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有机化学实验是化学与化工专业学生必修的一门基礎实验课。通过该课程的学习,要求学生能够熟练掌握有机化学实验的基本操作技能,为其今后的课程学习和实践活动打下坚实的基础。基础有机化学实验是我校两个学院五个专业本科生的必修基础课之一,每年有500多名本科学生开设本课程。基于有机化学学科的特点,多数有机化学试剂都具有一定的毒性和污染性,因此一直以来有机化学实验的毒害性和环境污染较为严重,每次实验都将产生或多或少的废气、废液、废渣等废物。因此进行有机化学实验的绿色化建设非常必要。近年来,我们在构建绿色有机化学实验室方面做了大量的工作。具体总结如下。
一、依照节约试剂、减少污染、提高学生学习效率的原则,重新组合实验内容
在有机化学实验教学中,为了使学生学习掌握加热、冷却、搅拌、熔沸点测定、蒸馏、分馏、减压蒸溜、水蒸气蒸馏、回馏、重结晶、过滤、萃取、洗涤、干燥、色谱法(薄层及柱色谱)等教学大纲所要求的基本实验技能,所需安排的实验项目较多,需用实验试剂数目也较多。以前我们所开设的经典的实验项目,每个实验的独立性比较强,互相关联性较弱。针对这个问题,我们对所有的实验项目内容进行了整合,整合后的实验内容具有以下特点:(1)增加实验项目的系统性。一般来说前一个实验所得产品为后续实验的原料。例如,我们将微量法熔沸点的测定实验放在合成实验的后面,所测定试剂为前面所合成的产品,如乙酸正丁酯(液体)、己二酸(固体)等。(2)增加实验内容的系统性。我们精选实验内容,将基本实验操作的学习涵盖到各个实验之中。由于有机化学实验总的学时比较少,为了让学生在尽量少的时间内学到必需的实验技能,我们将实验教学内容整合,避免重复讲授,达到每一个实验都包含一个或多个新的实验操作。由于实验项目的系统化使所有合成实验的产品得到有效的利用,从而节约了大量的试剂,降低了实验成本,更重要的是免去了回收大量产品所带来的污染、储存和处理,同时也提高了学生的学习效率。
二、取代或改革毒性比较大的传统实验项目
我们在不减少实验教学内容的基础上,逐步替代了毒害性比较大的实验项目和试剂,(1)实验项目的绿色化。几年前,有机化学实验室所开设的实验多为一些传统的实验项目,如苯乙酮的制备、苯胺的制备等。其中在苯乙酮的制备实验中所使用的苯,能导致造血系统中毒,无水三氯化铝对皮肤有刺激作用。在苯胺的制备实验中所使用的硝基苯、苯胺等有致癌作用。通过近几年的实验项目改革,我们逐步取消了这些毒性相当大的实验项目,取而代之的是一些无毒性,又包含必要的实验操作的实验项目。(2)改革实验内容,将传统实验中的某些有毒有害试剂逐步改为无毒试剂。例如,在传统的乙酸正丁酯制备实验中通常采用浓硫酸做催化剂,实验过程中会产生大量废酸。我们改用高效、无毒、无害的固体酸作为催化剂,并且可以分离回收重新使用,大大减少了实验的污染性。
三、开展微量、半微量实验,节约资源,减少污染
微型化学实验的主要优越性在于:由于试剂量大大减少,从而较大减少了相关辅助材料、水电的消耗,降低了实验成本。由于试剂用量大大减少,也使爆炸、燃烧、中毒等事故相应减少,提高了实验的安全性;由于产生的"三废"很少,改善了实验环境条件,减少了对环境的污染。因此,微型化学实验具有减少污染、安全、节约实验经费与时间等优点,是有机化学实验绿色化的又一重要手段。在有机化学实验的教学过程中,我们对大多数实验进行微型化探索。在保证实验结果的前提下,尝试试剂用量由常量到常量的1/2、1/3等为起始原料。实践证明,试剂减量之后与常量相比合成时间有所缩短,有更多时间用于产品处理,这样既不影响实验效果,又充分节约试剂。通过多年的教学实践,效果很好。
四、重视三废处理,创建绿色实验室
