高校有机化学基础实验绿色化教学改革初探

刘佳奇　郑婷婷　左　霞首都师范大学　北京　100048

高校有机化学基础实验绿色化教学改革初探

刘佳奇郑婷婷左霞
首都师范大学北京100048

摘要：为推进高校有机化学实验向“绿色化”方向健康发展，针对在有机实验实际教学过程中出现的问题，探索了新的实验教学改革思路：优选实验项目，强化绿色化学理念、控制反应用量、优化教学方法，使整个实验设计连续化、综合化、科学化，不断培养学生的环境保护和可持续发展意识。

关键词：有机化学实验；绿色化学；实验教学改革

高校有机化学实验是面向化学、材料学、生物医学等专业的大学生所开设的一门重要的基础实验课程。作为一门实践应用性很强的基础学科，有机化学实验是经过长期摸索并逐步发展成为一门具备完整独立教学体系的化学基础学科。伴随我国自然科技水平的显著提高，在高校有机实验教学中，也逐渐向实验仪器现代化、合成方法新颖化以及教学内容多元化方向发展，使整个高校有机化学实验不断向综合性、实用性、科研性方向转变。为了全面贯彻学生创新能力和实践能力的素质培养，越来越多的教师也着眼于对高校有机化学实验的教学改革尝试，旨在不断提高化学学科的人才输出质量。但是，在进行教学改革的同时，许多高校在授课前后也暴露了诸多问题[1]，这些问题具有普遍性，同时具有改革的必要性。本文针对其中突出的几个问题谈了笔者自己的看法，并尝试给出一些切实可行的意见和建议。

近几年，环境污染问题已经成为全世界人们关注的重点，尤其是在我国可持续发展的大背景下，正逐渐引起越来越多人的重视，对于化学化工行业“绿色化”发展的需求愈发明确、清晰。所谓的“绿色化”就是通过现有化学技术将环境污染降至最低，主要体现在原料绿色化、反应绿色化、产品绿色化等几个方面。[2]而在高校教学有机化学实验中，所涉及的绝大多数有机试剂药品都具有毒性大、易燃、易爆等特点。特别是在实验完成后所产生的大量化学废物和废液，更加需要我们严格并科学地进行处理，否则将会对人体和环境带来潜在的、长期的危害。所以我们有必要在有机化学实验教学中向“绿色化”教学转变，并不断强化大学生在学习和生活中的环保意识。

1　有机化学实验改进方案

1.1优选实验项目 强化绿色化学必要性

在传统的有机化学实验教学中，教师在制定教学计划时更多地考虑在实验过程中实验现象明显、实验操作简单的实验题目。但对实验药品的毒性、实验过程的危险性和污染性并没有给予更多重视，而在自我防范和危险处理等环节也都相对薄弱。若要真正实现有机实验的“绿色化”，首先应该从授课教师的思维方式出发，使绿色化思想在教师头脑中不断得到强化[3]，这样才可以保证授课教师在制定教学计划时，能够在不影响教学效果的同时，优先选择对人体危害较小、环境污染较轻的有机实验题目。[4]

例如，传统的制备溴苯实验中所使用的苯和液溴等原料对人们的造血系统都有不同程度的伤害，同时液溴的腐蚀性也很强，在实验操作上也带来诸多不便，所以可以从现有实验条件出发，选用正丁醇和溴化钠作为反应原料制备另外一种卤代烷烃—正溴丁烷，但在这个实验中，同样需要注意浓硫酸的正确使用以及回收有毒气体(HBr)的操作方法。在制备安息香衍生物二苯乙二酮的合成实验中，在氧化剂的选择上，我们一般选用浓硝酸、醋酸铜、氧化铁作为该反应的氧化剂，其中浓硝酸氧化体系在反应过程中极易放出大量的NO2气体；醋酸铜氧化体系因为需要引入硝酸铵得到氧化亚铜离子，在反应条件控制不当的情况下，也容易放出NO2气体，对环境和人身安全都造成了一定损害。相比较，以氧化铁为氧化剂的体系，反应程度较为温和，同时避免了有毒气体的放出，能够保证在控制好反应条件下初步实现有机实验的“绿色化”，因此可以作为高校有机化学合成实验内容之一。

1.2控制反应用量 推行有机实验微型化

在有机实验中的大部分药品都是易燃、易挥发的，并且相当多的试剂和产品都具有一定的毒性，因此在实验前的药品保存和实验中的环境污染问题都带来了极大的困扰。为了最大限度地减少上述危害，同时还要保证教学效果，我们有必要使有机实验中的装置规模和试剂用量向微型化方向改进，这样可以有效降低对环境的污染程度。[5]例如，在施行实验微型化后所使用的烧瓶、酒精灯以及试管等也随之小型化，这样不仅可以缩短实验进程，还有效降低了实验成本。此外，在实验试剂方面，通常将实验试剂微型化定为常规用量的1/2～1/5；甚至可以降低至半微量(常量的1/5～1/10)以及微量(1/10以下)。但是，在进行微量化实验时投料量减少，稍有操作不当就可能导致实验失败，所以在实验过程中要求学生对每个实验细节给予充分重视，这样在体现有机实验“绿色化”的同时，又对学生的实验操作能力提出更高的要求，进一步提高学生的综合实验技能。如药品称量的精度控制、反应时间及温度控制、粗品提取的产品损失，都可能对终产物的产率或转化率产生实际影响。

