浅谈有机化学在环境基础化学中的地位

沈舒苏 张干伟 郭永福 刘大朋

【摘要】结合目前环境学科发展的需求，对原有环境类基础化学课程进行改革。我校面向环境类本科生开设环境基础化学课程已有三年，本文主要针对有机化学知识在环境基础化学教学中的地位与重要性提出几点探讨。

【关键词】有机化学  环境类  基础化学  教育

【基金项目】苏州科技大学教学改革与研究专项项目（2019JGZ-07）。

【中图分类号】G642   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）30-0181-02

习近平總书记强调要加强生态文明建设，共建人类命运共同体。2021年3月份发布的“十四五”规划纲要中又一次指出了生态环保的重要性，生态环境的重要地位日渐凸显。作为培养环境类人才的专业学校，我校环境科学与工程学院早在1985年开始首次招收环境工程类本科生，后陆续开设环境科学、给排水等相关环境类专业。

环境问题与化学密切相关，例如：分析环境参数时需要借助化学手段和仪器，大部分环境污染物为化学物质，解决环境污染问题时必需化学知识和技术等。化学知识在人类认识环境问题、制定环境保护政策时提供科学依据方面发挥着重要作用。因此，环境类专业人才应掌握一定的化学基础知识。目前，大部分环境类院校均为本科生开设了如《普通化学》《分析化学》《物理化学》《有机化学》《环境化学》等相关化学课程[1]。但是，这些课程也是化学专业学生的必修课程，其在内容设置上偏重于理科，在一定程度上无法与环境类人才的培养目标紧密结合。因此，我校新设了《环境基础化学》课程[2]，教学内容涵盖了与环境现象和问题紧密联系的物质结构、无机化学、有机化学和生物大分子等基础知识点。课程目标是使学生具有扎实的化学知识，理解环境现象背后的化学原理，培养学生运用化学思维和科学手段来分析与解决环境问题;此外，该课程的开设也为后续环境类专业课程学习打下基础。

一、有机化学的地位

有机化学又称为碳化合物的化学，主要研究有机化合物的组成、结构、性质、制备方法与应用的科学，是化学中极重要的一个分支。其中，有机化合物是由碳、氢、氧等元素组成的化合物，如最简单的有机物是甲烷（天然气的主要成分）。大部分有机化合物与人类生产生活密切相关，为人类进步做出了巨大的贡献。如维持生命体所必须的维生素、治愈各类疾病的合成药物、提高农作物产量的有机肥料、为人类生活提供便利的各种新型材料等，均属于有机化合物范畴。不可否认的是，部分有机化合物是有毒有害的，且易引起环境污染，环境中的污染物多为有机物。有些有机物进入环境中以后，发生长距离迁移并长期存在于环境中;它们具有长期残留性、半挥发性和高毒性，易通过食物链转移并进入生物体内，被称为持久性有机污染物（POP），会对人类健康和环境造成严重的危害[3]。

因此，有机化学知识的学习，对于环境类学生来说非常重要。学生不仅需要认识有机物的基本结构特征，还应该学习有机化合物在环境中发生的常见化学反应及反应机理，尤其是应该加强环境中有机污染物的降解机理的学习。同时，还应该配备相应的有机化学实验教学，提升学生的动手实践能力。

二、环境类有机化学教学面临的问题

虽然各大环境类院校开设了基础化学的教学，但是其中涉及有机化学部分的讲解较少，而分析化学和无机化学的知识所占比重过大。例如，在我校进行环境基础化学课程改革之前，主要由化学系老师教授《普通化学》《物理化学》《分析化学》这三大课程。也有不少学校意识到有机化学的重要性，针对环境类学生开设了《有机化学》，但是教学内容往往过于深入繁杂，对于环境类学生来说难度较大。因此，面向环境类本科生所开设的基础化学的教学中，应注重分配有机化学教学的学时，重新编排有机化学部分的教学内容，使其更易被环境类学生接受。

有机化学知识与其他类别化学知识相比，学习难度较大。主要体现在：（1）有机化合物的结构较为复杂，分类较多，化合物的名称难记。如有机物往往存在同分异构体现象，且立体结构较多;化合物的命名规则除了系统命名法，还有IUPAC命名法等。（2）有机化学反应较多，反应条件多变，产物较难预测。与无机化学反应的最大不同是有机反应几乎无法100%转化，且产物结构不唯一。（3）有机反应的机理众多，涉及许多热力学知识和动力学知识等。（4）有机化学实验多需要使用有危害的化学药品，实验装置复杂，对实验教学条件要求严格，且学生实验失败率高，易让学生产生挫败感等。因此，在面向环境类本科生进行有机化学教学过程中，应该注意避免教学内容的枯燥性，注重调动学生的积极性，尽量精简教学内容。应该结合实际，分析目前环境中遇到的有机化学现象和实事问题。应该加强实验教学，这不仅有利于学生加强对化学反应和机理的认知，同时还能提高学生的实验能力。

