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綠色化分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討論文
高職化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)展開的教學(xué)，但由于化學(xué)實(shí)驗(yàn)是通過物質(zhì)反應(yīng)完成的，因此勢必會(huì)對環(huán)境造成一定的危害，由此化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化觀念被提出，而這也成為減少化學(xué)有害產(chǎn)物、降低環(huán)境污染破壞的本質(zhì)方法，因此在未來的高職化學(xué)教學(xué)中，教師要轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，注重綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施，這不僅是對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一種響應(yīng)，也可以從本質(zhì)上幫助學(xué)生形成綠色化學(xué)思維。
1.綠色化學(xué)理念與發(fā)展
綠色化學(xué)又被稱之為環(huán)境友好化學(xué)，通過名稱定義就可以發(fā)現(xiàn)，綠色化學(xué)是為了環(huán)境改善而存在的，它在思想上反思了傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的缺失，同時(shí)也吸收了多種新型技術(shù)，如生物技術(shù)、材料技術(shù)以及信息理論等，由此可以看出，綠色化學(xué)是新興但卻綜合交叉的學(xué)科理念。從本意上分析，綠色化學(xué)的核心是從資源重復(fù)利用角度對傳統(tǒng)化學(xué)工藝的改革，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境資源的可持續(xù)發(fā)展，在眾多綠色化學(xué)理念之中，原子利用率與綠色化學(xué)十二原則被認(rèn)為是化學(xué)最核心本質(zhì)的思想，首先原子利用率，也被稱之為原子經(jīng)濟(jì)性，以倡導(dǎo)原子控制為依據(jù)，進(jìn)而減少化學(xué)反應(yīng)中目標(biāo)產(chǎn)物質(zhì)量與廢棄物質(zhì)量，從而保障反應(yīng)物質(zhì)原料最大限度的進(jìn)入到生產(chǎn)物原料之中，極大地提高原子的經(jīng)濟(jì)性。其次，綠色化學(xué)十二原則，在此項(xiàng)原則之中，以預(yù)防化學(xué)廢棄物產(chǎn)生為主，通過合理的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，使化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)物更加安全無害，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中，提倡使用催化劑，進(jìn)而通過加快化學(xué)反應(yīng)速率，來減少實(shí)驗(yàn)過程的危害性。
2.綠色化分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究
(1)更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，注重綠色環(huán)保教育
若想從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，首先，教師要從自身的觀念入手，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的更新。在傳統(tǒng)的高職化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，主要是以化學(xué)試劑為原料，以驗(yàn)證化學(xué)實(shí)驗(yàn)理論為教學(xué)內(nèi)容，從而提升學(xué)生的操作技能，加深化學(xué)知識認(rèn)知，由此可以看出在以往的教學(xué)中，并沒有關(guān)注綠色化學(xué)這一概念，只是以知識傳授為主要目的。為此隨著教學(xué)改革的不斷深入，提出了學(xué)生雙基能力的培養(yǎng)以及以人為本的教學(xué)理念，為此教師也應(yīng)該從教學(xué)改革創(chuàng)導(dǎo)出發(fā)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以學(xué)生為主，減少實(shí)驗(yàn)過程中有毒有害物質(zhì)對學(xué)生身體的傷害，將綠色化學(xué)理念與以人為本的教學(xué)理念應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，構(gòu)建綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂。其次，在教學(xué)過程中，綠色化學(xué)理念不只是要落實(shí)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中，還應(yīng)該注重對學(xué)生的綠色教育，強(qiáng)化學(xué)生環(huán)保意識，具體而言，筆者認(rèn)為可以從以下三個(gè)方面做起，首先，在教學(xué)過程中，注重環(huán)保知識的滲透，將生態(tài)平衡、臭氧空洞、溫室效應(yīng)以及三廢污染等和一些著名的環(huán)境破壞事件，以圖片或者媒體課件的形式展示給學(xué)生，讓學(xué)生從心理認(rèn)可綠色化學(xué)，樹立環(huán)境保護(hù)意識，將綠色化學(xué)概念融入到實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中。其次，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師要注重尋找一些有毒試劑的代替品，并且引導(dǎo)學(xué)生研究無污染實(shí)驗(yàn)裝置以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在提升學(xué)生環(huán)保意識的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。最后，高職院校內(nèi)，可以開設(shè)相關(guān)的化工環(huán)境保護(hù)概論選修課程，讓學(xué)生在業(yè)余時(shí)間中可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)綠色化學(xué)理念，強(qiáng)化學(xué)生的綠色化學(xué)意識，進(jìn)而讓學(xué)生將這種綠色化學(xué)意識帶入到今后的工作以及化工生產(chǎn)過程中，無論是對于學(xué)生自身，還是我國的工業(yè)建設(shè)發(fā)展都是具有重要意義。
