目前,国内很多高校越来越注重应用型及创新型人才的培养,在教学中逐渐重视实验、实践教学。多数高校设置实验教学中心,作为学生的实验、实训基地。因此,采取强有力措施,推进高校实验室建设与发展,对提高实验教学质量和创新人才培养具有十分重要的理论和实践意义[1]。
1.高校化学实验室存在的安全隐患及环保问题
在我国,理、工类乃至医学高等院校的诸多学科实验当中,化学实验是一门基础实验科目,也是为学生以后其他学科的实验打基础的课程。由于学科特点,在化学实验教学中,所用到的试剂种类繁多,其中就包括强腐蚀性、毒性、易燃易爆类的药品,还有较多药品具有强挥发性,比如一些强酸和有机试剂等。并且,多数高校化学实验室,实验中产生的试剂废液、弃液基本也是经过稀释后排入到生活污水管道。此外,化学实验操作步骤较为繁琐,耗时较长,有时需要高温条件进行,甚至有时操作中需明火加热,因此,高校的化学实验室内的设施更为复杂。种种这些因素都会给实验室的安全造成隐患,并且降低周围环境的质量。因此,做好化学实验教学与管理,使高校化学实验室更绿色、安全、有序地开展实验教学则成为重中之重的工作。
2.“绿色化学”
绿色化学又称环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry)、环境友好化学(Envimnmentall friendly Chemistry)、清洁化学(Clean Chemistfy)。绿色化学即是用化学的技术和方法去消灭或减少那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂在生产过程中的使用,同时也要在生产过程中不产生有毒有害的副产物、废物和产品[2]。随着科技高度发展的今天,国家对可持续发展以及生态文明建设越来越重视。尤其在化工领域,人们将“绿色化学”的理念运用到实践当中,并在不断研究。在高校化学实验室运行过程中,普遍遇到的难题就是安全与环保。如果把 “绿色化学”的理念融入到高校化学实验教学当中,对化学实验室的教学与管理工作将会起到积极的推动作用。
3.高校化学实验室中的“绿色化学”
化学这门课程,是建立在以实验为基础的学科。化学实验由于其学科特点,在进行实验时,所用到的试剂、药品以及反应所产生的废弃物多数具有有毒有害性、易燃易爆性,因此我们在从事日常化学实验教学工作时,既要保证实验教学的质量,又要寻求以最节能环保的方式、方法开展实验,还要保障化学实验室安全、平稳地运行。我们把“绿色化学”的理念融入到化学实验教学的工作当中,将会实现这一目标。
(1)合理安排化学实验内容,开展绿色化实验教学
①调整实验项目
传统的化学实验课程内容以实验本身的性质分类,包括基本操作、化合物性质验证实验、综合性实验等,各个实验独立性较强,但课程设置上缺乏较好的连续性,实验以验证性和单步骤为主,多步骤的反应少,实验产物废弃的多,回收利用的少,资源浪费并造成环境污染[3]。在“绿色化学”理念的指导下,我们可以根据人才培养方案及教学大纲的要求将化学实验项目进行合理调整,尽量选取环保、安全的实验项目,尽可能将基本操作及验证性实验合并到综合性实验当中,这样可使学生对基本操作练习、实验方法的学习及运用串联起来,节省了单独设置基本操作和验证性实验教学所使用的化学试剂,减少了废弃物的产出,还有效地提高了教学效率、降低了教学成本。
②创新实验教学方式
部分化学实验反应较为剧烈,操作时具有危险性;还有一些实验,比如无机化学中“芳香烃”部分的相关实验,所用到的试剂或者产生的废弃物具有较大毒性,危害人体健康且污染环境,这类实验项目都不适宜安排在高校实验室中开展。那么,针对一些比较典型但是危害性较大的化学实验,教师可以利用多媒体以及先进的技术手段创新实验教学方式。指导教师可以在正规的教学平台上搜集相关的视频资料分享、播放给学生观看;或者教师可以制作成简易的课件将实验过程演示给学生;甚至有条件的高校,可以建立虚拟仿真平台,学生在平台上来模拟实验操作。通过多元化的教学方式,开展绿色化实验教学,提高了学生的学习兴趣,加深了学生对知识的记忆。
(2)优化化学实验教学安排,推进绿色化实验设计
我们同样也可以通过改良化学实验项目的设计,同时优化实验教学安排,来实现绿色化实验教学。
①改良实验设计
对于需要使用有毒有害试剂的实验项目,可以用相对无害的试剂和药品来替代,例如,二甲苯是一种常见的有机溶剂,可以用来作脱蜡剂和透明剂使用,具有强挥发性、易燃性、毒性,在实验中我们可以选用环保透明剂替代二甲苯的透明和脱蜡作用;还有具有危险性操作的实验项目,可以探索改良实验方法,例如很多化学实验项目需要通过本生灯加热来完成,燃料多为煤气或者丙烷,此类燃料本身对人体具有一定危害,而且燃烧之后产生大量温室气体CO2,对环境不利,因此实验时我们可以适条件选用电子加热设备来开展实验。
