劉紅宇+張長(zhǎng)水+杜西剛+柴元武

摘 要：文章通過(guò)建立綠色化學(xué)思想，結(jié)合農(nóng)、林、醫(yī)、藥、食品等專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，以開(kāi)設(shè)符合專(zhuān)業(yè)要求的特色實(shí)驗(yàn)、推廣實(shí)驗(yàn)微型化、實(shí)行串聯(lián)實(shí)驗(yàn)、開(kāi)設(shè)多媒體實(shí)驗(yàn)等多種途徑，探討了在普通綜合性大學(xué)中實(shí)行大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的方法。

關(guān)鍵詞：大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)；綠色化學(xué)；串聯(lián)實(shí)驗(yàn)

大學(xué)化學(xué)是高等學(xué)校非化學(xué)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)先行公共課。一般針對(duì)材料、藥學(xué)、農(nóng)林、食品等專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)，講授化學(xué)的基本知識(shí)、基本技術(shù)和基本方法。

大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是配合大學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)而單獨(dú)設(shè)立的一門(mén)實(shí)驗(yàn)課，目的是使學(xué)生能夠掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本技能，無(wú)機(jī)物的制備、提純和表征方法及弱酸解離常數(shù)的測(cè)定、物質(zhì)旋光度的測(cè)定，以及各種常規(guī)儀器的原理及使用的基本技能。

河南科技大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我?！保┦侵形鞑恳凰胀ňC合性大學(xué)，在開(kāi)設(shè)大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使用了對(duì)環(huán)境有污染的金屬離子如銀離子、鋇離子、鈷離子、鎘離子和有機(jī)試劑乙醇等。由于實(shí)驗(yàn)開(kāi)課班級(jí)較多，實(shí)驗(yàn)人數(shù)較大，一方面會(huì)產(chǎn)生大量的環(huán)境污染物質(zhì)；另一方面，有些試劑本身價(jià)格昂貴，會(huì)浪費(fèi)大量的教學(xué)資源。因此，在大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，引入綠色化學(xué)概念，合理使用化學(xué)試劑，對(duì)節(jié)約資源、避免污染環(huán)境具有重要意義。

綠色化學(xué)又稱(chēng)環(huán)境無(wú)害化學(xué)，其核心內(nèi)涵是在反應(yīng)過(guò)程和化工生產(chǎn)中，盡量減少或不產(chǎn)生對(duì)人類(lèi)健康和生態(tài)平衡有害的各種物質(zhì)。

將綠色化學(xué)概念引入大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系，已經(jīng)有多所兄弟院校進(jìn)行過(guò)嘗試[1][2]。由于經(jīng)費(fèi)所限和其他各種原因影響，我校還不能全盤(pán)采取大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化措施。如引入特殊的微型實(shí)驗(yàn)儀器，開(kāi)設(shè)專(zhuān)門(mén)實(shí)驗(yàn)機(jī)房用來(lái)開(kāi)展計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)等。本文結(jié)合學(xué)生的專(zhuān)業(yè)要求，探索在一般綜合性大學(xué)中實(shí)現(xiàn)大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的方式和方法。

一、結(jié)合學(xué)生專(zhuān)業(yè)要求，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

在綜合性大學(xué)中，大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)專(zhuān)業(yè)較多。我校大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)象主要為農(nóng)、林、醫(yī)、藥和食品、生物專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，因此，我們結(jié)合學(xué)生專(zhuān)業(yè)需求，精心挑選污染少、鍛煉學(xué)生操作能力的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

過(guò)濾、滴定、萃取、重結(jié)晶、常壓蒸餾等是必須掌握的基本操作技能，因此我們?cè)谏蠈W(xué)期開(kāi)設(shè)了粗食鹽的提純實(shí)驗(yàn)[3]。作為大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，粗食鹽的提純實(shí)驗(yàn)只需要提供粗食鹽和蒸餾水以及加熱、過(guò)濾裝置，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)毒害物質(zhì)，卻能夠鍛煉學(xué)生過(guò)濾、提純等基本操作技能。也開(kāi)設(shè)了基于酸堿平衡的滴定實(shí)驗(yàn)。如標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和比較滴定，標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定和混合堿的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)符合農(nóng)、林、醫(yī)、藥專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)技能要求，實(shí)驗(yàn)藥品均為常見(jiàn)無(wú)污染藥品。

