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绿色化学在分析化学教学中的渗透

发布:2010年6月25日 浏览:

  摘要:绿色化学的教育正日益受到教育界的重视.本文介绍了分析化学与环境、绿色分析化学、进行绿色化学教育的必要性.在分析化学教学中,通过课堂教学、实验内容的改进及微型化实验和现代化教育手段,渗透绿色化学的内容.提出应将绿色化学思想贯穿于分析化学教育全过程中, 培养学生绿色化思维习惯, 以适应社会发展对人才的要求.
  关键词:绿色化学,分析化学,教学活动,绿色意识
  化学面临着人类可持续发展、环境保护等的巨大挑战,绿色化学正是在这一背景下应运而生的.绿色化学是一门具有明确的社会需求和科学目 标的新型交叉学科,其目 标是研究与寻找能充分利用的无毒害原料, 最大限度地节约能源,在各个环节都实现净化和无污染的反应途径、工艺.化学在人类社会发展的历史长河中起着十分重要而积极的作用.传统的化学为人类提供了数不清的物质产品, 使人类今天的生活丰富多彩. 但它在发挥巨大作用的同时, 也给人类带来了严重的环境和生态危机,全球的十大环境问题中的大部分,如大气污染、臭氧层破坏、海洋污染、土地退化和沙漠化、淡水资源紧张和污染、生物多样性减少以及环境公害等都直接与化学和化工产品的化学物质污染有关。
  绿色化学又称无害化学、环境友好化学、清洁化学.绿色化学即是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生.绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质,不再产生废物,不再处理废物,是从源头上阻止污染的化学,要求我们注视化学生产的整个生命周期,去创造新的方法,能更有效地生 产有用的 产品 而 废物较少, 或者没有废 物   从科学观点看,它是对传统化学思维方式的反思;从环境观点看,它是从源头上消除污染的化学; 从经济观点 看, 它是 合理利用资 源和熊 降低化工生 产成本, 符合可持续发展的 化学. 很明 显,绿色化学体现了化学科学、技术与社会的相互联系和相互作用,是化学科学高度发展以及社会对化学科学发展的作用的产物,对化学本身而言是一个新阶段的到来.
  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,及时将这一重要知识体系纳入化学系分析化学教学中.绿色化学是一种理念,更是一种责任,是人们应该倾力追求的目 标.
  1分析化学与环境
  分析化学在环境科学中一直起着重要的作用,如毒性分析、环境监测等是环境保护与污染治理的基础.在许多领域,环境保护的过程和活动与分析化学的发展和进步相联系.一些重要的环境问题,如臭氧层破坏、持久性有机污染及S O x ,  N O x 大气污染需要分析化学领域的专家来鉴定.制定分析方法和标准是环境保护 ( 如预防大气和水体污染)的基础.垃圾焚烧等过程产生的二恶英污染,使得分析化学家采用适当的分析手段检测其浓度,提高检测的灵敏度,为研究其产生过程以改进焚烧工艺打下基础.
  随着环境运动的发展,分析化学依然会起重要作用.环境保护已从末端控制和治理为中心逐渐转向在整个生命周期内污染预防为主的阶段,分析化学在这一转变过程中仍然起很大的作用。
  2绿色分析化学
  在用分析化学方法测定环境物质时,常会引起其它的环境问题,如在化学分析的整个过程常用到有毒有害物质.样品收集、制备、分析和处置过程中用到或产生有毒物质是个重要的问题,另外有毒物质的使用或产生也影响工作人员的安全.因此出现了绿色分析化学,目的是设计和发展新的分析化学方法,不产生或少产生有害物质.
  环境问题产生后利用环境分析化学测定污染物的浓度和研究污染物的特性( 如测定土壤中的二氯代芳烃、-A 2 英等) . 现在更侧重于采用技术在源头预防污染.绿色分析化学的重点领域是开发可防止与减少化学过程中有害物质生成的方法与技术,即分析方法应能实现在线监测并在有害物质形成以前加以控制为了能在某一过程的操作中进行及时调节,必须开发精确而又可靠的传感器、监视器及分析技术来评估过程中有害物质的产生.如果开发出这些方法,并能检测出微量有害物质的存在,则可以调节过程参数来降低或消除这些有害物质的产生.若传感器同控制系统相连,则可实现有害物质生成的自动控制,而使有害物质的产生量最低.