1.3推进有机实验项目连续化

在大学有机化学实验课程安排上，安排一些连续性较强的实验题目也是十分必要的。[6]传统的有机实验项目都是相对独立的，主要是将反应类型和操作特点作为出发点选题，所用于合成中的原料和产品能否做到利用最大化以及废物和废液的处置是否合理，是一个被大多数人在相当长的一段时期内所忽视的问题，所造成的负面影响不言而喻。所以我们需要通过调整实验内容，并结合实验特点以及训练要求，设置一些具有连续化特征的合成实验题目，将一些原本独立单一的实验项目有机结合成为一个多次完成的连续型实验。例如在“工业乙醇的蒸馏”实验中所得到的高纯度乙醇馏分可作为后续重结晶实验的溶剂[7]；重结晶实验后的乙醇溶剂又可经过简单分馏继续作为“从茶叶中提取咖啡因”的萃取溶剂；最后，在实验室教师妥善保存下继续对乙醇进行重复利用，这样在完成教学目标的前提下对乙醇实现了利用最大化。同样，在“乙酸乙酯的制备”合成实验中所得产品可以作为“乙酰乙酸乙酯”实验的原料，再利用水蒸气蒸馏方法提纯产品。像这样连续化实验的设置显著体现了有机实验“绿色化”的特点，同时也使学生在提高产率方面起到良好推动作用。

1.4优化教学方法 贯彻绿色理念

传统的实验教学要求学生在课前充分预习，但在实际操作过程中，授课教师为避免发生不必要的危险，刻意省略了一些在有机实验中相对危险却较为重要的内容，导致学生在实验能力上没有得到有效地提高，还可以有效避免对于有毒有害药品的浪费和污染。因此，我们在有机实验教学过程中，可以优化教学方法，结合虚拟仿真模式[8]，将实验过程的每一个细节进行分解和凝练，指出正确的操作方法以及容易出现问题的环节，使学生在实际操作之前能够非常清晰地理解该实验的重点和难点，并强调绿色实验的重要性；同时，授课教师应该通过课前的预实验精确把握实验要领，并带领其中一个小组学生完整进行该实验的操作部分，用行动证明规范操作的重要性以及出现紧急问题该如何应对等方面，促使学生用心、细心、放心地完成每一个实验，同时对青年教师的教学能力的培养也会起到积极的促进作用，能够有效及时地发现实验过程中的问题，不断丰富其知识储备，以求达到更好的教学效果。

2　结束语

在可持续发展的大背景下，高校有机化学的绿色化理念是十分必要的。通过近几年的实践证明，将绿色化理念渗透至有机化学实验中将会对学生综合实验技能以及环保意识都是非常有效的促进。学生在实验过程中，有效避免了实验对人身和环境的伤害和污染的同时，更重要的是有效激发了学生的实验兴趣，规范了实验操作。当然对于实现有机化学实验的绿色化，我们还有很多地方需要改进，通过实验改革使大学有机化学实验教学更加合理化、科学化、精确化。

参考文献

[1] 唐倩,龚成斌.有机化学实验教学改革研究[J]. 西南师范大学学报:自然科学版,2013,38(3):165.

[2] 董锐,何建玲.绿色化学理念在有机化学及实验教学中的应用[J].大学教育,2013(12):90.

[3] 江文辉,罗一鸣,唐瑞仁,等.有机化学实验教学改革的探索与实践[J].实验室研究与探索,2009,28(12):115.

[4] 杨国玉,徐翠莲.有机化学实验绿色化教学的改革与实践[J].实验室科学,2010,13(4):26.

[5] 袁珂,胡润淮,李玉贤,等.积极推广微型化学实验深化教学改革-有机化学实验教学改革的探索[J].高等师范教育研究,1999(63):24.

[6] 虞春妹,刘晟波.高校有机化学实验的绿色化管理路径探究[J].中国现代教育装备,2010(10):119.

[7] 倪人捷.有机化学实验绿色化教学改革的探索与实践[J].教育教学论坛,2013(48):204.

[8] 付颖,叶非.基础化学系列实验课程体系优化[J].大学化学,2013,28(2):25.

材料科学课程教学专题①

Preliminary Study on Teaching Reform in College Green Organic Chemistry Experiment

Liu Jiaqi, Zheng Tingting, Zuo Xia
Capital Normal University, Beijing, 100048, China

Abstract:To promote the healthy development of college organic chemistry experiment to "green" direction, for some problems appearing in the actual teaching process organic experiment, we explore the new teaching reform. Preferring the experimental subject and strengthening the concept of organic experiment teaching of "green chemistry ". Controlling the amount of reaction and optimizing the teaching methods, which make the entire experimental design more continuous, comprehensive and scientific, and then develop students' awareness of environmental protection and sustainable development.

Key words:organic chemistry experiment; green chemistry; experimental teaching reform

基金项目：北京市教委科研计划项目(编号：KM201510028008)；首都师范大学2014年实验教学改革项目(编号：024145609800/006)。

作者简介：刘佳奇，博士，讲师。郑婷婷，博士，高级实验师，化学系实验教学中心副主任。

收稿日期：2015-08-27