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淺論結合示范中心建設探索有機化學實驗教學改革論文
1引言
有機化學是一門實驗性很強的科學，在高�；瘜W、應用化學、制藥工程、化學工程與工藝、藥學等專業(yè)的教學中，有機化學實驗占有十分重要的地位。教育部化學專業(yè)指導委員會提出參考學時數(shù)為每門實驗課的學時與相對應的理論課學時之比為（1.1～1.2）∶1，并要求化學實驗課獨立設課。著名化學教育家戴安邦教授生前曾指出：“全面的化學教育要求化學教學不僅傳授化學知識和技術，更訓練科學方法和思維，還培養(yǎng)科學品德和精神”。實驗教學的目的是培養(yǎng)學生實踐能力、分析問題與解決問題的能力和創(chuàng)新能力。然而，由于有機化學實驗內(nèi)容和教學形式的局限性，嚴重影響了學生對有機化學教育的認識和興趣；同時，其自身的特殊性也一直被認為是校園的污染專業(yè)戶。
在江蘇省高等院校化學實驗教學示范中心建設中，我院積極進行有機化學實驗課程的教學內(nèi)容和教學方式等方面的改革，堅持以教學大綱為基礎，積極引導學生樹立綠色化學的理念，從源頭上、過程中減少或消除化學藥品對環(huán)境的污染，為師生創(chuàng)造良好的學習氛圍和環(huán)境。通過實驗教學改革激發(fā)學生的學習興趣、挖掘?qū)W生的潛能、注重培養(yǎng)新時期下學生必備的“C3H3”（CleanHabit，ClearHead，CleverHands）實驗素質(zhì)，取得了較好的效果。
2傳統(tǒng)有機化學實驗存在的問題
有機化學實驗與其他化學實驗相比，有其特殊性。從江蘇等地高校實驗教學情況來看，長期以來存在的主要問題有：①實驗所用的化學原料、化學藥品、溶劑毒性大、易揮發(fā)、腐蝕性強；②化學試劑的用量比較大、反應時間長，而且產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢棄物“三廢”較多；③反應得到的產(chǎn)物、副產(chǎn)物以及所用的有機溶劑沒有循環(huán)利用，直接當做廢棄物排放。這些問題不僅污染了環(huán)境，而且浪費了資源�？梢哉f，從上世紀50年代以來，基礎有機化學實驗教學內(nèi)容從課程體系到教學形式上變動不大，期間雖然也做了一些改革的嘗試，但仍未從根本上解決問題。隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，環(huán)境污染、生態(tài)安全等問題日益突出。高�；A有機化學實驗教學過程中產(chǎn)生的少量污染排放日積月累，也將會危害到學校和周邊地區(qū)的環(huán)境。因此，如何從源頭上、過程中降低污染、節(jié)約資源、減少化學品對人體的危害是有機化學實驗課教學中遇到的迫切問題。
3有機化學實驗綠色化實施方案
3。1樹立綠色化學理念
化學化工行業(yè)提供了人類所需要的90%左右的產(chǎn)品，但傳統(tǒng)的化學反應和分離過程中大量使用易揮發(fā)的有機溶劑，同時也成為污染環(huán)境的主因。所以一提起化學，人們往往聯(lián)想到化學反應過程可能會產(chǎn)生有毒有害的氣體、液體、固體等物質(zhì)危害環(huán)境和人類。為了滿足可持續(xù)發(fā)展的要求，提出了綠色化學的概念。綠色化學（greenchemistry）又稱為環(huán)境無害化學（environmentallybenignchemistry）、環(huán)境友好化學（environmentallyfriendlychemistry）、清潔化學（cleanchemistry），是一種能最大限度從資源合理利用、環(huán)境保護、生態(tài)平衡等方面滿足人類長期可持續(xù)發(fā)展需要的化學，既充分利用資源，又不污染環(huán)境。有代表性的綠色化學技術包括：超臨界流體CO2（Supercriticalcarbondioxide）作反應介質(zhì)和產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移載體；以水為介質(zhì)的水相反應；全氟溶劑（Perfluorocarbons）—有機溶劑組成的氟兩相技術；離子液體（Ionicliquid）作溶劑/催化劑的非均相反應。其最大特點在于從源頭上預防污染的發(fā)生，實現(xiàn)過程和終端均為零排放或零污染。世界上很多國家已把“化學的綠色化”作為新世紀化學發(fā)展的主要方向之一。隨著環(huán)保意識的逐漸深入人心，我國的綠色化學研究蓬勃開展，很多綠色化學技術在化學、化工、醫(yī)藥等領域得到應用。