  过程分析化学也可用于监测化学反应进行的程度.在许多情况下,化学过程需要连续加入试剂直到反应完成.如果开发出实时在线的监测方法来确定反应的进行程度,避免额外试剂的浪费,亦可减少废物的产生与影响.因此过程分析化学在合成控制方面是重要的.
  3进行绿色化学教学的必要性
  3 . 1开展绿色化学教育是大学化学课程体系改革的需要
  通过化学系列课程的教学活动,把培养学生的科学观、社会观、价值观结合起来,全面提高学生的科学素养,培养出基础扎实、知识面宽、具有开拓创新能力的能接受新世纪挑战的人才.绿色化学是一门具有明确的社会需求和科学目 标的新型交叉学科,在推动化学系列课程教学内容和课程体系改革、培养和提高人才的全面素质和综合能力等方面起着积极的作用.
  3 . 2开展绿色化学教育是素质教育的需要
  素质教育是全面的教育,大学化学教育也应是围绕全民族素质的提高进行.在素质教育中体现绿色化学思想,既是传播绿色化学观点的需要,也是培养学生对社会、对将来的责任感的需要,更是培养创新精神的需要. 绿色化学作为2 1 世纪化学学科发展的战略重点和方向, 各国对绿色化学的研究甚至己经到了以政府行为的形式加以考虑的程度.实施绿色化学教育过程中,一方面向学生阐明绿色化学的概念、 原则和要求, 使他们树立起防治污染、 保证人类生存质量的责任感;另一方面,结合绿色化学要求,教给学生防治污染的重要方法一减量、减废、设计合成路径,再生和利用等.
  3 . 3开展绿色化学教育是培养学生科技伦理道德的重要内容
  科学技术是一把双刃剑,它给人类带来幸福的同时,也给人类带来了威胁和挑战.可以说目前威胁人类生存的四大全球性问题可归结为人与自然的关系问题.人口问题是由于人的数量超过了自然界的承载力:资源短缺与能源危机源于人对资源、能源的需要超过了自 然界的储存量;环境污染和生态失调的根源, 是人对自 然的伤害破坏了自 然的自 我修复能力; 核战争则意味着毁灭自 然界. 由此可见调整好人与自 然的关系,树立生态伦理意识是目前的当务之急。
  人类无论怎样进化,科学技术无论怎样发达,人终归是自 然存在物.人与自 然有着某种共同利益,因此人与自 然的关系应当是伙伴关系,合作关系,人类必须改变过去那顾自 身利益而完全不顾其他物种生死存亡的人类中心主义的态度,按照生态伦理原则来调整自己的行为.绿色化学的理念和思想能够指导人们的行为.因而,绿色化学教育能帮助学生树立环境意识,培养正确的科技伦理道德观.
  因此,加强绿色化学教育具有极其重要的现实意义和必要性,把绿色化学的理念贯穿到整个化学教育中,使绿色化学成为化学教育的一个重要组成部分,就成为历史的必然.在教学中必须让学生了解科学技术和绿色化学技术在实际生产中的应用成果,激发学生学习绿色化学知识的兴趣,培养学生从事绿色化学研究与开发的能力,以适应时代和社会发展的需要,保持化学学科的可持续发展,培养新一代具有环境意识的化学人才.
  4在分析化学教学中开展绿色化学教学的具体措施
  将绿色化学的理念融合入化学系分析化学教学内容中,首先要求化学教育工作者自 身要用绿色化学意识武装自己的头脑,改进传统的化学教育思路.过去化学教育强调化合物的功能、化学反应的效率,较少研究不利的有害因素.教师要使学生明白更重要的是如何防止废物产生,使学生在头脑中建立绿色化学意识,明确安全的化学过程是制造出来的.在此基础上奋开展绿色化学教学的具体措施体现在以下几方面.
  4 . 1在分析化学课堂教学中开展绿色化学教学
  《 分析化学》课程是高等院校化学化工专业学生的一门必修课,在教学中开展绿色化学教学,力图将绿色化学渗透、融合到日 常的教学中.渗透式教学就是把绿色化学的基本思想、原理、工艺和技术等知识分散并渗透到分析化学课程中.这种教学模式也可以 说是分析课程的绿色化 .在分析化学教学中进行绿色化学教育的渗透,具体来说,就是在进行教学时,对教学内容涉及有关绿色化学知识的方面,进行及时的、适当的知识加深与更新及思维的拓展,教学时间多则4 - 5 m i n ,少则1 - 2 m i n ,这样在1 节4 5 m i n 的课堂教学中占时不多而又点到为止.通过这种画龙点睛的教学方式进行教学改革,可使学生在潜移默化中受到绿色化学教育,同时又不对原本非常紧张的教学时间安排造成新的冲击1 6 ) .可以想像,当学生在学习化学基础知识的时候就受到绿色化学思想的熏陶,当他们学习各种化学专业课时就被相关的绿色化学知识所吸引,那么,学生在学习这些化学课程的同时也就掌握了绿色化学知识,他们在以后的工作中就会自觉地想到和乃至绿色化学知识.
