閻 松, 孫小平

( 遼寧石油化工大學 化學化工與環(huán)境學部, 遼寧 撫順 113001)

綠色化學理念在化學化工教學改革中的應用

閻 松, 孫小平

( 遼寧石油化工大學 化學化工與環(huán)境學部, 遼寧 撫順 113001)

首先介紹了綠色化學理念的內涵及原則；其次對我國化學化工類教學進行了現(xiàn)狀分析,得到了目前綠色化學理念下我國化學化工類教學中存在的不足之處；再次,分析了綠色化學理念背景下化學教學改革的必要性和方向；最后,對應當如何將綠色化學理念運用于此類學科教學改革中提出了建議。

綠色化學； 化學化工； 教學改革

化學作為化學工業(yè)的基礎學科,是工業(yè)產(chǎn)業(yè)從源頭上減少環(huán)境破壞、適應綠色生態(tài)的理念的重要突破口。綠色化學理念應運而生,得到了廣泛關注。綠色化學理念為實現(xiàn)人與自然和諧相處的目標提供了新的思路,引發(fā)了各國學者的積極研究,我國已深刻認識到了其對環(huán)境保護和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要性。

1 綠色化學理念簡介

1.1 綠色化學的內涵

綠色化學又稱環(huán)境友好、環(huán)境無害、清潔化學,是一門具有明確的社會需求和科學目標的新興交叉學科[1]。綠色化學理念是無公害、對環(huán)境無破壞的清潔化學。它是指利用化學的方法和技術,盡可能地減少,甚至是避免使用對人類身體健康、自然生態(tài)環(huán)境有危害的原料、催化劑、溶劑、試劑等,同時減少有害的產(chǎn)物、副產(chǎn)物的生成[2]。通過在制造和使用化學產(chǎn)品時使用對自然無危害的替代原料、及時妥善處理化學產(chǎn)品制造過程中產(chǎn)生的有害廢棄物等方法,實現(xiàn)對環(huán)境最小程度的危害,重視對自然能源的使用,以減少為環(huán)境制造壓力、避免排放有害物質為目的,同時考慮到節(jié)能減排、節(jié)省資源、減少廢棄物排放等要求。綠色化學涉及學科廣泛,內容豐富,最大的特色就是其采用預防污染的手段,從始端到過程,再到終端均為零污染、零排放。綠色化學的最終目標是能夠實現(xiàn)不使用有毒、有害物質,不產(chǎn)生有害廢棄物,達到從根源上避免破壞環(huán)境,實現(xiàn)綠色環(huán)保、保護生態(tài)環(huán)境和人類健康的目標。

1.2 綠色化學的原則

綠色化學的原則主要包含如下幾點:

(1) 最大限度減少化學產(chǎn)品在生產(chǎn)和使用的過程中產(chǎn)生對環(huán)境存在危害的物質,在保證產(chǎn)品功能的基礎上盡可能降低其毒害性；

(2) 在生產(chǎn)化學產(chǎn)品的過程中 ,盡量不使用化學輔助劑,如果無法避免,則最好用無毒的化學物質作為輔助劑,而且盡可能使用可以更新的原料；

(3) 應當重視化學產(chǎn)品使用和利用結束后的處理工作,將化學產(chǎn)品降解成無毒的物質；

(4) 慎重選擇化學材料,以防發(fā)生化學事故。

由此可知,綠色化學對于減少工業(yè)性環(huán)境污染、轉變我國化學工業(yè)粗放式發(fā)展的現(xiàn)狀、實現(xiàn)化學工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。綠色化學作為新興的理念,雖然有很多學者做了深入研究,但就目前形勢看,其普及程度還有待提升。而學科教育便是促進學生形成綠色化學理念的重要方式。

2 綠色化學理念下現(xiàn)階段教學存在的不足

在工業(yè)發(fā)展日趨成熟的今天,提高工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性成為需要解決的主要問題。綠色化學理念是化工企業(yè)實現(xiàn)避免環(huán)境污染、保護生態(tài)平衡的關鍵所在。為了使更多的人樹立綠色化學的理念,中學、高校都應當將綠色化學的思想融入到化學、化工專業(yè)課程的教學中。通過教學使學生理解和接受綠色化學理念,并在以后的學習、生活和研究中以綠色化學理念作為指導。但現(xiàn)階段,我國的中學和高校在化工教學過程中對綠色化學理念的重視和應用程度不夠,化學化工教學在適應綠色化學理念方面還存在一些不足。