三、措施与建议

我校环境科学与工程学院在2018年新设《环境基础化学》课程，取消了原有的《普通化学》的教学。其主要变动为：在保留原有的部分无机化学和分析化学的基础之上，增加了有机化学知识内容。该课程总学时为64学时，其中理论学时为40学时，实验学时为24学时。有机化学分配的学时为24学时，由16学时的理论教学和8学时的实验教学组成，合计占总学时的38%，即有机化学在环境类基础化学中的占比大大提高。

（1）优化师资队伍。本课程教学团队梯度合理，包括教授、副教授、讲师和实验员，团队主要成员均博士毕业于国内外有机化学或高分子化学等专业，专业知识功底扎实。作者系新加坡南洋理工大学有机化学博士毕业，有超过10年的有机化学研究经历，熟练掌握有机化学知识中的难点和重点。团队教学成员均任职于我校环境科学与工程学院，研究领域主要集中在环境工程和环境科学方向，能够实时了解环境专业前沿动态，能将化学教学与环境需求紧密结合，做到有的放矢。

（2）丰富教学内容。结合环境类专业特点，课程简单地介绍不同有机物的结构特点和其在人类生活中的重要作用，重点讲解环境有机污染物的有机反应及其在环境治理过程中的降解与转化机理。例如，在学习芳香烃化合物时，通过向学生介绍环境有机污染物多氯联苯（PCB）的结构多样性，分析其污染来源及在环境中会产生什么样的危害，让学生知道目前PCB的处理难度主要是由其化学结构稳定所导致的，加强学生对芳烃化合物结构的认知。适时地让学生了解相关污染物的处理技术。此外，结合目前市面上无相关《环境基础化学》教材，教学团队已在积极整理教学资料，为环境类专业学生编写合适的教材。

（3）教学手段多样性。教师课堂授课注重线上线下相结合，教学团队开发小规模限制性在线课程（SPOC）课程，为本校环境类学生提供多种学习渠道。除了理论教学方式的丰富，本课程为有机化学教学增加了实验学时。如开设了“芬顿试剂氧化法处理模拟有机废水”的自主性實验教学。让学生自己探究芬顿法降解有机废水的实验条件，如调节溶液pH值、反应温度、反应时间等。通过自主探究实验，学生可以充分了解芬顿反应的原理和影响因素;通过分析废水中有机物的去除机理，可以加强学生对有机物自由基反应的认知。通过“纤维素的水解实验”，可以强化学生对聚合物分子的认识，了解环境中有机物或聚合物等的降解过程和转化机理。此外，还可通过文献调研、提交调研报告等形式，让学生了解环境中的有机化学学科的发展前沿问题，让学生自主讨论，提高学生课外自主学习的能力。

（4）加强学生的思想政治教育。如通过有机化合物应用实例（新型环境污染物等）的引入，让学生知道环境保护的重要性。例如，在学习卤代烃化合物时，通过学习二氯二苯三氯乙烷（DDT）的结构，向学生讲解DDT的发展历史。它在二战时期治疗疟疾、痢疾等疾病方面发挥了重大的作用，同时，由于其优异的杀虫性能被广泛用作杀虫剂。但是，随着时间的推移，DDT对物种的毁灭性危害也逐渐显现。告诉学生事物都具有两面性，要学会辩证地看待事物。培养学生树立正确的科学观、人生观和价值观。例如在学习有机高分子材料时，结合目前中国在禁塑方面做出的努力，向学生介绍可降解高分子材料的发展近况，培养学生人与自然和谐统一的理念;同时，培养文化认同，增强民族自信。

以上仅是目前我院《环境基础化学》教学团队在强化有机化学教学过程中所做的初步试探，但仍存在一定的不足。例如，学时相对较少，在有限的学时内增加有机化学的知识，对于学生来说，可能学起来略显吃力，教学内容上无法做到全面覆盖。因此，我们仍在不断努力完善教学内容的简练和提升。

需要指出的是，无论是面向环境类本科生，还是其他学科的学生，都应掌握一定的化学知识。其中，有机化学在化学教学中的地位应该引起重视。

参考文献：

[1]于瑞莲，胡恭任，刘贤荣. 面向环境类本科生的环境化学教学改革探索[J].广东化工 2017，44：178-179.

[2]张干伟，沈舒苏，刘大朋，王俊霞，吴友谊. 高校环境专业基础化学课程教学改革思路探索[J].教育教学论坛 2019，37：139-140.

[3]王云海，陈庆云，赵景联.环境有机化学[M].西安交通大学出版社， 2015.

作者简介：

沈舒苏（1984年-），女，汉族，江苏连云港人，有机化学博士，副教授，研究方向为环境工程与材料。

郭永福（1973年-），男，汉族，山西人，环境工程博士，教授，研究方向为给水及废水处理技术。