高校實驗教學作為推行綠色化學概念的重要環(huán)節(jié)，承擔著向大學生傳輸綠色化學理念和綠色化學技術的新任務。在基礎有機化學實驗教學中，應當積極采用適合于高等教育的新的科學研究成果，改革現(xiàn)行的有機化學實驗教學模式，努力把綠色化學的思想引入到有機化學實驗教學課堂上，成為化學教育家們的共識，是今后化學實驗教學改革的方向。目前，我院從08級基礎有機實驗開始實施某些綠色化實驗項目，并且已經(jīng)取得了良好的效果。
3。2有機實驗教學內(nèi)容的綠色化
在國家級實驗教學示范中心建設的帶動下，江蘇省于2006年成立了“江蘇省高等院校化學實驗教學示范中心主任聯(lián)席會”，在2006～2008年期間召開示范中心建設研討會，與會專家學者一致認為要提高江蘇省高校的實驗教學質(zhì)量，關鍵之一是要有一個符合江蘇省高校特點的實驗教學體系以及與之相適應的先進的教材。其中21世紀高等院�；瘜W實驗教學改革系列教材“有機化學實驗”由我院與東南大學共同負責。在教材的編寫過程中，積極倡導綠色化學的理念，按照“科學性、先進性、實用性、趣味性、綠色化”的原則選編了一些試劑毒性較小、實驗方法較為先進的實驗。由于性質(zhì)實驗對操作技能的要求不如制備實驗要求高，實踐中有一定的局限性和被動性，而且這些性質(zhì)實驗學生可從課堂中獲取相關知識，甚至有些知識已在中等教育過程中接觸過，因此，在制定有機化學實驗教學計劃表時刪除了性質(zhì)實驗，選取了基本操作實驗+有機化合物的制備實驗。
基礎有機化學實驗基本操作實驗部分主要包括回流、蒸餾、分餾、水蒸氣蒸餾、減壓蒸餾、重結晶、折光率測定、熔點測定等，所使用試劑一般為教材上指定的有機化合物，這些試劑都有不同程度的毒性，而且有的氣味很難聞。因此，新教材編寫時改進了試劑，以無毒試劑、毒性較小的試劑作為基本操作實驗的原料，如水蒸氣蒸餾采用橘皮或橙皮來代替過去常用的苯甲醛，蒸餾得到具有光學活性的檸檬烯可以作為旋光度測定的原料。經(jīng)化學化工學院08級4個班級約200位學生實驗，師生一致反映良好，整個實驗操作簡單、安全可靠，對周圍環(huán)境及人體沒有危害，實驗所用的純天然材料成本低廉。實驗室中由過去的苦杏仁氣味變成了檸檬的清香氣味，學生從過去怕做到喜歡做水蒸氣蒸餾，教學效果、環(huán)境效果均十分顯著。
3。3有機實驗實驗方案的綠色化
�。�1）減少源頭上污染。綠色化學技術的應用。四大典型的綠色技術，以水為介質(zhì)的水相反應以及離子液體作溶劑/催化劑的非均相反應，目前最有可能應用于基礎有機化學實驗中。
現(xiàn)階段在很多情況下都要用到溶劑作為反應介質(zhì)，那么用水作溶劑具有環(huán)境、經(jīng)濟雙重效益，由于水相有機反應具有普通有機反應無法替代的優(yōu)點：反應條件溫和，副反應少，對環(huán)境污染小，而且催化劑容易回收利用并保持其催化活性不變，所以水相有機反應值得引起人們的重視。
另外，溶劑并不是所有的有機反應所必需的，大量研究表明，在無溶劑的反應體系中，一些反應反而具有更高的效率和選擇性。無溶劑反應條件不僅避免了溶劑的使用，而且使反應后的處理過程變得非常簡單。如通過Biginelli反應合成二氫嘧啶酮就是一個無溶劑反應的很好的有機化學實驗。