(2)做好三廢處理，減少環(huán)境污染
在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中試劑完全反應(yīng)結(jié)束后，會(huì)生產(chǎn)一定的廢氣、廢水、廢渣，這些實(shí)驗(yàn)殘留的物質(zhì)將成為破壞環(huán)境主要的污染源，被稱之為實(shí)驗(yàn)“三廢”。在綠色化學(xué)理念下，做好三廢處理十分重要。首先，實(shí)驗(yàn)廢氣就是指在實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的有害氣體，這些氣體人吸入會(huì)造成一定的危害，因此在進(jìn)行試驗(yàn)研究時(shí)，主要是以“扇聞”的方式進(jìn)行觀察，如氨氣就是一種典型的廢氣，但在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，這些氣體仍然會(huì)有部分殘留，并且還會(huì)彌散在空氣之中，從而對人身體造成危害，因此必須要進(jìn)行嚴(yán)格的廢氣處理。其次，廢水就是指在實(shí)驗(yàn)過程中，產(chǎn)生的有機(jī)溶劑、廢酸溶液以及廢堿溶液等，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生對這些溶液分開收集，并有針對性的進(jìn)行處理。以廢酸溶液和廢堿溶液為例，在進(jìn)行處理時(shí)，可以采用酸堿中和的方式，通過溶液之間的調(diào)和，將廢液PH值控制在6.5～8.5之間，然后在進(jìn)行排放，這樣就不會(huì)對下水管道以及水源造成危害。最后，廢渣就是指在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的一些固體有害物質(zhì)，對于這些廢渣最好的處理方式就是回收并進(jìn)行二次利用。在這里筆者以“硬水軟化”實(shí)驗(yàn)為例，在實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)產(chǎn)生樹脂廢渣，但若是將這種廢渣浸泡在濃度為1mol/L的HCl溶液中，廢渣就可以二次利用成為日后實(shí)驗(yàn)中的原料，而這無疑是符合綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)概念的。除了以上的處理措施外，針對三廢環(huán)境污染，最本質(zhì)的一種方法，就是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程污染物零排放，而這也是綠色化學(xué)理念的核心。具體來說，在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)做好相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)污染主控點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)置優(yōu)化，對實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)試劑以及實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行控制選擇，從而實(shí)現(xiàn)零污染、零排放的目的。為此在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以從地方能源開發(fā)以及學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)出發(fā)，在實(shí)驗(yàn)過程中為學(xué)生滲透綠色化學(xué)理念，從而改變以往的教學(xué)模式，注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與資源開發(fā)利用之間的結(jié)合。在教學(xué)過程中篩選出兩個(gè)獨(dú)立的教學(xué)板塊，第一的板塊以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)為主，第二板塊以綜合性實(shí)驗(yàn)為主。在教學(xué)過程中，所選用的實(shí)驗(yàn)材料都是無毒或者低毒的材料，然后將一些毒性大、污染強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)匯集成合成實(shí)驗(yàn)，如指示劑合成實(shí)驗(yàn)，減少采用笨、溴、氨磺酸等有害試劑使用。同時(shí)注重新型綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，如綠原酸超聲提取分離、白云石制備超細(xì)碳酸鈣、單寧酸沉淀法提取煙堿以及相色譜等，通過這些同等教學(xué)目的綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綄?shí)施，代替原有有害有毒實(shí)驗(yàn)操作，不但可以從本質(zhì)上減少三廢污染實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生，還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與綠色化學(xué)意識，對于學(xué)生日后的工作發(fā)展都具有重要促進(jìn)作用。
(3)減少試驗(yàn)試劑用量，開展化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)
