郑永军，牛永生，侯绍刚

(安阳工学院化学与环境工程学院，河南 安阳 455000)



应用型本科高校有机化学开放实验教学绿色化探索

郑永军，牛永生，侯绍刚

(安阳工学院化学与环境工程学院，河南 安阳 455000)

从应用型本科人才培养目标出发，以培养学生的实践能力和创新能力为核心，通过增加“三废”处理、加强绿色化实验、开展多步合成实验、尝试创新性实验等方面对有机化学实验开放式教学进行探究。实践表明，这种教学模式不仅较全面地培养学生综合实验技能和创新能力，而且还能增强学生的环保和绿色化学意识,从源头上防止有机实验室污染，改善实验室环境，推进有机化学开放实验的绿色化，提高教学质量。

开放实验教学；应用型本科；绿色化

随着我国高等教育大众化的不断深入和高校毕业生就业形势的日益严峻。安阳工学院，作为一所地方本科院校，提出“培养应用型人才，服务地方经济”作为学校人才培养目标。为适应培养应用型人才的需要，我们正在积极探索构建应用型人才的课程体系。其中，有机化学是化学、化工、食品、生物、环境、医学、材料、环境、能源等学科的重要基础课，而有机化学实验是有机化学的重要组成部分，通过实验使学生达到掌握有机化学实验技能，培养科学思维和分析、解决实际问题的能力。传统的实验课程主要是根据理论课程体系设置多为验证式实验，不利于学生主观能动性的发挥和解决实际问题能力培养。为此，为弥补其不足，各高校积极进行开放式实验教学，即在完成传统正常实验教学的前提下，在教师指导下，利用现有师资、仪器设备，环境条件等资源对学生开放，包括时间、空间的开放及实验内容的开放，让学生自主选择实验内容与时间来进行学习和实践，实践证明，开放式实验教学是现代高校培养综合型、创新型人才的新途径，是培养应用型人才最重要、最有效的途径之一[1-3]。为此，我们尝试对《有机化学实验》教学内容和教学模式进行改革探索，实施有机化学实验开放式教学.事实证明，在拓展学生的专业知识、提高学生的实验技能，增加学生的竞争资本，培养学生具有绿色化学思想、环保意识和一定科学思维、创新能力等方面收到了明显效果。

1 有机化学实验开放式教学的探索

以我院为例，传统的有机化学实验教学模式是：(1)学生在教学计划规定的实验课时内根据实验教材按照教师演示的操作步骤，按部就班地进行实验，即学生实验前预习实验内容写出预写报告，教师在实验课上讲解实验原理、具体操作，实验中注意问题，然后学生按照教师和教材所讲的进行操作。实验过程中很少有人分析实验方案的可行性，每步实验操作的原因，实验后不分析，不讨论，学生的主体作用在整个实验教学活动中难以发挥，过分依赖教师的指导，缺乏实践操作的主动性，不利于应用型人才的培养。(2)实验教学在规定课时内进行，学生对实验仪器设备的结构、原理及用途了解不够，使用有限，不能完全掌握仪器设备的操作。(3)实验教材大多以验证性型实验为主，缺少综合设计型和研究创新型实验，如做合成实验时，对合成出来的有机物，不做鉴定，对紫外、红外、核磁等测试仪器就没有涉及，因此，对合成产品表征几乎没有意识，更谈不上对其表征进行综合分析了。(4)现行实验教材中很少提及绿色化学实验和反应废弃物妥善处理问题，学生做合成实验仅仅为得到合成产物，而对实验过程中产生的废气、废水、废弃物关心很少，结果许多学生将废弃物随意丢弃，废水、废液倒入下水道，严重腐蚀着下水道，长此以往，造成管道漏水，污染水体，污染环境，学生缺少环保意识和绿色化学思想，这和化工企业所需要具有环保意识，绿色化学思想的高素质应用型人才格格不入。我们课题组在充分考虑传统有机化学实验教学内容与教学模式上的不足后，根据地方本科院校师资、设备与学生基础等实际情况，通过增设“三废”治理实验内容，加强绿色化实验教学，采用多步合成实验，开设创新型实验等开放式实验教学，使学生基本实验操作技能有了明显提高，环境保护意识和绿色化学思想有很大提升、综合实验能力和科研素养得到了训练。