有机化学实验室的环境保护应该规范化、制度化。我们根据有机化学实验的特点,首先制定了有机化学绿色实验室实验规则,使学生能够有章可循。在实验室设有液体有机物回收瓶(又分为含卤原子有机物回收瓶和不含卤原子有机物回收瓶)、固体有机物回收瓶,并根据所回收有机物的特点利用蒸馏、重结晶等手段进行回收再利用。实验教师要向学生讲清实验废弃物的危害,告诫学生切忌将有毒有机物倒入水槽中和垃圾桶内,讲授"三废"(废气、废液、废渣)的科学处理方法,使学生提高认识,掌握方法。在具体实验过程中,凡涉及"三废"产生的内容,对学生进一步讲解和强调。
五、运用现代教学手段,提高有机化学实验教学效果
有机化学实验中有相当一部分化合物的性质实验,涉及试剂种类多。这类实验项目是设计好的验证性实验,对学生综合操作技能的训练不多,但学生每验证一个实验,就有大量的试剂被弃去,一方面造成极大资源浪费,另一方面,弃去的物质(包括未反应完的试剂和反应生成的新物质)大多属于环境污染物。我们采用多媒体的形式将这些实验项目展现出来,这样既有助于学生理解、掌握理论知识,又减少了"三废"污染。
六、规范学生实验操作,加强绿色化学教育
由于每次参加实验的学生人数较多,作为教师不可能对每一位学生的操作进行单独指导,因此对学生的环保教育尤其重要。在教学过程中注重向学生渗透环保意识,充分利用有机化学实验的特点进行绿色化学教育,使学生充分认识到保护环境必须要"从自我做起",从而养成良好的实验行为习惯。实验教学过程中对学生严格要求,强调实验前做好预习,并按要求写出预习报告,对实验中可能出现的问题多问几个为什么。实验时,严格按照仪器的使用规则使用,防止因实验试剂的挥发与遗漏而造成火灾、爆炸等事故,减少对空气的污染。学生在做实验时,经常有不按教师要求量取试剂的现象。因此,实验教师在实验过程中,应该强调严格按照实验规定的用量取用试剂,杜绝学生做实验时取试剂多多益善的做法,让学生明白,试剂用量不当,不但会影响实验效果,而且会造成环境污染。
(接上页)内容,而且激发了学生对电子课的兴趣,提高了学生的操作技能。
综合以上的四个方面,可以看出:语言艺术是否恰当灵活;教学目标明确与否;教学过程是否协调、和谐;教学设计是否合理。无不渗着学生对知识的期盼。正确合理的安排,无不引导着学生一步一步迈向未知的科学,这样师生合作产生极强的共鸣,使整个课堂教学获得极大成功,使其自身教学达到一个崭新的境界。
一、依照节约试剂、减少污染、提高学生学习效率的原则,重新组合实验内容
在有机化学实验教学中,为了使学生学习掌握加热、冷却、搅拌、熔沸点测定、蒸馏、分馏、减压蒸溜、水蒸气蒸馏、回馏、重结晶、过滤、萃取、洗涤、干燥、色谱法(薄层及柱色谱)等教学大纲所要求的基本实验技能,所需安排的实验项目较多,需用实验试剂数目也较多。以前我们所开设的经典的实验项目,每个实验的独立性比较强,互相关联性较弱。针对这个问题,我们对所有的实验项目内容进行了整合,整合后的实验内容具有以下特点:(1)增加实验项目的系统性。一般来说前一个实验所得产品为后续实验的原料。例如,我们将微量法熔沸点的测定实验放在合成实验的后面,所测定试剂为前面所合成的产品,如乙酸正丁酯(液体)、己二酸(固体)等。(2)增加实验内容的系统性。我们精选实验内容,将基本实验操作的学习涵盖到各个实验之中。由于有机化学实验总的学时比较少,为了让学生在尽量少的时间内学到必需的实验技能,我们将实验教学内容整合,避免重复讲授,达到每一个实验都包含一个或多个新的实验操作。由于实验项目的系统化使所有合成实验的产品得到有效的利用,从而节约了大量的试剂,降低了实验成本,更重要的是免去了回收大量产品所带来的污染、储存和处理,同时也提高了学生的学习效率。
二、取代或改革毒性比较大的传统实验项目