在高職化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展的目的就是讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，從而認(rèn)識化學(xué)原理本質(zhì)。因此，在實(shí)驗(yàn)過程中只要能夠起到觀察效果即可，與實(shí)驗(yàn)試劑的用量無關(guān)。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中，很多實(shí)驗(yàn)試劑具有一定的致癌性和腐蝕性，大量的實(shí)驗(yàn)試劑反而會(huì)對人的身體造成一定的損害，因此在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中，減少實(shí)驗(yàn)試劑用量，開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)十分重要。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)被譽(yù)為二十世紀(jì)末期的化學(xué)實(shí)驗(yàn)革命，也是現(xiàn)下綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重要組成部分。其以減少實(shí)驗(yàn)試劑用量為主要目的，但卻可以獲取同樣的化學(xué)信息，在這個(gè)過程中，由于投入的化學(xué)試劑用量減少了，因此產(chǎn)生三廢的可能就會(huì)降低，這樣就可以實(shí)現(xiàn)控制環(huán)境污染，節(jié)約材料成本的目的。通常情況下，采用微型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)耗材和實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)可以降低成本費(fèi)用一半以上，同時(shí)在具體實(shí)驗(yàn)時(shí)間中，也可以縮短原有實(shí)驗(yàn)時(shí)間的30％～40％左右。另外，微型實(shí)驗(yàn)充分的利用了實(shí)驗(yàn)資源，并且結(jié)果表征都是采用精密的儀器進(jìn)行操作，這可以使觀察效果更加突出。例如在進(jìn)行“乙二酸制備”以及“乙酰苯胺制備”過程中，都可以采用微型實(shí)驗(yàn)，且在實(shí)驗(yàn)過程中使用的試劑用量僅為原有實(shí)驗(yàn)試劑用量的10％～20％左右，這無疑也是綠色化學(xué)理念的一種體現(xiàn)。(4)改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，實(shí)施網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)隨著近些年網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，在進(jìn)行高職化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)模擬與仿真實(shí)驗(yàn)代替原有的實(shí)驗(yàn)操作，可以從本質(zhì)上減少環(huán)境污染問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有以下三點(diǎn)好處，首先，可以降低實(shí)驗(yàn)成本，減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備投入。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，是不需要使用任何實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)器材的，對于教師而言，減少實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也降低了實(shí)驗(yàn)成本，尤其是在現(xiàn)下的高職化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，課堂教學(xué)以大課為主，實(shí)驗(yàn)開展困難，網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為教學(xué)創(chuàng)造了便利性，同時(shí)也降低了實(shí)驗(yàn)污染物的產(chǎn)生。其次，實(shí)施網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為教學(xué)時(shí)間提供了充足的保障。在現(xiàn)下的高職院校之中，總學(xué)時(shí)通常情況為400個(gè)學(xué)時(shí)左右，但在教學(xué)中具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有90個(gè)左右，而這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括基礎(chǔ)操作實(shí)驗(yàn)、化學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)等，在教學(xué)過程中呈現(xiàn)出了嚴(yán)重的學(xué)時(shí)不足現(xiàn)象，這就影響了正常教學(xué)，網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為課堂節(jié)約了更多的時(shí)間，有助于教學(xué)效率提升。最后，網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)有助于提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)知識點(diǎn)以及操作要點(diǎn)，編制在相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件之中，通過人機(jī)對話的方式進(jìn)行播放，并且可以反復(fù)的進(jìn)行練習(xí)操作，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象千變?nèi)f化，并且自帶一定的游戲性和趣味性，這樣既減少了化學(xué)實(shí)驗(yàn)污染的危害性，又提升了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)興趣，為此在教學(xué)中，教師應(yīng)注重對網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)施應(yīng)用，而這也是對綠色化學(xué)概念的一種倡導(dǎo)。
3.總結(jié)
綜上所述，高職化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以有效的培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和觀察能力，繼而加深學(xué)生的化學(xué)原理認(rèn)知，而將綠色化學(xué)理念應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，不僅可以提升學(xué)生的化學(xué)素質(zhì)，還可以讓學(xué)生將這種綠色思想帶入到工作中。因此，未來的教學(xué)中教師要注重對綠色化分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究。
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