1.1 改进实验内容，增加“三废”处理

有机化学实验在实验过程中都会或多或少的产生的废气、废液、废渣，给实验室环境带来污染，对师生的健康造成危害。因此，树立环保意识，减少“三废”排放，加强“三废”治理，将“节能减排”，环境友好的思想始终贯穿整个实验教学中，培养学生热爱环境，保护自然、节约资源的基本素养。如：在溴乙烷的制备实验中，实验教材中没有对反应产生的溴化氢废气，反应后残留液，和用来对粗产品溴乙烷除杂的浓硫酸这些“三废”进行处理[4]，为了让学生树立环保意识，引导学生查阅“三废”危害，增加“三废”处理内容，结果学生在开放实验教学中，在溴乙烷合成装置上增加了气体吸收装置，用废碱液将反应中产生有毒的溴化氢气体和溴蒸气吸收，反应后的残留液中含有硫酸和硫酸氢钠等酸性物质根据中和反应进行无害化处理，用于去除溴乙烷中乙醇和乙醚等杂质所用的浓硫酸，经过分液后得到的硫酸层，不是倒入废液桶中，而是利用将其收集起来，用过二硫酸钠处理后重新利用[5]。由于学生环保意识增强，随后，在做“乙酸乙酯制备”实验时[4]，反应后的残留液中过剩的乙酸和用作催化的浓硫酸，学生自觉地用废碱液中和至pH 6～8后将其排放。在“己二酸的制备”实验中[4]，实验教材中用环己醇为原料，以硝酸作为氧化剂，反应非常剧烈，常常产生大量有毒的二氧化氮气体，既危险又污染环境，所以，启发学生做到安装实验装置严密不漏气，尾气用5%的氢氧化钠溶液吸收，并且还要在通风橱中进行。通过这些开放式教学引导学生做好“三废”治理工作，使学生接受环境保护教育，在潜移默化中逐渐培养学生的环保意识，以便他们在将来的工作岗位上产生良好的环保效益。

1.2 加强绿色化实验教学，培养创新人才

以上这些做法是按照实验教材进行实验出现的“三废”问题，及时进行了无害化处理，如果在工业生产过程中产生的污染就采用“末端治理”法，即先出现污染后再被动地进行治理，这必然增加企业负担，从面影响企业的经济利益。如果我们从源头上阻止污染，运用化学方法和技术来减少或降低产品设计、生产和产品在运用过程中有害化学物质的产生，使所设计并生产出来的产品对环境无害，维护化学和环境的和谐发展，这便是绿色化学的思想[1]，这是现代化学向绿色化方向发展的趋势，而绿色化学目的实现需要一代又一代具有绿色化学意识，懂得绿色化学知识和技术的人才。所以，我们对有机化学实验实施绿色化教学，借以培养学生的创新精神和绿色化学思想。在有机化学实验开放教学中，对实验项目中涉及到有毒、有害试剂要用低毒性或无毒性的试剂来代替，同时考虑微波辐射绿色化技术的引入。如酯化反应在石油化工、精细化学品工业、医药工业等方面有着广泛应用的一类反应。我们曾从乙酸乙酯的制备实验教学启发学生进行开放实验完成了苯甲酸乙酯的制备[6]，使学生的蒸馏、分馏、分液等基本实验技能得到了提高，对带有分水器的回流装置的安装进行了训练，对合成的产品进行了红外光谱表征，学生综合实验能力得以提高。然而，原来的催化剂是浓硫酸，不仅副产物多、污染环境，而且有强腐蚀性，换成绿色催化剂强酸型阳离子树脂，结果不仅缩短了反应的时间，阻止了浓硫酸对环境的污染，而且催化剂还可重复利用和再生。学生经过这一开放式教学认识到不仅不同酯的合成需要不同实验装置，又明白使用绿色催化剂同样能够得到同一产品，且达到环境友好和绿色环保的效果。作为拓展，为了进一步培养学生绿色化学思想，我们提出“微波辐射活性碳负载对甲基苯磺酸催化苯甲酸乙酯”开放性实验课题，学生积极主动地组成兴趣小组进行课题研究，通过查阅文献，了解所用试剂的物化性质和微波技术的应用，知道对甲苯磺酸是一种有机酸，无氧化性，也是一种酯化反应的良好催化剂，能克服浓硫酸对设备的腐蚀，副反应多等缺点，为了解决催化剂回收困难，无法重复利用的问题，所以利用活性碳负载对甲基苯磺酸作催化剂，用对环境无害的环己烷代替对环境有严重危害的甲苯和具有较高毒害的苯作带水剂，微波辐照合成了苯甲酸乙酯。通过实验，学生学会了固载催化剂的制备技术，微波反应器的使用，固载催化剂循环使用，发现该实验操作简单，催化剂重复利用率高和消除了废酸等废液的排放，达到既充分利用催化剂又对环境友好；通过微波技术的使用，知道微波是一种绿色，清洁的能源，具有加热迅速、高效、节能的特点，能显著提高反应速率，缩短反应时间、减少环境污染的效果。

