绿色化学理念下的高校化学实验教学与人才培养

    张瑞霞 张坤 尹延斌 于宏达

    摘? 要 人才培养是高校的中心工作，坚持立德树人，全面提高人才培养质量，是高校的立校之本、发展之基。实验教学是培养学生动手能力和创新能力的重要手段，能够激发学生专业兴趣，提高专业素养和人才培养质量。在高等化学教育中融入绿色化学教育理念，培养具有安全意识、环保意识和实践创新能力的高素质应用型人才，是当前化学人才培养的关键。

    关键词 绿色化学;实验教学;人才培养;高校;实验室;仿真实验

    中图分类号：G642.423? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）10-0118-03

    Abstract Talent cultivation is the central work of universities. It is the foundation of the establishment and development of universities to insist on cultivating morality and improving the quality of talent training comprehensively. Experimental teaching is an important means to cultivate students practical ability and innovative ability， which can stimulate students professional interest， improve their professional quality and talent training quality. The key to the culti-vation of chemical talents is to integrate the concept of green chemistry education into higher chemistry education and to cultivate high-qua-lity applied talents with safety awareness， environmental protection awareness and practical and innovative ability.

    Key words green chemistry; experimental teaching; talent cultiva-tion; universities; lab; simulation experiment

    1 前言

    化学深入到工业、农业发展的各个方面，与人们的生活息息相关。医药、燃料、食品、肥料、农药的生产都依赖于化学，化学在改变世界、创造价值的同时，也带来污染和副作用，如空气污染、土壤污染、水污染、气候异常等，对人们赖以生存的环境、生态平衡造成严重的负面影响，也对人们的健康造成一定危害。因此，科学家提出绿色化学、绿色化工的概念。绿色化学又称环境友好化学、清洁化学，是一门从源头上、从根本上减少或消除污染的化学[1]。绿色化学是可持续发展的新科学和新技术，是对传统化学思维的创新和发展，是化学工业可持续发展的必由之路[2]。

    2 宣传绿色化学理念，培养绿色化学人才

    化学专业人才培养的目标是培养具有坚实的化学基础，掌握化学相关领域的科学研究、新产品研制与开发的技能，能在化学化工相关领域、行业从事研究、开发、生产和管理的专业型、应用型与创新型人才。化学专业毕业生将来会分布到社会的各个领域，在化工、农药、医药、食品、肥料等各行各业的生产与管理中发挥作用。对化学专业大学生进行绿色化学教育具有重要的现实意义。高校要加大绿色化学理念的宣传，举办关于绿色化学的讲座或专题报告，利用微信等多媒体宣传优势，加强网络宣传，深入宣传绿色化学理念，提高教师和学生的环保意识。最重要的是在人才培养过程中培养师生绿色化学理念，将绿色化学教育贯穿于人才培养的各个环节，从理论教学到实验教学、实践教学。高校要优化专业课程体系，把绿色化学理念融入人才培养方案，着力培养大学生的绿色化学和理念。

    3 加强绿色化学教育，牢固树立安全意识、环保意识和可持续发展意识

    高校化学实验室安全与环保问题关系师生生命安全和身体健康，是学生成长成才和教育事业发展的基本保障。近年来，高校实验室安全事故时有发生，各类安全事故触目惊心[3]。化学实验室危险物品种类繁多，诸多安全隐患不容忽视。切实提高师生的安全意识，增强安全防护能力，防污染及危患于未然，就需要推进绿色化学实验教学。许多国外实验室管理体制完善、管理到位、科学严谨，能更好地为人才培养和师生科研创新提供坚强的安全保障。程敬丽等报道了美国大学化学实验室的管理与启示，在美国密西根大学访学期间亲身经历了美国化学实验室管理的科学高效与严谨规范[4]。国内化学实验室的污染及安全问题已引起教育部门和高校的高度重视，全面开展绿色化学实验教学是从源头减少污染、提高人才培养安全意识和環保意识的有效途径。

    随着社会经济的发展，环境污染问题日益突出，绿色环保是社会可持续发展的根本所在。培养环保意识将使人们的行为具有保护环境的自觉性和目的性。大学生是时代的先锋，保护地球，保护生命，保护绿色，保护人们赖以生存的环境，维护生态平衡，促进人与自然的和谐、可持续发展，也是青年学子的责任与使命。传统的环境保护方法是污染的末端治理，绿色化学的目标是化学过程不产生污染，是一种从源头上治理污染的方法[5]，其本质是资源合理利用、有效利用，尽可能避免污染、避免环境副作用产物。在化学实验教学中进行绿色化学理念的渗透，在实验过程中降低环境污染，培养学生的环保意识、可持续发展意识和社会责任感，从而提高人才的培养质量和社会效益。

    4 推进绿色化学实验教学，提高实验教学质量和效益

    化学是自然科学中的基础学科，随着高等教育的发展，化学相关专业人才培养数量急剧增加。高校化学教学实验室承担的实验任务愈加繁重，包括专业实验和基础化学实验，实验项目多，内容覆盖范围广，仪器设备多，试剂种类多，实验所需试剂量大，造成的污染也不容忽视。践行绿色化学理念，实施绿色化学实验教学，从源头减少化学实验室污染，切实提高实验教学质量和效益，实现实验教学绿色化，具有深远的意义。

    开展绿色化学实验教学，建立绿色化学实验教学体系? 任课教师从绿色化学视角，改变不注重环保的粗放型实验教学模式，优化实验教学，提高实验教学效益。在实验教学中遵循绿色化学十二基本原则[6]，并在实验教学中实施和应用“减量、重复使用、拒用、回收、再生”的5R原则[7]。

