绿色化学教学探索与实践Word文档下载推荐.docx
《绿色化学教学探索与实践Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《绿色化学教学探索与实践Word文档下载推荐.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1999年,根据国家基金委的部署，第十六次九华科学论坛在北京召开，从科学发展和国家长远需求的战略高度对绿色化学的基本科学问题进行了充分的研讨和论证，进一步提出绿色化学教学应得到教育界的普遍重视。
如何把绿色化学融合于化学系列课程教学内容和课程体系改革中，使绿色化学成为21世纪化学教学的重要组成部分，促进大学化学教学绿色化，对化学教育工作者来说是一个崭新的课题。
鉴于绿色化学对人类可持续发展、环境保护等重要领域有重要的深刻意义。
在教学实践中，化学与环境科学系教师不断探索绿色化学实验教学理念，1993年率先在无机化学实验教学中进行了实验微型化的实践探索并获得成功，之后其他实验室全面开展了实验室绿色化的教学实践。
二、实施过程及进展
我们在实验过程中，充分体现了绿色化学的理念，在不同项目上展开绿色化实验教学工作。
（一）Reduction——减量
1.性质实验的微型化
微型化学实验，英文名称microscalechemicalexperiment或microscalelaboratory，简写为ML，是由美国Mayo博士于80年代初提出，其特点是实验药品微量化及实验仪器微型化。
优点是减少试剂用量，降低实验费用；
降低实验排废量，减少环境污染；
缩短实验时间、且安全可靠。
我们的微型化学实验探索1993首先从基础无机化学实验开始，基础无机化学实验中气体的制备与性质试验一直占有相当大的比例,很多都是有毒气体（如Cl2，HCl，HBr，H2S，NO2，NH3，CO，SO2等），排入环境会导致环境污染，即使在通风设备良好的实验室对实验者也会造成一定的伤害。
再加之实验过程中，存在易燃、易爆、腐蚀性化学试剂等安全隐患，往往还会给教师和学生造成心理压力。
我们微型化的改革尝试。
在国内同等院校中开展较早，在河北省内属首创。
我们首先把常规实验中“氯气、次氯酸钠、氯酸钾的制备和性质实验”的全部内容和“硫”、“氮”的部分内容实行了微型化改革。
无机化学的第二学期实验内容主要为性质实验，一般在试管中完成，液体用量大多为2mL—3mL，甚至更多，药品用量大，废液处理工作量也很大。
于是，我们把微型实验引入其中。
学生把实验改在白瓷板、井穴板、玻璃板或塑料片上，用几滴药品即可完成实验。
随着微型实验研究的深入，从单纯的性质验证发展为理论探讨性实验,如反应速率和活化能测定实验。
反应速率和活化能测定实验，在现行的高等无机化学实验和基础化学实验教材中都是用过二硫酸铵和碘化钾的反应，实验现象明显，但试剂用量大。
我们在实际教学中，减少药品用量为常规剂量的十分之一，用微型注射器量取液体，反应器改为微型容量瓶进行实验，并进一步把指示剂淀粉的用量降低到1滴，微型化测定过二硫酸铵与碘化钾的反应速率和活化能，实验效果令人满意，实验的重现性很高，提高了实验的准确度。
2.合成实验的减量与微型化
有机合成实验我们在一步合成实验中采取试剂用量减半的操作方法，这样既不会对实验结果及实验现象的观察造成大的影响,同时又能够减少实验造成的污染程度，还能满足教学目标。
过去，多数有机合成实验为常量合成实验，试剂平均使用量约15-25g（ml）再加上相应的反应溶剂，每年每名学生要消耗多达1Kg,选用小量-半微量实验，由于试剂用量的减少，废液废气的产生也少，实验三废处理基本得到解决。
实践证明，微型化后的实验有以下几方面的优点：
（1）药品用量大大减少，有毒气体的排放量大大减少，同时节约了大量实验经费。
以氯气及其性质实验为例，实验向200名学生开出（100组）。