2.1 課程內容缺乏綠色化學理論相關內容

綠色化學理念提出以來,關注度很高,但由于研究仍然不夠成熟和全面,所以現(xiàn)階段的中學和大學化學、化工的教材中并沒有關于綠色化學理念系統(tǒng)的理論知識,這就導致學校的學生,甚至是教師都沒有對綠色化學理念形成系統(tǒng)、完善的理論結構,進而使得教學過程中綠色化學理念的踐行不是十分到位,也影響了學生綠色化學理念的形成。完善的理論知識是實踐的基礎,只有形成科學的、完整的綠色化學理念相關理論知識,教師才能在化工實驗過程中指導學生運用該理念減少實驗中有危害、有毒的原料使用,避免實驗過程中有害物質的生成和排放,達到教學過程的綠色、環(huán)保。學生才有可能真正理解和樹立綠色化學理念。

2.2 實驗教學未貫徹綠色化學理念

化學和化工等學科十分重視實驗課程的學習,通過實驗課程,學生能夠將死板的書本知識變得生動、形象,有利于更牢固地掌握知識,也能提高學生的動手能力和探究意識。實驗課程在化學、化工學科的教學中占有很重要的比重,在實驗課程中貫徹綠色化學理念尤為重要。在化工實驗的過程中經(jīng)常會用到醛類、烴類、酚類等對自然環(huán)境和人體健康有危害的物質,加之做實驗的學生眾多,在實驗室這一較小的空間內,會對師生的身體健康產(chǎn)生十分不利的影響[3]。此外,實驗的產(chǎn)物也經(jīng)常是對環(huán)境有危害的物質。很多中學和高校不重視實驗產(chǎn)物排放前的處理和降解工作,直接將對環(huán)境和人體有害的物質排放于自然中,而化學、化工實驗教學中產(chǎn)生的大量廢氣、廢渣、有機物也成為污染物產(chǎn)生的重要源頭之一。

2.3 綠色化學觀念流于表面

綠色化學的理念在中學和高校的教學過程中只是停留在不完善的概念化階段,既沒有形成完整的理論體系,也沒有在實驗課程中實際踐行綠色化學理念。綠色化學理念沒有在化學、化工類教學中得到有效的實施,不利于學生形成綠色化學理念,也不利于該理念的普及。

3 教學改革的必要性及改革方向

3.1 教學改革的必要性

教學過程是培養(yǎng)學生綠色化學理念的重要途徑,通過教學使綠色化學理念得到普及,可以讓更多的人投入到綠色化學的實踐中,減少教學過程中對環(huán)境的危害。同時,也使得學生深入地了解到綠色化學理念對改變教學和化學工業(yè)粗放式發(fā)展現(xiàn)狀的作用,提升學生將綠色化學理念作為以后學習和科研的指導,使學生主動致力于綠色化學理論和實踐的研究,為綠色化學理論的進一步發(fā)展和深入實踐提供思路。

3.2 教學改革的方向

為了使學生深入地學習綠色化學理念,教學必須增加對其的重視度。首先,教師應當梳理國內外學者關于綠色化學的研究成果,完善與綠色化學有關的理論體系,并對高校和中學所使用的化學、化工專業(yè)書籍進行改編,在其中加入與綠色化學理念相關的章節(jié)；其次,在化學、化工實驗的過程中,應當注意對綠色化學理念的實施,重視實驗原料選取、化學產(chǎn)品和副產(chǎn)品的降解處理以及實驗廢棄物的處理,爭取做到實驗全流程綠色化、環(huán)?；痆4]；最后,應當鼓勵學生發(fā)揮主觀能動性,在學習和研究的過程中注重綠色化學相關的創(chuàng)新。只有對化工教學理論和實驗課程同時進行改革,才能使學生真正接受綠色化學理念,并體會到其對環(huán)境保護的重要作用,進而主動踐行該理念。