下學(xué)期開(kāi)設(shè)了鍛煉學(xué)生萃取操作能力的實(shí)驗(yàn)：從茶葉中提取茶葉堿和鍛煉學(xué)生重結(jié)晶操作能力的實(shí)驗(yàn)，如苯甲酸的重結(jié)晶，回收的苯甲酸可循環(huán)使用。這些實(shí)驗(yàn)無(wú)環(huán)境污染，符合學(xué)生專(zhuān)業(yè)要求，幾乎不產(chǎn)生對(duì)人類(lèi)健康和生態(tài)平衡有害的物質(zhì)，符合綠色化學(xué)理念。

二、嘗試實(shí)驗(yàn)微型化，分類(lèi)收集實(shí)驗(yàn)廢液，滲透綠色化教育

所謂微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，就是以盡可能少的化學(xué)試劑來(lái)獲取所需化學(xué)信息的實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)。雖然微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)所需的化學(xué)試劑用量一般只為常規(guī)實(shí)驗(yàn)用量的幾十分之一乃至幾千分之一，但其效果卻可以達(dá)到準(zhǔn)確、明顯、安全、方便和防止環(huán)境污染等目的[4][5]。為了實(shí)施微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，一般需要有專(zhuān)門(mén)購(gòu)買(mǎi)的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置和微型化學(xué)儀器。限于財(cái)力，我校沒(méi)有將所有的大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化，而是嘗試減少部分試劑昂貴、有重金屬污染的實(shí)驗(yàn)藥品使用量，使實(shí)驗(yàn)微型化，這也為中西部普通高校的實(shí)驗(yàn)微型化探索出新的道路。盡管無(wú)微型實(shí)驗(yàn)儀器，但教師應(yīng)遵循綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)思想，在保證實(shí)驗(yàn)效果的前提下，探索減少化學(xué)藥品使用量的方案。如在沉淀反應(yīng)與沉淀平衡試驗(yàn)中，我們沒(méi)有引入特殊的微型化實(shí)驗(yàn)儀器，只是把教材中規(guī)定的20mL大試管換為5mL小試管，大大減少了沉淀反應(yīng)所需重金屬離子的使用量。

因?yàn)闆](méi)有接受過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的鍛煉，大多數(shù)學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能比較差，不僅僅體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)操作動(dòng)作不到位，而且體現(xiàn)為不太明確化學(xué)試劑添加量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和環(huán)境的影響，因此需要指導(dǎo)教師從基礎(chǔ)操作、基本原則講起。

每一次實(shí)驗(yàn)，除講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和?shí)驗(yàn)步驟，還應(yīng)特別注意給學(xué)生灌輸綠色化學(xué)思想。比如，使用試劑瓶時(shí)，大部分學(xué)生把膠頭滴管錯(cuò)誤地插入試劑瓶液面下；藥品鼓泡后，把滿(mǎn)滴管的藥品加入到反應(yīng)體系中。

指導(dǎo)教師不僅應(yīng)該指出在試液中鼓泡的錯(cuò)誤操作，還應(yīng)該說(shuō)明綠色化學(xué)的理念，如指示劑的添加量一般是2～3滴，而液體化學(xué)試劑按照要求的毫升數(shù)添加。如需要約1mL的液體藥品，一般使用膠頭滴管大約是20滴，切忌把一滴管的試劑都添加進(jìn)去。

又如，在講解酸堿滴定操作時(shí)， 指導(dǎo)教師往往講解滴定管洗滌的步驟：自來(lái)水洗滌，蒸餾水洗滌和待測(cè)液潤(rùn)洗。但是，如果不著重給大家灌輸綠色化學(xué)思想，有些學(xué)生會(huì)加入大量的待測(cè)液潤(rùn)洗，甚至有的學(xué)生加入整整一滴定管的待測(cè)液潤(rùn)洗，從而造成試劑的浪費(fèi)。

作為初次進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的一年級(jí)新生，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，有些學(xué)生時(shí)常把火柴桿、濾紙等廢棄物丟到水槽，把液體廢液直接倒在水槽中，把破損的玻璃儀器直接丟進(jìn)垃圾桶。

作為實(shí)驗(yàn)教師，應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)將實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的垃圾進(jìn)行分類(lèi)收集的良好理念[6][7][8]。如為了避免破損的玻璃制品割傷垃圾清運(yùn)人員，已破損的玻璃制品要放入專(zhuān)門(mén)的垃圾桶；有機(jī)廢液也要單獨(dú)收集至廢液缸，然后統(tǒng)一焚燒；含有重金屬的無(wú)機(jī)廢液經(jīng)收集后再經(jīng)絮凝操作，待重金屬離子沉淀后再排放廢液。明確實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢液，不能直接將廢液排放到下水槽中，以免污染環(huán)境。