我们在不减少实验教学内容的基础上,逐步替代了毒害性比较大的实验项目和试剂,(1)实验项目的绿色化。几年前,有机化学实验室所开设的实验多为一些传统的实验项目,如苯乙酮的制备、苯胺的制备等。其中在苯乙酮的制备实验中所使用的苯,能导致造血系统中毒,无水三氯化铝对皮肤有刺激作用。在苯胺的制备实验中所使用的硝基苯、苯胺等有致癌作用。通过近几年的实验项目改革,我们逐步取消了这些毒性相当大的实验项目,取而代之的是一些无毒性,又包含必要的实验操作的实验项目。(2)改革实验内容,将传统实验中的某些有毒有害试剂逐步改为无毒试剂。例如,在传统的乙酸正丁酯制备实验中通常采用浓硫酸做催化剂,实验过程中会产生大量废酸。我们改用高效、无毒、无害的固体酸作为催化剂,并且可以分离回收重新使用,大大减少了实验的污染性。
三、开展微量、半微量实验,节约资源,减少污染
微型化学实验的主要优越性在于:由于试剂量大大减少,从而较大减少了相关辅助材料、水电的消耗,降低了实验成本。由于试剂用量大大减少,也使爆炸、燃烧、中毒等事故相应减少,提高了实验的安全性;由于产生的"三废"很少,改善了实验环境条件,减少了对环境的污染。因此,微型化学实验具有减少污染、安全、节约实验经费与时间等优点,是有机化学实验绿色化的又一重要手段。在有机化学实验的教学过程中,我们对大多数实验进行微型化探索。在保证实验结果的前提下,尝试试剂用量由常量到常量的1/2、1/3等为起始原料。实践证明,试剂减量之后与常量相比合成时间有所缩短,有更多时间用于产品处理,这样既不影响实验效果,又充分节约试剂。通过多年的教学实践,效果很好。
四、重视三废处理,创建绿色实验室
有机化学实验室的环境保护应该规范化、制度化。我们根据有机化学实验的特点,首先制定了有机化学绿色实验室实验规则,使学生能够有章可循。在实验室设有液体有机物回收瓶(又分为含卤原子有机物回收瓶和不含卤原子有机物回收瓶)、固体有机物回收瓶,并根据所回收有机物的特点利用蒸馏、重结晶等手段进行回收再利用。实验教师要向学生讲清实验废弃物的危害,告诫学生切忌将有毒有机物倒入水槽中和垃圾桶内,讲授"三废"(废气、废液、废渣)的科学处理方法,使学生提高认识,掌握方法。在具体实验过程中,凡涉及"三废"产生的内容,对学生进一步讲解和强调。
五、运用现代教学手段,提高有机化学实验教学效果
有机化学实验中有相当一部分化合物的性质实验,涉及试剂种类多。这类实验项目是设计好的验证性实验,对学生综合操作技能的训练不多,但学生每验证一个实验,就有大量的试剂被弃去,一方面造成极大资源浪费,另一方面,弃去的物质(包括未反应完的试剂和反应生成的新物质)大多属于环境污染物。我们采用多媒体的形式将这些实验项目展现出来,这样既有助于学生理解、掌握理论知识,又减少了"三废"污染。
六、规范学生实验操作,加强绿色化学教育
由于每次参加实验的学生人数较多,作为教师不可能对每一位学生的操作进行单独指导,因此对学生的环保教育尤其重要。在教学过程中注重向学生渗透环保意识,充分利用有机化学实验的特点进行绿色化学教育,使学生充分认识到保护环境必须要"从自我做起",从而养成良好的实验行为习惯。实验教学过程中对学生严格要求,强调实验前做好预习,并按要求写出预习报告,对实验中可能出现的问题多问几个为什么。实验时,严格按照仪器的使用规则使用,防止因实验试剂的挥发与遗漏而造成火灾、爆炸等事故,减少对空气的污染。学生在做实验时,经常有不按教师要求量取试剂的现象。因此,实验教师在实验过程中,应该强调严格按照实验规定的用量取用试剂,杜绝学生做实验时取试剂多多益善的做法,让学生明白,试剂用量不当,不但会影响实验效果,而且会造成环境污染。
(接上页)内容,而且激发了学生对电子课的兴趣,提高了学生的操作技能。
综合以上的四个方面,可以看出:语言艺术是否恰当灵活;教学目标明确与否;教学过程是否协调、和谐;教学设计是否合理。无不渗着学生对知识的期盼。正确合理的安排,无不引导着学生一步一步迈向未知的科学,这样师生合作产生极强的共鸣,使整个课堂教学获得极大成功,使其自身教学达到一个崭新的境界。