4 綠色化學理念在化學化工教學中的應用

化學、化工教學分為理論學習和實驗教學2個部分,這2個部分在適應綠色化學理念上都存在不足之處[5]。

4.1 理論課中引入綠色化學理念

理論課程是化工課程的基礎,通過理論課程的學習,學生能夠明確綠色化學的最終目標是什么,使他們調動自己課程學習的積極性和自主性,激發(fā)其學習的興趣。理論課具有概念性和方向性2大特點。一方面,理論課的學習應該明確什么是綠色化學,界定清楚綠色化學的定義和內涵,為學生介紹綠色化學的產(chǎn)生和發(fā)展；另一方面,理論課程的學習應當給學生指出綠色化學的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展的方向,幫助學生明確想要進行這個方向的學習需要具備什么樣的知識結構和技能。

首先,可以通過對綠色化學相關的化學家事跡、化學實驗、化工企業(yè)的發(fā)展等的講述,描述綠色化學理念的產(chǎn)生對于化學學科和化工企業(yè)的重要意義；其次,再向學生介紹綠色化學的國內外研究現(xiàn)狀,尤其是要向學生介紹綠色化學技術普及程度高的國家的綠色化學理論及實施現(xiàn)狀,使學生意識到綠色化學對污染物的源頭控制作用。

4.2 實驗教學中綠色化學理念的應用

4.2.1 慎重選擇實驗內容,改進實驗項目

實驗的目的是使學生更好地掌握理論知識,因此,傳統(tǒng)的化學化工實驗往往只考慮化學實驗的典型性、可操作性等要求,通常選擇實驗結果明顯、操作性強的實驗,這樣有助于提升學生的動手能力和創(chuàng)新能力,使其更好地吸收課本知識。但在綠色化學的理念下,這種只注重實驗效果而不考慮實驗過程中對環(huán)境的破壞和污染的行為是不可取的?；瘜W實驗的綠色化要求化學反應的原料、反應的條件、反應的過程和反應所產(chǎn)生的產(chǎn)物都要綠色化,力求達到實驗內容的綠色化和教學目的相協(xié)調、統(tǒng)一。

慎重選擇實驗內容、優(yōu)化改進實驗項目,要遵循環(huán)境友好、低能耗、經(jīng)濟性、安全性和多樣化的原則。首先,實驗中使用的反應原料和產(chǎn)物都應該是對環(huán)境和人的健康沒有毒害的；其次,實驗條件應當考慮減少能源消耗,盡可能地選擇在常溫常壓下便可進行的化學反應；再次,實驗要考慮安全性,防止化工實驗過程中發(fā)生爆炸、火災等事故；最后,實驗內容應當多樣化,各高?？梢栽诳紤]本校實驗資源的情況下依據(jù)具體情況自主選擇實驗內容和項目[6]。

4.2.2 構建串聯(lián)組合實驗體系

串聯(lián)組合實驗是將多個化學實驗串聯(lián)起來的綜合實驗,是以上一個實驗的產(chǎn)物作為下一個實驗的原料的一種實驗方法。這樣不僅可以縮短實驗時間、節(jié)省試劑,還能減少三廢的排放[7]。串聯(lián)組合實驗打破了學科邊界、實驗邊界,使化工實驗實現(xiàn)綠色化。串聯(lián)組合實驗已經(jīng)在我國的部分高校有了成功的案例。例如將苯甲酸制取實驗和熔點測定串聯(lián)、將無機化學實驗中的溶液配制和分析化學中酸堿中和滴定實驗串聯(lián)、將無機化學中硫代硫酸鈉制備和分析化學中質量分數(shù)測定機韓鉻離子的廢液處理和檢測實驗串聯(lián)。

通過串聯(lián)組合實驗的思想,梳理各個學習階段需要進行的實驗,將它們合理地組合在一起,構建串聯(lián)組合實驗體系。甚至可以通過學科之間的聯(lián)合實驗來擴大串聯(lián)組合實驗的范圍,以取得更大程度的資源節(jié)約和更好的環(huán)保效果。

