大学基础化学实验绿色化探索

刘二东

(曲阜师范大学 化学与化工学院，山东 曲阜 273100)

“科教兴国”是我国一直执行的一项基本国策，经过多年的发展我国高校的规模越来越大，大学生的数量越来越多[1]。很多专业院校都需要开设化学相关课程，比如化工、生物、医药、农林等专业都需要学习一些化学知识。随着学习化学课程学生数量的大幅度增加，化学实验中药品消耗越来越多，带来的环境污染越来越严重。某些大学的化学实验室，距离很远都能闻到刺鼻的药品气味，这一特点甚至成了学生辨别实验室位置的工具，可见化学实验带来的环境污染问题已经相当严重亟待解决。化学是现代科学体系中的一门基础学科，在社会生活的很多行业和领域，化学都有着重要作用。在专业院校中开始化学课程，可以丰富学生的知识体系，提高科学研究的素质和加强专业技能。化学实验是化学教学体系中的重要组成部分，尤其当今重视实施素质教育和创新教育，大学院校普遍加大了实验教学内容[2]。在实验课中，高校大学生通过对实验现象的观察，可以加深对化学反应的理解和提高对化学原理的掌握。然而，开设化学实验课由于要用到一些化学药品和产生化学反应，因此实质上来说实验课有两面性: 在丰富了学生知识的同时，会对环境产生一定的破坏。和化学工厂相比，化学教学实验虽然污染物排放量不大，但是多次累积聚少成多，其造成的污染不容忽视。

为了解决实验教学中的污染问题，绿色化学实验的理念在这些年逐步兴起。绿色化学也叫做“环境友好化学”，通过名字可以知道绿色化学是为了保护环境改善环境而提出的[3]。“绿色化学”提法第一次出现在20世纪90年代的美国。以后美国通过多种政策推广此战略，世界上其他一些国家也开始效仿推广绿色化学。绿色化学很快发展成为一个世界性重要研究课题。绿色化学的核心理念是不要等已经环境污染了再治理，而是从源头入手尽量减少或避免出现污染环境问题[4]。绿色化学的重点可以总结为5R，即Reduction、Reuse、Recycling、Regeneration、Rejection五个方面。绿色化学通过减少用量、重复利用、再循环、再生、拒用危害品五个途径来达到避免环境污染和保护环境的目的。在我国清华大学最先提出绿色化学实验教学理念，之后许多大专院校相继着手对化学实验课程进行绿色化改造。经过多年的研究与探索，我国高校在化学实验教学绿色化方面已经取得了很大的进步。

1 化学实验教学绿色化的必要性

现代社会是以经济发展为特色的时代，随着经济不断进步贫富差距问题逐步显现，社会的压力使经济效益成为人们极度重视的问题。一些地方为了追求经济效益，盲目的扩大工业规模。不断扩大的工厂特别是化学相关行业，产生了大量的废弃物排放。一些工厂污染物排放控制不当，造成了巨大的环境污染。中国在社会经济的发展过程中很早就注意到了这个问题。坚持绿水青山就是金山银山成为中国生态文明建设的指导思想。为了建设美丽的中国环境生态，全体社会都应贡献自己的力量，高等院校作为社会精英荟萃的地方更应该为生态文明建设作出表率[5]。化学实验教学废弃物排放量虽然不大，但是对环境的影响也不能忽视。在化学实验的教学过程中，实验活动应该减少对资源的浪费，使实验废弃物排放对环境的污染最低，达到教学目标、环境保护和社会发展的统一。

化学是现代自然科学体系中的一门基础学科，它的发展对提高人类社会的进步做出了巨大的贡献，已被公认为支持未来社会发展的重要科学。让学生掌握丰富的化学知识和一定的化学技能是化学和化学相关专业教学的重要目的。化学是一门以实验为基础的学科，为了达到教学目的，除了理论课教学之外大量的实验锻炼是必不可少的。对于当今的化学教学，除了知识和技能的培养外，正确的观念也是应当重视的[6]。在整个教学设计和教学过程中，应该加强对学生绿色化学观念的培养。化学实验教师应该让学生知道，人类社会的发展不能以破坏生态环境为代价。学生进行实验操作，应该了解实验注意事项，知道相关化学试剂的毒性和环保影响。学生树立了绿色实验观念，在实验过程中就会自觉的注意相关操作，对于实验废弃物也会正确的排放和回收。除了课堂上时间之外，在工作生活中，正确的观念也会促使学生注意保护环境，为践行科学发展观做贡献。

