摘 要：化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)貫穿于化學(xué)教學(xué)的始終?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室的三廢問題不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的破壞，最重要的是對(duì)學(xué)生產(chǎn)生不良影響。本文探討了目前國內(nèi)各高校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的幾項(xiàng)措施，并舉例說明了我校在化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中所做的工作。

關(guān)鍵詞:化學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；綠色化學(xué)

一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室三廢問題的現(xiàn)狀

我國著名的化學(xué)家戴安邦先生曾說過：“化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)施全面化學(xué)教育的一種最有效的形式?！被瘜W(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)貫穿于化學(xué)教學(xué)的始終?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)觀察能力、思維能力、設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐能力、訓(xùn)練科學(xué)方法等方面，具有課堂講授等其他手段不可替代的作用?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三位一體的課程功能。

然而，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，產(chǎn)生或釋放有毒、有害的物質(zhì)不可避免地對(duì)環(huán)境造成污染。目前，大部分高校的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室都是一個(gè)環(huán)境的污染源，大量的廢水、廢氣、廢渣等未經(jīng)處理就直接排放到了下水道或散發(fā)到了大氣中。隨著高校擴(kuò)招和科研活動(dòng)的日益頻繁，高校實(shí)驗(yàn)室排放物已成為一種不容忽視的污染源，實(shí)驗(yàn)室的三廢問題不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的破壞，最重要的是對(duì)學(xué)生產(chǎn)生不良影響。

為規(guī)范和加強(qiáng)高校實(shí)驗(yàn)室排污管理，天津市教委將轉(zhuǎn)發(fā)教育部、國家環(huán)?？偩值摹蛾P(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室排污管理的通知》，將高校實(shí)驗(yàn)室納入環(huán)境監(jiān)管范圍，此外，在《天津市高校實(shí)驗(yàn)室評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)（試行）》中，也對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境安全、廢棄物的處理做了明確規(guī)定。高校培養(yǎng)的化學(xué)化工類人才，今后都將是我國化學(xué)化工行業(yè)的頂梁柱，將直接影響我國化學(xué)化工行業(yè)的發(fā)展。作為高等院?；瘜W(xué)化工專業(yè)的學(xué)生，若不具備綠色化學(xué)意識(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的各種殘?jiān)?、廢液任意處理，將既污染環(huán)境，又造成資源浪費(fèi)，違背可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)意識(shí)。

二、綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室

綠色化學(xué)（Green Chemistry）又稱環(huán)境無害化學(xué)（Environmentally Benign Chemistry）、環(huán)境友好化學(xué)（Environmentally Friendly Chemistry）或清潔化學(xué)（Clean Chemistry），是指從污染預(yù)防的基本思想出發(fā)，在化工生產(chǎn)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)始端就采用預(yù)防的科學(xué)手段，使整個(gè)過程和終端達(dá)到零排放（Zero emission）或零污染。綠色化學(xué)是研究如何從化學(xué)反應(yīng)的設(shè)計(jì)、反應(yīng)的進(jìn)行、產(chǎn)物的使用及廢棄過程中使污染減少到最小的新興科學(xué)，是一門從源頭上阻止污染的化學(xué)，被認(rèn)為是未來化學(xué)發(fā)展的方向。

建立綠色化學(xué)與化工實(shí)驗(yàn)室被認(rèn)為是解決實(shí)驗(yàn)室三廢問題的主要途徑，已成為一種必然的趨勢。進(jìn)入21世紀(jì)，國內(nèi)外建立綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的呼聲逐年提高，國內(nèi)有多所大學(xué)，如大連大學(xué)、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、二炮工程學(xué)院、浙江工業(yè)大學(xué)、四川師范學(xué)院、深圳教育學(xué)院以及沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)等，都先后建立或提出建立綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，甚至一些中學(xué)也都提出建立綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的概念。

建立綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，其根本目的是從節(jié)約資源和防治污染的觀點(diǎn)來重新審視和改革傳統(tǒng)化學(xué)與化工實(shí)驗(yàn)，采用“3R”（減量化Reduce、再利用Reuse、再循環(huán)Recycle）原則解決化學(xué)與化工實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的污染問題，目的是減少和消除對(duì)環(huán)境的污染，培養(yǎng)學(xué)生的綠色環(huán)保意識(shí)。