微型实验药品消耗经费仅为常规实验的3.7%，且微型仪器相对常规仪器也便宜，这也节省了不少经费。
主要药品用量与价格对比如下表
MnO2
HCl（浓）
KOH
NaOH
质量/g
金额/元
体积/ml
微型实验
50
2.5
200
2.4
15
0.3
6
0.07
常规实验
1500
75
4000
48
450
9
180
2.16
估价比值
3.3%
5%
（2）反应时间短，污染小。
气体的制备、收集、性质、尾气吸收用胶管连接成套，气体不易泄漏，污染减小，反应时间大大缩短。
氯气及其性质实验，从实验开始的5min之内即可完成，且一个班的学生同时进行，氯气泄漏很少，实验内容基本能顺利完成。
而SO2的制备及性质实验只需1min。
NH3制备和性质实验在2min内即可完成。
（3）实验现象明显，实验效果好。
不管是制备还是性质实验，实验现象明显，效果很好。
（4）可以提供更多知识信息。
如氯气及其性质实验中，涉及氯气的发生、收集、氯气在冷热碱中歧化、氯气与溴化钾和碘化钾反应、氯气的漂白及氯气的吸收等反应和性质，制备成功率较高，信息量大，效果好。
（5）能很好的完成教学任务。
改进后的微型实验，达到了观察事实，验证理论和方法的目的，同时，由于仪器微小，药品用量少，更要求学生操作准确，观察仔细，合作默契。
有利于培养学生严谨的工作作风、娴熟的实验技能及团队意识，更有利于培养学生的环保意识。
（6）增强学生创新能力提高动手能力。
在微型实验中，通过新想法、新思维、新手段和新成果的不断涌现，增强了学生的创新意识，提高了动手能力。
在实验微型化过程中，通过实践研究也发现一些问题，如：
微型实验在加热（井穴板可水浴加热）、过滤、萃取等操作方面不方便；
实验条件控制的精确度不够；
定量的难度和误差大；
可视范围小，不利于中学化学的演示实验等问题。
而且微型化实验所用仪器装置和操作方法都与常量实验有较大差别,某些实验中甚至是完全不同的,所以微型实验和常规实验应同时存在，互相弥补。
学生们在实验微型化的不断设计、实验、改进、完善的过程中，环保意识得到增强，探究理念逐渐形成，创新能力得到提高，并能把这种创新理念应用于后续课程的学习中。
（二）Reuse——循环
1.多步合成反应循环
一步合成实验是以训练学生基本操作技能为主的实验项目,实验结束后,最终产物多数为废弃物,不进行合理利用,将对环境造成极大危害。
我们把一步合成实验的产品作为后一步合成的原料来实现学生的实验产品的循环综合利用,提高原子经济性。
这种实验教学方法不仅能渗透绿色化学教育的思想,而且也能较好地检查学生的操作技能和实验教学效果,由于实验原料由学生自己合成,更增加了他们的学习兴趣,可谓一举而多得。
一个合成实验的产品用于下一个合成实验的原料，这样做不仅减少药品经费的开支,又可避免对环境所带来的负面影响,同时增强了学生的实验综合能力。
例如,选择乙酸乙酯和乙酰乙酸乙酯的制备两个实验,其中制备的乙酸乙酯用作制备乙酰乙酸乙酯的原料。
乙酰苯胺、对硝基苯胺、对位红的制备三个实验连续进行，制备的乙酰苯胺做为合成对硝基苯胺的原料，而对硝基苯胺又做为合成对位红的原料。
2.有机废弃物的循环利用
有机实验中常用的一些溶剂甲醇、乙醚、乙醇、丙酮、四氯化碳等,用完后如果随意倒掉,一方面会造成药品的浪费,另一方面还会造成对环境的污染。
实验过程中师生对这些有机废弃物进行了循环利用的探索。
例如液相色谱实验用甲醇-水做流动相，每年需要消耗大量高纯度甲醇，虽然液相色谱用甲醇哪怕引入微量杂质都不能再用，我们尝试把甲醇水溶液用于化工的精馏实验，精馏产物又用于做有机实验的溶剂。
（三）Recycling——回收
1、废液集中处理
对于实验后的废液，尤其是一些有毒的重金属离子废液，师生养成了集中处理的习惯，避免了废液流入下水道污染地下水，达到了绿色实验的效果。
如含汞的废液我们采用硫化物共沉淀法，将含汞盐废液加过量的Na2S生成HgS沉淀，再用FeSO4，与过量的S2-生成FeS沉淀。