    在化学实验教学中积极开展绿色化学教育的探索和实践，加强实验教学研究，改革教学内容，改进污染较重、实际意义相对较小的实验项目，实现实验内容绿色化，建立绿色化学实验教学体系。实验内容绿色化主要包括化学试剂的绿色化、溶剂的绿色化、催化剂的绿色化、化学反应的绿色化、反应产物的绿色化[8]。试剂选择上要绿色环保，从源头上最大限度减少污染，实现实验教学的绿色化。在实验方法上不断研究新方法、新装置，使实验教学成为培养学生创新思维和创造能力的关键环节。

    实施串联组合实验，开展微型化、半微型化实验? 用绿色化学的观念改进传统实验项目，分析实验减量，制备实验小量，基础实验、综合实验、设计实验也遵循减量的原则，建立绿色小型化实验教学体系。在某一课程体系内部巧妙实施串联组合实验，实现小型仪器、试剂和产物的合理循环利用。根据实验内容和实验目的，对实验项目进行微型化实验设计和半微型化实验设计。在设计过程中，从仪器规格、试剂用量、操作时间等方面进行常量、微型化、半微型化实验对比研究。微型化实验在基础化学实验中效果更为明显，采用剂量化的微型实验，可以有效减少试剂用量和资源消耗，减少污染物和实验废弃物质产生，能够实现教学效果与节约实验药品、减少实验废弃物质的统一，符合绿色化学理念，有利于培养学生的资源节约意识和环保意识。

    采用现代化多媒体辅助教学手段，开展化学仿真实验等，提高实验教学质量? 加强实验室软硬件建设，建设现代化实验室，采用多媒体辅助教学、开展化学仿真实验等，从而达到减少用量、减少“三废”，保护环境的目的。学生通过化学仿真实验对实验内容和原理进行学习，避免了化学试剂和仪器设备的投入，实现零排放和零污染。因此，开展化学仿真实验是实现化学实验室绿色环保化的一条重要途径[9]。为保障实验教学效果，可以采用线上仿真实验和线下操作实验相结合的方式，培养学生的动手操作能力和创新创造能力。

    规范化学实验室“三废”物资管理与处置? 实验教学中会有化学试剂的大量应用以及实验废弃物质的大量产生，规范实验室“三废”处理极为重要。对于实验产生的废弃物，应遵循分类收集、分类存放、分类处理的原则，在确保安全的前提下，妥善处理。对于废液，应该分类存放于专用的废液桶中，要做到标签清晰，废弃物性质标识正确，并妥善保存，定期交由学校分管部门或有回收资质的公司集中处理。对于常见的废液，可以利用中和、化学沉淀、氧化还原、萃取等手段进行处理[10]。酸性、碱性废液按其化学性质，分别进行中和后处理。酸类用碳酸钠溶液或氢氧化钙溶液中和，碱类用稀盐酸溶液中和。对于有机废物，应分类收集于指定的废液桶中，定期集中处理，进行回收、转化、燃烧等处理。

    5 加强实验室管理制度建设，构建绿色化学实验教学中心安全与环保管理模式

    化学实验教学中心作为实验教学的重要场所，加强中心的绿色化建设与管理，促进实验教学中心安全高效运行，对于提高实验教学质量和人才培养质量至关重要。高校化学实验教学中心的管理理念应该坚持以人为本，服务教学，安全第一，绿色共享。实验中心涵盖了实验室安全管理、实验技术队伍建设与管理、仪器设备管理和维护、实验室危化品与低值易耗品管理等诸多方面。关键是要加强实验室管理制度的深入研究，形成科学完善的实验室管理制度并逐步实施，实现实验室资源高效整合利用，细化药品登记制度和安全管理制度，积极推动实验室安全教育培训制度和安全准入制度。加强实验技术队伍建设，提高实验技术人员专业素质和思想素质，调动教师、学生、实验室管理人员三方面的积极性，共同营造高效绿色共享的实验教学环境和育人环境，进而实现化学实验教学中心的有效管理、精细化管理、资源的合理利用和安全高效绿色化运行。

    6 结语

    绿色化学教育是培养高素质化学人才的需要，是可持续发展的需要。在高校化学学子中播撒绿色化学的理念和种子，将会在化学化工相关的各个领域生根发芽，进而推动绿色化工、绿色医药、绿色农业的发展。在高等化学教育中融入绿色化学教育理念，培养具有安全意识、环保意识和实践创新能力的高素质应用型人才，是当前化学人才培养的关键。

    参考文献

    [1]沈玉龙，魏利滨，曹文华，等.绿色化学[M].北京：中国环境科学出版社，2004.

    [2]贡长生.绿色化学：我国化学工业可持续发展的必由之路[J].现代化工，2002，22（1）：8-14.

    [3]北京大学化学与分子工程学院实验室安全技术教学组.化学实验室安全知识教程[M].北京：北京大学出版社，2017.

    [4]程敬丽，毛黎娟.美国大学化学实验室的管理与启示[J].实验技术与管理，2012，29（7）：176-178.

    [5]胡常偉，李贤均.绿色化学原理和应用[M].北京：中国石化出版社，2002.

    [6]何良年，等.绿色化学基本原理[M].北京：科学出版社，2018.

    [7]韩志芳，应奇才.绿色化学在高校化学实验教学中的实施[J].杭州师范学院学报：医学版，2005（2）：107-109.

    [8]赵丽娜，陆国志.高校化学实验中绿色化学的研究[J].实验技术与管理，2013（2）：179-181.

    [9]杨庆.加强高校化学实验室绿色化的思考[J].广东化工，2015（9）：229-230.

    [10]徐攀攀，许会艳.高校基础化学实验绿色化初探[J].山东化工，2019，48（15）：218-219.