放的危害,从学生第一次走进实验室就渗透给学生,使学生树立绿色化学的理念,养成良好的实验习惯,改变随意排放不及时回收的陋习,增设研究实验后废弃物无害化处理的教学环节,引导学生重视妥善处理和回收实验废弃物,实现循环再利用和污染最低化,逐渐增强学生的绿色化学意识.

    2. 4 采用多媒体辅助教学,实现化学实验绿色化.

    对于有一些药品消耗量大或易燃易爆、操作不易控制或者是环境污染严重的实验,可以借助多媒体进行模拟演示实验,把实验过程清晰、生动、逼真地展现给学生,既让学生观察到操作过程和实验现象,掌握了实验内容,又避免了有毒有害物质的生成和废物排放.这样既完成了教学任务,还将绿色化学的教学理念渗透到了化学实验教学的过程中.如芳烃和卤代烃的性质实验,改用计算机模拟教学,无污染,实验现象明显,教学效果显著.

    3 结 论.

    在大学化学的理论、实验教学等方面,教师要想方设法向学生渗透绿色化学的思想,通过绿色化学知识的渗透,不仅扩展了学生的知识面,激发了学习化学的兴趣和创新能力,而且增强了学生的环保意识和可持续发展的先进理念,使学生能更好地认识社会,更好地胜任将来的岗位.因此,这种简便、有效的做法值得我们去进一步完善和推广应用.

    参考文献:

    [1] 李金芳,于欣伟,郑成. 绿色化学的研究现状与发展趋势[J]. 广东化工,2004( 8) : 5 -7.

    [2] 朱清时. 绿色化学进展[J]. 大学化学,1997( 6) : 7.

    [3] 谢志刚,宋仲容,王家平. 无机化学教学中绿色化学理念的渗透[J]. 化学教育,2006( 8) : 25 -27.

    [4] 王建鸣. 绿色化学在无机化学教学中的渗透[J]. 黄冈师范学院学报,2003,23( 3) : 91.

    [5] 邵东旭,郑冬梅,陈多谋. 绿色化学理念在高校化学实验教学中的渗透[J]. 产业与科技论坛,2012,11( 24) : 184.