②优化实验教学安排
在化学实验过程中会产生大量的废弃物,在尽量减少产出的同时还要重视对废弃物的回收和再利用,所以在选取和安排实验时,尽量将有可利用废弃物的实验项目排在靠前的时间开课,将废弃物作为实验原料的实验项目排在靠后的时间开课。例如,合成类实验会产生大量的废弃物;而分析类实验通常会选用两种或两种以上物质组成的混合物作为实验原料,进行分离、提存或者定量分析。因此,可以考虑用合成类实验所产生的废弃物作为原料为分析类实验所使用。
(3)强化化学实验室管理
在没有实验教学任务时,化学实验室在安全和环保问题上依然存在很多隐患,因此在“绿色化学”理念的倡导下,应该进一步强化化学实验室的日常管理工作。实验室内的排风系统、给水排水管道、冲洗装置、报警系统、消防装置等安全保障设施应及时更换,除此之外,也应该推进实验室的制度建设。
①完善化学实验室安全管理办法
首先要完善实验室安全管理制度、准入制度,规范实验室各方面操作流程,包括仪器设备使用操作说明、化学品存取操作规定等,尤其化学品存取操作流程,要侧重注意的是,保存时要选择适宜的环境,分类摆放,做好通风,双人双锁管理,存取及时登记等。其次,要明确实验室工作分工,设定实验室每个房屋的安全责任人,做到安全管理无死角。再有就是做好师、生尤其是新生的安全培训制度,将安全教育贯穿到实验教学全过程。
②建立化学废弃物的处理与回收机制
在高校化学实验室中所产生的废弃物有废液、废渣和废气,其中废液所占的比例极大。而多数高校化学实验室的排水管道与生活污水管道相连,因此化学实验所产生废液绝不能未经处理直接倒入排水管道中,而是应该建立化学废弃物的处理与回收机制,按照规定进行处理。当实验室废液产生之后,应当对废液进行合理分类回收。实验室废液通常分为无机废液和有机废液[4]。其中,对无机废液中无危害的盐类废液可以用自来水高倍稀释后,直接排放;对无机酸性和碱性废液或者具有氧化性和还原性废液,在确认混合后无危害性物质生成,则可以混合后再用自来水高倍稀释,然后直接排放;对于有机废液中的一些有机溶剂,则可以通过蒸馏、吸附等方法处理,然后进行回收再利用。对于其他对环境可造成污染的废液,应按照类别分类收集,密封存放,定时与相关环保单位联系到实验室收取,然后集中处理。
(4)培养师生“绿色化学”意识
在实验室里进行操控的是教师和学生,因此培养师生良好的意识对实现高校化学实验室中的“绿色化学”是十分有必要。针对教师,要注重提升实验技术人员的职业素养,实验技术人员主要负责实验教学准备及实验室管理等工作,养成规范、严谨的操作习惯,提升专业技术水平,随时了解有关绿色化学最前沿的知识和信息,为开展绿色化实验教学提供了前提条件,同时也会对学生良好实验习惯的养成有一定程度帮助。针对学生,在实验教学前要做好环保和实验室安全知识的培训,宣传“绿色化学”的理念,然后将“绿色化学”知识运用到实验过程当中,课后可以让学生以“绿色化学”为话题开展讨论或者自行探索生活当中“绿色化学”,甚至可以将“绿色化学”作为课题进行研究和创新。
4.结语
“绿色化学”学科的发展,促进了高校化学等相关教学的可持续发展,创建了绿色、环保、安全的化学实验课程体系。为学校的教学与科研提供一个安全可靠的良好环境,也为高校化学实验室的安全管理提供了新途径[5];同时还为我国化工产业注入了新鲜的血液,对实现中华民族伟大复兴提供了有力武器。
摘要：本文主要对高校实验教学的特点以及化学实验室管理的现状做以简单阐述,针对高校化学实验教学以及管理中出现的安全及生态等问题,提出“绿色化学”的理念,并加以论述提倡“绿色化学”的必要性。同时,为促进教学的可持续性发展,对优化高校化学实验室工作,提出一些观点及建议。
关键词：高校化学实验室,绿色化学,教学,管理
参考文献
[1] 戴克林.高校实验室建设与创新人才培养研究[J].实验技术与管理,2014,31(7):32-35.
[2] 袁晓燕.绿色化学[J].长沙大学学报,2015,19(5):43-48.
[3] 郭玉玲.浅析化学实验中的绿色化学[J].内蒙古石油化工,2012,(11):71-72.
[4] 方嫱,王凌岗,金燕飞.高校化学实验室废液的控制与处理[J].科教文汇,2018,3:57-58.
[5] 仲婧,朱晓慧,曹晓群.绿色化学视域下的高校化学实验室安全管理[J].中国现代教育装备,2017,3:12-14.