绿色有机化学实验的教学研究

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摘要：随着环境污染问题日益严重，人们的环保意识逐渐增强，如何有效解决实验教学过程中的污染问题逐渐引起大家的关注。本文以绿色化学理念为基础,从实验内容、实验设计和“三废”处理等方面对有机化学实验绿色化进行了研究，并将其应用到实验课教学中，不仅减少了有机化学实验过程的环境污染，还增强了学生的环保意识和责任意识，取得了较好的效果。

关键词：绿色化学；有机化学实验；教学理念

有机化学是一门以实验为基础的学科，许多有机化学的理论和规律都是从实验中总结出来的。有机化学实验过程中所涉及到的药品、试剂较多，其中不乏有毒有害、易燃易爆以及有腐蚀性的物质，同时实验过程中还会产生许多废气废液废渣等，对环境造成严重的污染。随着科学技术的发展，人们的环保意识增强，绿色化学的理念应运而生[1]。绿色化学是利用化学原理和方法来减少或消除对人类健康、生态环境有害的反应原料、催化剂、溶剂和试剂、产物和副产物的新兴科学。其最大的特征在于从产品生产的始端就采用科学手段来控制污染，并且在生产过程和最终产品使用中均做到零排放和零污染。绿色化学实验中使用化学药品应遵循5R原则，即减量（Reduce）、重复使用（Reuse）、拒用（Rejection）、回收（Recycling）、再生（Regeneration）[2]。在人类对环境保护日益重视的今天，有机化学实验的“绿色化”在人才培养过程中具有尤为重要的意义。要做到有机化学实验的绿色化，首先在有机化学实验教学中实施绿色化学理念，其次要在实验过程中不断探索和应用绿色化方法。

一倡导绿色化学理念，增强环保意识

绿色化学不仅仅是一种预防污染的方法，还是一种新式教学思维。有机化学实验的主体是大学生，是未来国家的栋梁之才，将在各个岗位上发挥着重要的作用，因此培养学生的绿色化学理念和环保意识尤为重要。有机化学主要是研究化合物的组成、性质、结构以及合成，而绿色化学则是围绕化学反应、原料、溶剂、催化剂等绿色化进行的，与有机化学内容息息相关。在实验过程中，将绿色化学理念灌输给学生，增强学生的环保意识，培养学生的绿色化学实践能力。将绿色化学理念贯穿有机化学实验始终，让学生切身体会绿色化学的内涵，养成绿色环保的意识，并保留到日后的工作生活中，从源头减少污染、保护环境,促进可持续发展[3]。我们依托《有机化学实验》课程，通过教学模式优化，在传统的有机化学实验内容模式上，改变教学内容，增加了综合性、设计性与创新性内容，这对学生的动手能力、分析与解决问题能力的培养有较大提高。其次是强调和关注实验安全问题，通过实验开始时的讲授，让学生从心理层面上提高认识，从内心带着敬畏的态度开始实验。实验过程中，做到操作规范严格，设置实验操作分项表，提高实验安全措施保证实验安全。再次是实验过程中优化操作、试剂使用保质减量，要做到有机化学实验的绿色化。

二实验内容绿色化

传统的实验设计注重实验内容的典型性、代表性以及实验现象的明显性、学生能否掌握实验操作，轻视所用药品、试剂的毒性以及会造成的环境污染。有机化学实验多具有药品用量大、毒性大、腐蚀性强、副产物多等特点，因此，将绿色化学理念融入到有机化学实验教学是非常有必要的。

（一）准备实验绿色化

实验准备过程中教师全程参与并指导，保证实验的顺利进行。因为学生多数没有参与过具体的实验准备工作，对药品的用量、配制方法等都会感到没有信心，无从下手，手忙脚乱。学生参与实验准备工作，锻炼了学生动手，把实验步骤落实到实际的能力，为以后的毕业设计中的实验准备和实施打下基础。有机化学实验通常需要大量的试剂和仪器设备，在实验准备时可提前计算好所需药品和仪器，避免造成不必要的浪费；在不影响实验效果的前提下，试剂减量并尽可能选择无毒无害、污染性小的试剂。如正溴丁烷的合成试剂减量，最终的蒸馏部分多人合作完成。在己二酸的制备实验中，以环已烯为原料，以H2O2氧化剂合成己二酸，该工艺以绿色氧化剂H2O2代替危险、有强腐蚀性的HNO3，反应条件温和，易于控制。实施效果表明，既保证了教学质量，降低了教学成本，同时也增强了学生之间的团队合作能力，减少了废弃物的排放，反馈效果较好。随着科学技术的发展，可选择离子液体、水溶剂、固定化溶剂、超临界液体等绿色化溶剂和催化剂，可以加快反应速率和循环使用，减少环境污染[3]。