�。�2）減少過程中污染�；A有機化學實驗課多年來一直實施常量實驗教學，這種實驗模式反應時間長、化學原材料消耗較多。但是，無論從培養(yǎng)應用型人材，還是提高學生觀察推理能力，常量反應都是不可缺少的環(huán)節(jié)。根據(jù)新編教材的要求，在實驗教學中，學生剛接觸有機化學實驗時，對于那些比較重要的基本操作實驗，如蒸餾、分餾、重結晶、減壓蒸餾、水蒸氣蒸餾等仍以常量實驗為主，而通過選用無毒、低毒的實驗原材料來實現(xiàn)有機實驗的綠色化，如分餾實驗使用水—乙醇的混合物，還有前面提到的橘子皮作為水蒸氣蒸餾的原材料等；待學生基本操作掌握了之后，所進行的有機合成類的實驗便可以小量、半微量實驗為主，以進一步提高學生有機合成訓練的綜合素質(zhì)。1年來的教學實踐證明，小量、半微量與常量實驗有機結合不僅在提高學生素質(zhì)教育、增強環(huán)保意識、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才方面起到了積極的作用，而且減少了“三廢”排放量，改善了師生的實驗環(huán)境并減少事故的發(fā)生。這方面的研究工作正處于起步階段，目前還在進一步探索中。如何進一步促進基礎有機化學實驗的綠色化、更好的利用綠色化學技術設計更多更好的綠色的有機化學實驗，對高校化學教育工作者來說仍是一個嶄新的課題，值得投入更多的精力進行研究與探索。
（3）減少實驗后的污染。設計串聯(lián)實驗以促進試劑的回收利用，減小環(huán)境污染。如環(huán)己醇脫水制備環(huán)己烯的實驗，得到的產(chǎn)品環(huán)己烯可以作為原料，用于相轉(zhuǎn)移催化二氯卡賓加成實驗中。此外，溶劑、萃取劑的循環(huán)再生利用也是減少“三廢”排放的重要環(huán)節(jié)。基礎有機實驗中常用的一些溶劑乙醚、乙醇、丙酮、氯仿等，用完后如果隨意倒掉，一方面會造成藥品的浪費；另一方面還會造成對環(huán)境的污染。因此，我們在每個基礎有機實驗室中配備了4臺旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，實驗中使用過的有機溶劑要求學生用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進行回收后加以利用。
3。4計算機輔助有機實驗教學
示范中心研制了基礎有機化學實驗指導課件，對基礎有機實驗課的計算機輔助教學作了一些有益的嘗試。以多媒體技術文字、圖像、聲音等多種表現(xiàn)手法對有機實驗內(nèi)容進行加工。對于有機化學實驗基本操作部分的實驗，利用PowerPoint和Photoshop等動畫功能來模擬組裝的儀器裝置，逐條演示如回流、蒸餾、攪拌、加熱等裝置的搭建。對于制備部分的實驗，學生不僅可以參考上述基本操作動畫模擬搭建裝置，而且還有真實的實驗錄像可供觀摩，部分實驗講義以網(wǎng)頁的形式將內(nèi)容、要點、思考題在網(wǎng)上發(fā)布，供學生下載學習。擔任基礎有機教學任務的教師正積極編制有機化學實驗教學網(wǎng)絡課程，并且正在研究如何將這些網(wǎng)絡資源更好地運用于實驗教學。通過多媒體教學能有效地提高學生的學習經(jīng)積極性和實驗課的教學效果。特別是，網(wǎng)絡實驗無化學品消耗，沒有時間地點的限制，具有環(huán)保、清潔、經(jīng)濟等特點，可以作為有機化學實驗課堂教學的一種有益互補。
3。5加強實驗廢棄物的管理
經(jīng)常對實驗教學工作的人員進行安全教育和消防器材使用的訓練，對參與實驗的學生進行有關防火、防爆、防毒、防傷害的安全培訓。示范中心各實驗分室都配備了數(shù)量充足的消防設施，還配備了應急醫(yī)藥用品，以便在出現(xiàn)緊急情況時使用。基礎有機實驗室還制訂了“三廢”回收處理制度，實驗教學樓外有專門的廢液回收地點。對實驗中產(chǎn)生的廢酸、廢堿、其它廢棄物，能回收的回收，不能回收的則統(tǒng)一集中傾倒于指定地點。
4結語
通過有機化學實驗的綠色化教學模式的實踐，達到了“夯實基礎、旨在創(chuàng)新”良好的預期效果：①較好地解決了環(huán)境污染和實驗藥品的純消耗，取得環(huán)境、經(jīng)濟雙重效益；②提高了學生的環(huán)保意識，樹立了綠色化學的理念；③改進了有機實驗教學手段，提高了有機實驗效率；④激發(fā)了學生對有機化學實驗的興趣，歷練了與時俱進的創(chuàng)新思維。
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