使废液中含汞量可降至容许排放的浓度。
2、以废治废绿色排放
试验中我们尝试废物的利用，以废治废，节约费用，降低环境污染。
如银量法测定食盐中氯离子含量所用的铬酸钾指示剂，重铬酸钾法测定铁矿石中铁的标准溶液重铬酸钾均含有致癌的Cr（Ⅵ），如果将其直接排入水体，将会造成环境污染。
我们启发学生“以废治废”，利用所学的氧化还原知识，将废酸、废铁钉、铁片、铁丝等与含铬废液混合放置数日，在酸性条件下Cr（Ⅵ）被还原为Cr（Ⅲ），废液由黄色转变为灰绿色，然后加入消石灰使Cr3+转化为低毒的Cr（OH）3沉淀，分离沉淀，达标后排放废液。
（四）Regeneration——再生
1.贵金属的提取再生
从废液、废渣中回收贵金属是一件非常有意义的工作，不仅能变废为宝，还能减轻对环境的污染，同时也锻炼了学生设计实验，解决实际问题的能力。
为此，我们实施了方案设计教学活动，实验前布置学生自己查找相关的资料，设计实验方案，列出实验步骤。
通过方案设计教学将理论和实验有机地结合了起来，改变了以往重理论轻实践，眼高手低，照方抓药的不良学习风气。
实验室含银废液如按常规排放办法，即浪费又污染，经过集思广益我们设计了“实验室含银废液的回收利用”实验方案，从含Ag+废液得到硝酸银。
当大家得到了自己期望的硝酸银产品后，欣喜之情溢于言表，实验的废弃物变成了可利用的宝贝，既节约了贵金属药品又对以前的知识进行了综合提高，也品尝了变废为宝的乐趣2.陈化试剂的再生
我们安排过一个实验，就是把陈放的苯胺用水蒸气蒸馏，得到较纯的苯胺用于其它实验中。
2.配位滴定法实验中含Bi3+和Pb2+废液的再生。
以配位连续滴定法测定混合液中Bi3+和Pb2+的含量是无机及分析化学教学的一个重要实验,供学生测定的混合试液几乎都是由分析纯的硝酸盐配制。
众所周知,可溶性铅盐对人体危害极大,是6种剧毒金属元素之一;
铋只占地壳重量的2×
10-5%,资源稀少,价格较贵。
含Bi3+和Pb2+的废液如不回收,既污染环境又浪费资源。
若以硫化钠为沉淀剂处理废液则Bi3+和Pb2+的EDTA配合物均可转化为硫化物沉淀的形式回收。
继而用稀硝酸加以溶解,并通过硝酸用量的控制,使再生后试液的酸度恰为滴定所需的pH,则可供学生实验反复使用。
（五）Rejection——拒用
1.在设计性试验中选用低毒物质
教师给出实验题目,要求学生查阅相关资料,按照绿色化学的原则设计并提交实验方案,然后教师把学生提交的方案进行归类,再安排一次讨论课,讨论实验方案的可行性,制订出行之有效的实验方案,选择最佳的合成路线,得出符合绿色化学要求的、可行性强的实验方案,从而培养学生的“绿色化”意识。
例如,要求学生查阅资料,设计大豆或花生中粗脂肪提取及肥皂制备，在提取工艺上有压榨、溶出两种，显然在我们实验室中压榨方式不易实现，采取溶出方法在溶剂的选择使用上有多种选择可进行比较，我们选择低毒的溶剂做为溶出溶剂，虽然可能产率低些但既节约又环保。
2.改进实验方法选用绿色化学试剂
尽量选用无毒无害的试剂，这样可最大限度地减少甚至避免实验过程中产生的污染。
有机化学实验基本操作训练所主要涉及熔点测定、蒸馏、折光率测定、重结晶、水蒸气蒸馏等，教材上指定的试剂都是萘、苯甲酸、甲醇、苯甲醛、呋喃甲醛、苯胺等有机化合物，这些试剂都有不同程度的毒性、而且有的气味很难闻。
基本操作实验的目的主要是训练学生的操作技能、使学生熟悉各种操作的应用范围，为此，设计改进实验试剂，以无毒试剂、毒性较小的试剂或合成实验的粗产品做基本操作训练的原料。
比如蒸馏实验用水代替乙醇或者甲苯，效果也非常好。
（六）生活化的化学
选用常见物品或废弃物进行化学实验有机合成：
虾皮蟹壳提取甲壳素、玉米芯为原料合成糠醛。
在中学化学实验研究中，我们利用生活中的物品和废弃物设计了“实验探究——哪种物质催化H2O2分解制氧气效果最好”、“探究污渍爆炸盐（氧系彩漂剂）溶液的主要成分”、“自制水电解器探究水的组成”、“鉴别真假葡萄酒”、“寻找理想的天然酸碱指示剂”等实验，转变了学生的观念，开拓了学生实验探究式教学设计的思路。