2 化学实验教学绿色化的途径

2.1 加强实验管理和配套服务

化学实验教学的绿色化是一个系统工程，单凭教师和学生做好是不能将实验绿色化工作彻底和完美完成的。为了实验教学绿色化开展，首先应该做好实验教学的配套服务和管理工作。有的化学实验室根本没有配备实验废液废渣的回收设施，那么学生做化学实验产生化学废液只能倒入下水道，产生化学废渣只能倒入垃圾桶，如果化学废弃物有毒，那么就会造成环境污染。近年来部分化学实验室意识到这个问题，开始在实验室配备专门的化学废液废渣回收设施，化学实验产生的液体固体废弃物就不会进入下水道和生活垃圾中，这样就为化学废弃物的处理提供了有力的基础保障。化学实验废弃物经过适当的处理，就不会对环境造成污染。做好实验室的配套措施后，还要加强管理。对于化学实验室要制定详细使用制度和废弃物排放要求，使用实验室的人员都要遵守相关制度，这样才能保证实验室的正常运行。

2.2 改进实验教学方法和技术

随着科学技术的不断发展，计算机网络技术和人工智能技术已经极大的改变了人们的生活，在化学实验教学中虚拟仿真实验也得到了大量的应用。化学仿真实验通过计算机程序模仿传统实验的化学反应关系，以三维动画形式展现实验现象。虚拟仿真实验是实验教学技术的一项重大革新，是化学实验绿色化的一个重要手段。在虚拟仿真实验室中，学生仍然可以观察到实验现象，同时也可以亲自操作。就是说，学生通过虚拟仿真实验同样可以学到实验知识和部分技能。但是虚拟仿真实验并不需要真正用到化学试剂，也不会真的有化学产品产生，从这个方面看，虚拟仿真实验对环境是零污染的。虚拟仿真实验的另外一个好处是成本非常低，如果学生一次没有掌握，很容易大量重复的练习并且不消耗化学药品。对于一些污染过于严重或者危险过大的实验，传统实验教学一般不会开展。利用虚拟仿真技术，就可以开展这些实验，增加学生的知识和技术。

2.3 优化实验教学内容

基础化学在很多行业都要用到，因此很多大学专业都需要开设化学实验课程。参与化学实验学习的学生多，每学期开设的实验课程多，所需要的化学试剂种类多数量大，实验产生的废弃物五花八门且部分污染性强。大学化学实验具有严格的“量”的概念，如果某个数量错误就容易导致实验失败。由于实验内容要求严格，近几十年来化学实验教材很少有大的改变。长期以来，学生做化学实验时，也是按教材进行操作。为了加强环境保护，贯彻科学发展观，新时代的化学实验应该符合绿色化要求。对于一个化学教学实验可能有多种实验方法可供选 择，应当首先选择那些对环境没有污染的方法。在制定教学方案时,在不影响教学质量的前提下,尽量选择化学毒性小、废弃物少的实验。教师还可以尝试把废弃物处理加入到实验中,选择合适的废弃物处理方案,让学生参与废弃物处理的过程。这样不但减少了污染物排放,还能提高学生的环保意识和动手能力。

3 结语

21世纪的人类社会是科技高度发展文明程度非常先进的时代。未来人类社会应该走可持续发展的道路，不能够为了一时的利益而破坏生态环境。绿色化实验教学提升了高等教育的质量，同时也加大了对实验教师的要求。化学实验教师应以高度的责任感和极大的热情投身于绿色实验教学的发展中，培养学生建立绿色化学的意识，促进学生综合素质提高，为国家和社会的科学发展做出伟大的贡献。