三、開(kāi)展串聯(lián)實(shí)驗(yàn)，實(shí)行綠色實(shí)驗(yàn)教學(xué)

串聯(lián)實(shí)驗(yàn)就是通過(guò)調(diào)整實(shí)驗(yàn)順序， 盡可能地對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物再利用，使上個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物成為下個(gè)實(shí)驗(yàn)的原料[9][10]。我們?cè)诖髮W(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也探索并實(shí)施串聯(lián)實(shí)驗(yàn)。如首先開(kāi)設(shè)Fe（OH）3的膠體制備實(shí)驗(yàn)，隨后開(kāi)設(shè)半透膜的制備與Fe（OH）3膠體純化實(shí)驗(yàn)，最后開(kāi)設(shè)電泳實(shí)驗(yàn)，這樣，三個(gè)實(shí)驗(yàn)就成為 串聯(lián)實(shí)驗(yàn)。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物是Fe（OH）3膠體，它是第二個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)z體純化的原料，而其純化后的Fe（OH）3膠體又是第三個(gè)實(shí)驗(yàn)即電泳實(shí)驗(yàn)的原料，從而提高了試劑使用率，降低了實(shí)驗(yàn)成本，可減少?gòu)U物對(duì)環(huán)境的污染。

串聯(lián)實(shí)驗(yàn)的第二個(gè)例子是滴定反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。首先開(kāi)設(shè)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)：酸堿溶液的配制。學(xué)生先配制近似濃度的NaOH和HCl溶液。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是酸堿溶液的比較滴定。學(xué)生學(xué)習(xí)滴定操作方法，得出第一個(gè)實(shí)驗(yàn)所配制酸堿溶液的比較關(guān)系。第三個(gè)實(shí)驗(yàn)是NaOH溶液的標(biāo)定。學(xué)生通過(guò)基準(zhǔn)物質(zhì)鄰苯二甲酸氫鉀配制鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后用其標(biāo)定第一個(gè)實(shí)驗(yàn)配制的NaOH溶液，繼而通過(guò)第二個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，也就是酸堿溶液的比較關(guān)系，得到HCl溶液的準(zhǔn)確濃度。第四個(gè)實(shí)驗(yàn)是混合堿的分析，使用HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定混合堿的組成。通過(guò)這樣四個(gè)串聯(lián)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅學(xué)到了標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、酸堿滴定等實(shí)驗(yàn)技能，也有效地激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)加深了大家對(duì)綠色化學(xué)思想的感悟，達(dá)到了理想的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

四、引入現(xiàn)代化教學(xué)手段，開(kāi)展多媒體實(shí)驗(yàn)

大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化探索文獻(xiàn)中，不乏開(kāi)展多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的報(bào)道[11][12][13]。限于開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)，我們沒(méi)有建設(shè)專(zhuān)門(mén)的機(jī)房，而是嘗試開(kāi)設(shè)一個(gè)多媒體實(shí)驗(yàn)， 涉及大學(xué)化學(xué)教材的“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)” 這一章。在講解核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)近 代描述時(shí)，面對(duì)原子結(jié)構(gòu)、電子軌道 如球形的s軌道、啞鈴型p軌道與花 瓣形的d軌道知識(shí)，學(xué)生普遍反映難以理解。

基于此，我們搜集了國(guó)內(nèi)外關(guān)于核外電子運(yùn)動(dòng)軌道形成過(guò)程的圖片、動(dòng)畫(huà)以及模型，制作為電子實(shí)驗(yàn)演示課件，供學(xué)生瀏覽觀看。同學(xué)們利用業(yè)余時(shí)間在網(wǎng)上預(yù)約時(shí)間，然后在實(shí)驗(yàn)室登記，完成該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這種多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的應(yīng)用，不僅沒(méi)有用到化學(xué)試劑，達(dá)到了綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的，而且把抽象的理論內(nèi)容形象化，貼近大學(xué)化學(xué)理論教學(xué)的教學(xué)難點(diǎn)，提高了大學(xué)化學(xué)理論課的教學(xué)質(zhì)量。

五、結(jié)束語(yǔ)

大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)由于選課人數(shù)較多，化學(xué)試劑使用量較大，因而開(kāi)展綠色化教學(xué)探索迫在眉睫。本文中總結(jié)了我們?cè)诖髮W(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化探索的幾種做法，以期對(duì)其他兄弟院校有所幫助。實(shí)施大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化，核心是給學(xué)生灌輸綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的思想，不僅可以有效降低大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的危害，同時(shí)也給學(xué)生留下了深刻印象，對(duì)保護(hù)環(huán)境意義重大。

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