如寻找理想的天然酸碱指示剂：
许多植物的花、果、茎、叶中都含有花青素,花青素在酸性溶液或碱性溶液里显示不同的颜色,因此，利用植物汁液颜色的变化；
可以测定溶液的酸碱性。
思考与设计你身边的植物的花、茎、叶、根、皮等，例如：
月季花、牵牛花、石榴花、美人蕉花、棉花、紫甘蓝、红心萝卜、紫葡萄皮、黑豆皮……等。
遇酸、碱是否也能变色？
哪些可以做为酸碱指示剂？
可以用自己实验选择出的天然指示剂检验厨房、洗漱间一些物质溶液的酸碱性。
自制水电解器探究水的组成：
利用身边的废旧物品，小组合作自制水电解器，探究水的组成。
实验材料是两只大铁钉（用作电极）、一个饮料瓶、橡皮塞、两只小试管、铜导线、学生电源（或用六节一号电池、或用6V废手机充电器代替）、两个五角的铜币、线绳，稀氢氧化钠溶液（8%）或碳酸钠溶液。
（七）学生绿色环保活动
化学与环境科学系进行的绿色化学教学探索与实践，其理念已由实验室扩展、延伸到了很多社会层面，学生组成了“绿联”，组织开展绿色环保公益活动和实践探究活动。
多次组织学生利用寒暑假回乡开展生态调研，撰写调研报告，组织学生采集家乡土样、水样回校检测，学用结合，把课堂引入社会。
组织学生开展科学发展创新思维训练，在调研和查阅资料的基础上，引导学生对有悖科学发展、绿色生活的现象进行分析，激发学生奇思妙想和创新思维，并把优秀的创新成果编辑成册，进行交流。
多年来，坚持组织学生深入街道社区以及居民住宅进行科普宣传，义务进行居室空气甲醛测定、废旧电池回收等活动，使环保理念深入人心；
多次参加全市绿色环保和“地球日”纪念活动和科普月活动，在提高自身专业素质的同时，为在全社会倡导绿色理念贡献一份力量。
绿联社团多次荣获市级和校级先进社团称号。
三、成果
（一）教改教研成果
从1993年微型实验教学改革开始，经过多年的探究与实践，但绿色化学理念已经深深扎下了根，在教学和管理中始终贯穿绿色化学理念，形成了我们的特色和传统。
通过一系列的绿色化学教学改革和活动，在绿色化学研究与实践中形成了系列成果，发表多篇有价值的论文，并获河北省优秀教学成果二等奖和三等奖等奖项，学生的绿色化学理念也得到提升，对全社会绿色化学、环境保护起到了推动作用。
目前老师们正在编写《绿色化学实验设计与实践》、《生活中的绿色化学》、《奇思妙想拯救地球》等系列教材和读物。
2011年11月1日，《科学时报》以“沧州师院绿色化学教育显成效”进行了报道，2011年11月12日，《河北科技报》以“沧州师范学院绿色化学实验实现零污染”为题进行了报道。
1、论文
（1）王新中，赵新华．基础无机化学实验微型化的探讨[J]．河北师范大学学报，1995.4
（2）张洪香，崔维真．浅谈基础无机化学微型实验[J]．内蒙古民族师院学报，1996.12
（3）张洪香，崔维真．浅谈化学实验教学对学生实践能力和创新能力的培养[J]．沧州师范专科学校学报，2002.3
（4）王新中．绿色化学与微型化学实验[J]．邯郸师范专科学校学报，2002.03
（5）崔维真,叶霞,刘长霞等．微型化学实验与学生探究能力培养[J]．沧州师范专科学校学报，2009.3
（6）田云奎,崔维真．化学发光实验3例[J]．内蒙古民族大学学报，2009.4
（7）崔维真,郭琳琳，张洪香等．化学反应速度和活化能测定实验的微型化[J]．武汉工程大学学报，2011.7
（8）田云奎,于化江，崔维真．微型与常规滴定法结合应用于水的总硬度测定[J]．武汉工程大学学报，2011.7
（9）刘树恒，刘长霞，周立梅．设计创新型综合化学实验教学的尝试[J]．沧州师范专科学校学报，2009.2
（10）刘忠才．有机化学实验微量半微量化改革[J]．沧州师范专科学校学，2002.3
（11）王瑜,杨惠芳.在分析化学实验教学中实施绿色化学教育[J]．沧州师范专科学校学报，2005.1