成立綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，將減少化學(xué)實(shí)驗(yàn)污染，與綠色化學(xué)零距離接觸，將綠色化學(xué)融合于化學(xué)課程教材改革和課堂教學(xué)改革中，使綠色化學(xué)成為化學(xué)教育的一個(gè)重要的組成部分，這是當(dāng)前化學(xué)教育面臨的一項(xiàng)嶄新課題。

三、化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施探討

如何改革化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，使其成為綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，是目前的首要任務(wù)，筆者認(rèn)為，可以從以下三個(gè)方面改革。

1.演示實(shí)驗(yàn)

演示實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)中廣為應(yīng)用，最為有效的一種教學(xué)形式，它可用于許多場合，用于化學(xué)概念、化學(xué)基本理論的教學(xué)，能為學(xué)生提供感性認(rèn)識(shí)材料。用在課的開始，可起到激發(fā)學(xué)生興趣，調(diào)動(dòng)求知欲望的積極作用；用于驗(yàn)證假說，有助于培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行推斷、作出結(jié)論、解決問題的能力；用于學(xué)生提出問題，可以考核學(xué)生觀察、記憶和運(yùn)用知識(shí)的能力；用于解答化學(xué)問題，能啟發(fā)學(xué)生解題的思路。演示實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生學(xué)到正確、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作方法和技能，受到教師良好實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度的熏陶和感染。

教師可運(yùn)用錄像、VCD和多媒體課件等手段優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，突出重點(diǎn)、突破教學(xué)難點(diǎn)。演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)使每位同學(xué)都能看清楚，對(duì)于一些現(xiàn)象細(xì)微或瞬間完成的實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)借助實(shí)物投影儀把實(shí)驗(yàn)放大，使學(xué)生看得真切；傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)遇到一些要求高、設(shè)備貴重的實(shí)驗(yàn)往往難以開出，多媒體正好可彌補(bǔ)這一缺陷。例如：(1)物質(zhì)條件受限制的化學(xué)實(shí)驗(yàn)；(2)爆炸、毒性較大且不易控制的一些危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)；(3)易出錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)，多媒體模擬一些錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)，可使學(xué)生親眼感受錯(cuò)誤操作的危險(xiǎn)性，從而避免錯(cuò)誤的發(fā)生；(4)微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)。有時(shí)通過語言描述比較困難，結(jié)構(gòu)模型的使用又不方便，而借助多媒體三維圖功能則可以有利于學(xué)生對(duì)微觀世界的理解，有利于空間想象能力的培養(yǎng)。

2.微型實(shí)驗(yàn)

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是20世紀(jì)80年代崛起、國際公認(rèn)能體現(xiàn)綠色化學(xué)理念的一種化學(xué)實(shí)驗(yàn)的新技術(shù)和新方法，其基本特征是儀器微型化和試劑用量少，具有污染少、現(xiàn)象明顯、快速、節(jié)約、安全等優(yōu)點(diǎn)。微型實(shí)驗(yàn)的開設(shè)對(duì)毒性大、藥品貴、耗量大、易燃、易爆、污染嚴(yán)重、操作復(fù)雜的化學(xué)實(shí)驗(yàn)尤為重要，它能杜絕或明顯減少實(shí)驗(yàn)過程中給環(huán)境帶來的污染，體現(xiàn)了綠色化學(xué)的原則?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)微型化是微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要組成部分，更是當(dāng)前化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)，對(duì)不斷增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手、創(chuàng)新能力，具有重要的意義。

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)相對(duì)大多數(shù)常規(guī)實(shí)驗(yàn)是有優(yōu)勢的，但是，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)也不可避免地存在著一些不足。微型實(shí)驗(yàn)由于儀器、裝置都小，實(shí)驗(yàn)的可見度低，如果不采用投影放大實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的補(bǔ)救方法，或邊講邊實(shí)驗(yàn)的方法就不宜用于演示實(shí)驗(yàn)。另外，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在攪拌、抽濾、分液、控溫實(shí)驗(yàn)操作上難度較高。

因此，在大學(xué)應(yīng)推廣微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，但這么做并不意味著要用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)取代所有的常規(guī)實(shí)驗(yàn)，而是要使兩者取長補(bǔ)短。

3.循環(huán)實(shí)驗(yàn)

“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)施清潔生產(chǎn)”是國內(nèi)外很多化學(xué)化工企業(yè)近年來的發(fā)展口號(hào)，其實(shí)在大學(xué)化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室也應(yīng)提出“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)清潔實(shí)驗(yàn)”的口號(hào)。