（二）实验设计的绿色化

微量化实验与常规实验相结合，倡导绿色化学。微量化实验是指在保证教学效果的前提下，用微量化学试剂（试剂用量一般仅为常规实验的十分之一以下)在微型仪器装置中进行的化学实验。微量化实验不仅能够减少试剂用量、缩短反应时间、降低实验成本，而且还能减少“三废”，降低环境污染程度。另外，微量化实验对学生的实验操作能力提出了更高的要求。由于微量化实验所用试剂用量较少，一滴试剂、一粒药品有可能就会对实验结果造成很大的影响，甚至导致实验的失败，从而促使学生能够更加认真仔细的对待实验过程、增强他们的实验技能、培养优良的科研态度。这也是未来有机化学实验发展的方向之一，通过合理的设计实验内容，将单个实验串联起来，形成一个体系；也可以开设多步反应，使每一步的反应产物能够在下一步中得到充分的利用，提高了药品的使用率，促使学生认真的对待实验，因为一旦失败，实验就可能无法继续。此外，连续实验每一步都是环环相扣，上一步的产率和纯度都会对下一步造成一定的影响，对学生的实验操作能力提出了更高的要求，促使学生更加认真细致的对待每一个实验操作，极大地调动了学生的实验积极性[4,5]。

（三）实验结果的绿色化

有机化学实验过程中不可避免地会产生废弃物，妥善处理“三废”是有机化学实验绿色化的重要环节。实验过程中，不能将用过的化学试剂或者过量的酸碱等随意倒入下水道，应该分类放入专门的废液桶中，回收后由专门人员进行处理。对于强酸或强碱废液，我们要中和到pH为6-8再进行排放；对于产生大量有毒或者腐蚀性气体的反应，必须在通风橱中进行[5]。实验过程中的产物回收利用情况和“三废”处理情况不容乐观，未来需要结合现代技术进行教学，有效避免了部分危险操作和环境污染问题。如何应对有机化学实验课程的绿色化、微量化和综合多步化，是摆在当今有机化学实验课程面前亟待解决的另一个难题，也是有机化学实验教学改革的重点方向之一。

三结合先进技术进行实验教学

目前多媒体技术已经广泛应用于理论教学中，但实验教学涉及较少。对于一些实验药品毒性较大、操作难度高、仪器设备费用较高的实验，我们可以采用多媒体教学的形式为学生们展示整个实验过程以及一些容易出现的错误操作和相应的危险处理方式，用生动形象的视频动画加深学生对理论知识的理解和掌握，激发学生的研究兴趣。与传统的板书相比，多媒体教学技术能够将抽象的有机化学实验知识转化为动画、视频的形式传输给学生，使晦涩难懂的知识更易理解，增强了讲授内容的生动性[6]。我们对本校2016-2018级海洋生命学院、水产学院和食品科学与工程三个学院进行调查问卷发现，73%的同学愿意通过减少试剂用量和避免额外失误等方法，为环境保护事业尽绵薄之力，绿色化意识较高。在谈及绿色化问题时，大家首先从自身考虑，减少环境污染问题，从源头来控制污染，如：减少错误试剂的使用和试剂回收等。对于实现有机化学实验绿色化问题，学生们能够考虑到自己应该做什么，但缺乏大局意识，需要教师们正确的引导。经过一个学期的课程，学生们已经养成妥善处理废液的习惯，课前认真预习，实验过程井然有序，避免了许多因操作失误引起的试剂浪费和污染，取得了较好的成果。实验教学过程中以实际行动引导学生贯彻环保理念是最为行之有效的环保宣传措施，这就需要实验设计者不断调整实验内容，同时教导学生正确处理三废的方式。绿色有机化学实验新理念必将成为今后实验教学的中重要参考和首要考虑因素。

参考文献

[1]刘立增,孙萌萌,张弘青,等.有机化学实验教学中环境保护的探讨[J].实验室科学,2016,19(02):218-221+224.

[2]王晓红,郝臣.有机化学实验绿色化教学模式探讨[J].实验科学与技术,2012,10(04):85-86+131.

[3]陈铭祥,郑明彬.绿色理念指导下有机化学实验的改革[J].高校实验室工作研究,2017(02):107-110.

[4]张凤,罗景,周军.将绿色化学理念渗透到有机化学教学中的几点思考[J].化工时刊,2017,31(01):44-46.

[5]马楠,王筱平.有机化学实验教学中体现绿色化学的探索[J].实验室研究与探索,2011,30(07):141-143.

[6]赵海所.有机化学教学中进行绿色化学教育的研究[J].教育现代化,2017,4(20):101-102.

作者：邢芸霞 胡肖涵 李先国 张静 张大海 单位：中国海洋大学 化学化工学院