（12）王立霞,王瑜.实验废弃物的回收利用与分析化学实验的绿色化[J]．沧州师范专科学校学报，2006.3
（13）戚月明．面向21世纪有机化学实验的改革和实践[J]．沧州师范专科学校学报，1999.3
（14）刘忠才．关于高校绿色化实验室的探索[J]．中国校外教育，2010.8
（15）张翠华,王建利,范小振,孙继国.产学研结合共同发展河北省绿色农药产业[J]．河北化工，2006.3
（16）崔晓丽，范小振．污染废水的电化学处理[J]．河北化工，1999.3
（17）范小振，张翠华，叶霞．大学生环境意识调查与分析[J]．沧州师范专科学校学报，7007.4
（18）范小振，张翠华，李秀荣，叶霞．中学教师环境教育现状调查与分析[J]．教育实践与探索,2008.5
（19）范小振，张翠华，李秀荣，叶霞．大学生环境教育实践与探索[J]．职业时空，2008.6
（20）张翠华，范小振．教师教育课程体系中增加环境教育的重要性[J]．东北师大学报，2006
（21）刘伟，王立霞等．氯气性质演示实验的绿色化设计[J]．沧州师范专科学校学报，2008.2
2、获奖
（1）基础无机化学实验微型化的探讨，河北省优秀教学成果二等奖，1997.10
（2）中学化学教学论课程改革研究，河北省优秀教学成果三等奖，2008.9
（3）大学生环境意识调查与分析，河北省教育厅、河北省高等教育学会第十一届优秀高等教育科研成果二等奖，2008.8
（4）大学生环境教育实践与探索，河北省教育厅、河北省高等教育学会第十二届优秀高等教育科研成果二等奖，2010.8
（5）多用化学实验盘，中国发明协会，首届全国教育工作者发明与科教制作二等奖，2000．7
（6）胶塞打孔固定夹，中国发明协会，首届全国教育工作者发明与科教制作二等奖，2000．7
（7）绿联环保社会实践小分队获沧州市大学生暑期社会实践活动先进小分队，受团市委表彰，2006年
（8）绿联被学校评为青年志愿者先进集体，受学校团委表彰，2008年
3、课题
（1）张翠华，范小振，叶霞．高等师范院校环境教育课程研究，中国教育学会立项，2005.12，2007年结项
（2）范小振，张翠华，李秀荣．高等师范院校增设环境教育课程教学实验研究，河北省高等教育教改课题，2006年4月立项，2009年9月结项
（3）高政，范小振，无机类化学实验绿色化研究，河北省高等教育教改课题，2010年6月立项
（二）培养了学生的创新能力
在绿色化学探索与实践中，改变了学生的培养模式，提升了学生的科学素质，增强了探索与发现的意识和主动设计、组织的能力。
实验中很多方案是学生自己设计的，简单仪器设备也是学生自己制作的，学生们在绿色化实验的不断设计、实验、改进、完善的过程中，新想法、新手段和新成果不断涌现，探究理念逐渐形成，创新能力和动手能力得到提高，并能把这种创新理念应用于今后学习和工作中。
（三）增加了“绿色化学理念”的社会影响
绿色化学理念作为可持续发展素质的重要组成部分是当代大学生应具备的基本素质。
只有具备较强绿色化学理念和环境保护意识,才能适应社会和经济发展的需要。
师范院校是培养人民教师的摇篮,它们承担着造就新一代教育工作者的重任。
在我们的日常教学和各级各类教师培训中，把绿色化学实践深入到教学中，学生毕业后就可以在自己的教学中把这种绿色化学的理念和探究精神带到中小学和社会中，对中小学绿色化学实验的普及起到了极大的推动作用，就像成百上千颗绿色化学的种子播撒到了中小学，推动了中小学绿色化学的发展，更是对全社会绿色意识、环保意识和可持续发展意识的提高做出了贡献。
我们的绿色化学工作，科学时报以“沧州师院绿色化学教育显成效”为题在2011年11月1日B2版进行了报道，河北科技报也在2011年11月12日以“沧州师范学院绿色化学实验实现零污染”为题进行了报道。
我们在国培农村化学培训班把绿色化学作为特色课程进行教学，学员们带回各自学校广泛开展，并把实验图片上传到网上推广，取得了很大的社会效果。
升级会员 