我校在循環(huán)實(shí)驗(yàn)方面取得了一個(gè)成功的實(shí)例。大學(xué)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)《二元液系相圖》是一個(gè)重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)使用無水乙醇和環(huán)己烷試劑，在玻璃蒸餾器中兩種試劑配成不同組成的混合物，測定混合物的沸點(diǎn)和汽液相組成，繪制出具有最低恒沸點(diǎn)的二元液系相圖。通常，每組實(shí)驗(yàn)要產(chǎn)生近200mL的乙醇-環(huán)己烷廢液，試劑費(fèi)用也較大。一直以來，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，都將廢液倒入下水道，既污染了環(huán)境，又浪費(fèi)了資源，不符合綠色化學(xué)的思想，也對(duì)學(xué)生產(chǎn)生了不好的影響。

依據(jù)學(xué)校化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀及面臨的形勢，理學(xué)院提出跨院系建立綠色化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室的設(shè)想：在理學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心與化工學(xué)院化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)室之間，開展綠色化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)改革。從節(jié)約資源、防治污染的角度，重新審視和改革傳統(tǒng)化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)，最大限度地減少實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染，培養(yǎng)學(xué)生綠色環(huán)保意識(shí)。

2005年設(shè)想一經(jīng)提出，迅速得到學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)部門大力支持，學(xué)校立即設(shè)專項(xiàng)資金用于綠色實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)?！敖⒕G色化學(xué)實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目立項(xiàng)以來，化學(xué)工程系教師與物化實(shí)驗(yàn)室老師積極配合，對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革。經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)摸索，教師們嘗試將專業(yè)實(shí)驗(yàn)之一《共沸精餾實(shí)驗(yàn)》變更為《實(shí)驗(yàn)室乙醇-環(huán)己烷廢液的分離與回收》。如今，物化實(shí)驗(yàn)室的老師們指導(dǎo)同學(xué)將實(shí)驗(yàn)廢液收集起來，送到化工實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)回收，回收后的無水乙醇、環(huán)己烷可重新用于物化實(shí)驗(yàn)。在節(jié)省化學(xué)藥品、減少實(shí)驗(yàn)開支的同時(shí)，綠色循環(huán)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)有效引導(dǎo)學(xué)生全方位樹立環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)以及綠色化學(xué)意識(shí)。目前，已有六屆物化實(shí)驗(yàn)、化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)學(xué)生參與了該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改革，實(shí)驗(yàn)改革成果已在中國輕工教育上發(fā)表。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入綠色化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展的理念，注重培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和節(jié)約資源的意識(shí)，將綠色化學(xué)理念貫穿實(shí)驗(yàn)教學(xué)始終。

《實(shí)驗(yàn)室乙醇-環(huán)己烷廢液的分離與回收》實(shí)驗(yàn)改革，化學(xué)工程系老師帶領(lǐng)學(xué)生不僅嘗試了新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還嘗試了新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式：由原來教師做好實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)準(zhǔn)備工作后學(xué)生單純機(jī)械地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生獨(dú)立查閱資料、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)和獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)。從儀器的配套選擇、安裝測試、藥品的領(lǐng)取、溶液的配制以及廢液處理等方面，實(shí)現(xiàn)學(xué)生全方位參與，極大提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和積極性。實(shí)驗(yàn)涉及萃取、蒸餾、精餾、檢測等四大環(huán)節(jié)，綜合化工原理、化工熱力學(xué)、分離工程和儀器分析等多門課程的幾種實(shí)驗(yàn)技術(shù)，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、相關(guān)知識(shí)和技能融會(huì)貫通的能力外，大大鍛煉了同學(xué)們良好的團(tuán)隊(duì)合作精神。

近年來，同學(xué)們主動(dòng)積極參與科研，踴躍參與各項(xiàng)開放性實(shí)驗(yàn)和教師的科研項(xiàng)目，并先后多人次在天津市及全國性課外科技活動(dòng)大賽上取得好成績。

總之，化學(xué)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是大學(xué)教學(xué)中一個(gè)永不褪色的題目，在大學(xué)化學(xué)教學(xué)中，我們需要不斷探索，實(shí)現(xiàn)多種實(shí)驗(yàn)方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)真正的“綠色”教學(xué)。

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注：本文為天津科技大學(xué)教育教學(xué)改革課題項(xiàng)目。