  如采用微波溶样、超临界流体萃取技术的运用、在处理样品时使用无毒或低毒的催化剂等.在讲C O D测定时, 传统的K 2 C r 2 0 7 方法用到H 2 S 0 4 ,  H g S O 4 ,  A g 2 S O 4 及K 2 C r 2 0 4 等,实验完成后产生大量的 酸性含C r .  H g ,  A g ,  F e 废液, 采用微型实验可减少药品的用量, 有条件的 化采用微波消解光度法测定C O D,就大大减少了废物的产生量.对实验中产生的废物不要乱倒,需经适当的回收或处理.
  4 . 2分析化学实验的绿色化、微型化设计及改进
  分析化学是一门实验科学.教学实验是分析化学教学的重要组成部分,通过实验可以培养学生分析问题、解决问题的能力.实验具有客观性,符合学生的认知特征,容易吸引学生.可以说,实验在培养学生全面化学素质中的重要地位是其他任何内容所无法替代的.然而,分析化学实验中有毒、有害物质的排放以及由此而造成的环境污染应当受到应有的重视.在分析化学实验课中进行绿色化学教育,主要从三方面入手:体现绿色化学理念,重视废弃物的处理,提高节约意识.
  分析化学实验用到大量的试剂、药品和溶液,其中某些有毒性.按照 “ 绿色化学”的理念和要求, 改变和重新设计部分化学实验的过程和方法, 改进了实验仪器和装置, 进行了微型实验的研究、重要反应过程的“ 绿色化” . 具体做法是: ①尽量避免使用或尽可能少用有毒试剂和溶剂; ②对污染严重的实验进行彻底改造,使之尽量少的产生或不产生污染物,或用绿色化学新实验取代之;③采用微型实验,注重对实验产物或残留物的处理、回收、再生与利用.实验中绿色化学教学的开展,不但减少了环境污染,保护了师生健康,而且增强了师生的环境意识和学生的社会责任感.另外,微型实验的开展,在减少环境污染、节省实验经验、时间的同时,也为实验内容的充实与革新提供了条件.
  4 . 3运用现代化的教育手段
  结合多媒体教学,进行绿色化学教育.大学化学课程教学已 经完成了多媒体教学的课程教学改革与实践,利用现代化教学手段,用多媒体演示对环境有毒、有害的生产和己对环境造成的危害,同时介绍减少有毒、 有害工艺常规的、传统的化学实验不可避免的消耗许多药品和大量的水资源,尤其是对于一些试剂药品昂贵、实验中容易引起爆炸或必须采用有毒、有害的试剂( 如苯、苯酚、砷化物、重金属等) 的实验,并在整个实验中排放较多的有毒气体、有毒废水,给师生身体健康带来极大的危害,且对环境造成较大的破坏的实验,采用计算机多媒体系统进行仿真实验显得尤为重要,目前,国内外己有相关的计算机仿真化学实验软件销售.利用计算机多媒体技术对实验原理、装置、流程、实验过程进行仿真,用文字、声音、图象、动画的效果让学生在计算机屏幕上所做实验达到身临其境的感受,这样既让学生学会了实验方式,而且使那些毒性大、危险性较大、试剂昂贵的实验变成了绿色化的实验的方法,自 始自终,不会对人体和环境造成污染.
  5结语
  当前,我国的绿色化学研究起步较晚,化学教育要承担起普及、宣传的作用,这化学教育所面临的时代挑战,也是化学教育发展的一大机遇,绿色化学作为一种全新的概念,是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革传统化学;对人类与环境友好的化学,与单纯的环境保护不同.分析化学是一门实验性很强的学科,在分析化学教学中渗透绿色化学的思想,可以使学生竖立环保意识,辩证地对待科学发展的利与害,养成良 好的学习和生活习惯。

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