4.2.3 促進微型實驗的推廣

微型實驗是對傳統(tǒng)實驗的另一種改良方式。主要思想是通過將實驗固定在微型化的儀器裝置中,以盡量少的化學試劑用量得到較為明顯的實驗結果,是能夠適應綠色化學理念的新技術、新方法。微型實驗具有使用原料少、操作簡單快捷、環(huán)境污染小等優(yōu)勢,是促進實驗的綠色化可以借鑒的方式。因此,高校在化工教學實驗過程中應當加快促進微型化學實驗的推廣進程,對于無法避免會使用對環(huán)境有害的物質或可能生成對自然有害的產(chǎn)物的實驗,就可以采用這種微型實驗的方式進行,這樣既可以保證實驗效果、達到教學目的,也能夠盡可能減少環(huán)境破壞,有助于實驗教學進一步實現(xiàn)綠色化[8]。此外,微型實驗也具有降低實驗經(jīng)費、提高學生動手能力、培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、強化師生環(huán)保意識的作用。

4.2.4 恰當使用微波技術

微波化學作為化學領域中的新興學科在國外的研究十分活躍,微波化學反應因其高效、節(jié)能、無污染,屬于綠色化學的范疇[9]。通過利用微波的熱效應和非熱效應可以達到改變化學反應速率的效果,甚至可以改變化學反應的路徑。微波技術能夠使得有機合成反應更加快速、高產(chǎn),形成很好的重復性。恰當?shù)貙⑽⒉夹g運用到化學實驗的設計中,也可以幫助實驗實現(xiàn)綠色化,化學實驗中微波技術的應用具有很好的發(fā)展前景。

4.2.5 充分利用計算機仿真技術

在慎重選擇實驗內容、改進實驗設計、盡量選擇符合綠色化學理念的化學反應進行實驗的基礎上,由于綠色化學研究現(xiàn)狀的限制,可能還有一些實驗項目無法滿足綠色化學理念的要求,但為了完成教學目標,必須要進行。計算機多媒體仿真技術,為這些實驗提供了新的替代方法[10]。

計算機仿真實驗是依靠計算機創(chuàng)造的一個可視的實驗操作環(huán)境,實驗儀器和設備用仿真物體來代替,學生通過操作這些仿真的設備便可以進行各種化學、化工實驗,整個實驗過程都可以在計算機上完成[11]。計算機仿真實驗引進來先進的現(xiàn)代化多媒體實驗教學系統(tǒng),能夠實現(xiàn)學生的參與性要求,并具有直觀、開放的特點。學生可以在計算機仿真實驗系統(tǒng)中完成實驗教學的預習、學習、模擬實驗、復習實驗等全套學習過程,非常適合那類對環(huán)境和人體危害大、危險系數(shù)高的實驗的操作。計算機仿真實驗系統(tǒng)還可以與網(wǎng)絡技術相結合,從而打破時空限制,使學生享受到開放的實驗教學資源系統(tǒng),增加了學生的自主學習積極性,不同層次學生可以依據(jù)自身愛好,滿足自身的學習需求[12]。

5 結語

綠色化學理念是化學學科適應生態(tài)環(huán)境理念的體現(xiàn),是化學學科發(fā)展的必然趨勢,對化學、化工教學和化學工業(yè)的綠色化有重要意義。但是綠色化學作為一種先進的理念,還沒有得到人們的廣泛認可,其普及需要通過教學來實現(xiàn)。現(xiàn)階段我國化學、化工教學對綠色化學的重視程度還不夠,缺少完整的理論體系及深入踐行,教學改革仍須深入。分析了化學化工教學改革的必要性和改革方向,并對應當如何將綠色化學理念運用于該教學改革中提出了建議。

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Application of green chemistry concept in chemistry and chemical engineering teaching reform

Yan Song, Sun Xiaoping

(Faculty of Chemistry, Chemical Engineering and Environment, Liaoning University of Petroleum and Chemical Technology, Fushun 113001, China)

First of all, this paper introduces the connotation and principle of the green chemistry concept, and secondly analyzes the current situation of the chemistry and chemical engineering teaching in China so as to find the deficiencies of such teaching under the green chemistry concept. Thirdly, the necessity and direction of the chemical teaching reform under the background of green chemistry concept are analyzed. Finally, the suggestions on how to apply the green chemistry concept in the teaching reform of such disciplines are put forward.

green chemistry; chemistry and chemical engineering; teaching reform

10.16791/j.cnki.sjg.2017.12.048

2017-06-27

遼寧省教育廳2016年科學研究一般項目(L2016023)

閻松(1978—),男,遼寧營口,碩士,實驗師,主研方向為綠色化學與催化.

E-mail：yansong5859@sina.com

G642.0

B

1002-4956(2017)12-0200-03