1.3 开展多步合成实验，提高学生的循环经济意识。

为了巩固和加强学生的实验操作技能，培养学生严谨认真的科学态度和耐心细致的工作作风，提高学生循环经济意识。我们常常将常规有机实验教学所合成的产物作为开放实验课题的原料，开展多步骤合成实验，这样，学生必须将产物合成→分离和提纯→表征作为一个整体通盘考虑，并保证每一步合成都成功，才能得到目标产物。例如将环己醇制得的环己烯，通过红外光谱表征后，用作开放实验教学的“环己烯绿色氧化制备己二酸”的原料。这样，学生在环己醇合成环己烯过程中，必认真仔细做好实验每一步骤，尽可能使合成环己烯产率高，经红外表征后，然后，以合成环己烯为原料，双氧水为氧化剂，在钨酸钠作用下进行绿色化合成已二酸。通过多步合成实验，使每步产品能得到利用，减少药品经费开支和产品回收量，从而降低产品给环境所带来的负面影响，使学生树立循环经济的思想，增强学生环保意识。

1.4 尝试创新性实验，解决企业技术难题

现代社会是一个讲求经济效益的社会，现代企业不愿意花时间、金钱和精力去培养新员工，希望毕业生到企业后能很快顶岗工作，并具有一定的创新能力。为此，我们深入生产企业实际，洞察生产实际问题，提炼出研究性课题，作为开放实验课题，让学生与指导教师一起攻克技术难题，使学生尽早接触现代企业研发过程中所用到的一般程序和实际有机合成过程中的研究方法，借以培养学生探索精神、综合实践技能和实际解决问题的能力，增加学生就业的筹码。如我们当地一家生产亚麻酸胶囊的企业，原来生产工艺为油脂皂化，酸化，酯化等步骤来实现油脂乙酯化的，我们试图通过酯交换来一步实现，为此，将“油脂乙酯化反应工艺研究”作为开放课题供兴趣小组学生进行创新研究，学生查阅有关酯交换的学术文献，认真研究了不同催化剂对酯交换的影响，最后确定了催化剂的类型，制定了实验合成路线，建立酯交换率测定方法，探索了酯交换的影响条件，通过多次实验得出加料方式为逐滴滴加催化剂与乙醇的混合液，反应后除去催化剂应在去除过量乙醇之前进行，去除过量乙醇用减压蒸馏方法，分离和干燥产品用无水氯化钙固体，为了使产品绿色环保，剔除有关文献对人类健康有危害的石油醚萃取产物步骤，所得研究成果，经企业中试后基本达到要求。参加该开放课题学生写出这样的体会：科研之路是一条充满艰辛又充满好奇之路，实验操作必须认真、规范、实验记录要详实。通过该课题研究，使我们深刻理解了酯交换反应机理，提高了实验操作技能，更多地学会了创新思维。

2 结 语

我们通过如下几个方面进行了开放式实验教学探索：改进实验内容，增加“三废”处理；加强绿色化实验教学，培养创新人才；开展多步合成实验，提高学生的循环经济意识；尝试创新性实验，解决企业技术难题。取得以下教学效果：较好解决了环境污染和实验药品的纯消耗，节省了实验成本；提高学生的环保意识，建立绿色化学基本思想；强化学生的基本技能和动手能力，培养学生分析问题和解决问题的能力，促进学生创新意识、合作精神和科研能力的协调发展，激发学生的科学探索精神。从考研录取和用人单位反馈来看，考研面试中能顺利通过实操考试，对用人单位对毕业生实践动手能力好评多。当然，有机化学开放式教学还需要不断探索，以获得更快更大发展。

[1] 陈敏,卢其明,罗志刚.化学开放实验教学绿色化的探索与实践 [J].实验室研究与探索,2013,2(4):135-139.

[2] 李振键,金军,邓慧云,等. 实验室开放是培养高素质创新人才的有效途径[J]. 实验技术与管理,2004,21(2):1-4.

[3] 杨小弟,张英华,周耀明,等.大学化学开放性实验教学的探索[J]. 实验室研究与探索,2007, 26(4):104-105.

[4] 高占先. 有机化学实验.4版[M].北京:高等教育出版社,2009:89-112.

[5] 郭应臣.实验室废浓硫酸的回收利用[J].南都学坛:自然科学版,1993, 13(4):52.

[6] 郑永军,康瑞琴.有机化学实验教学中领悟和迁移[J]. 安阳工学院学报,2011,10(1):127-128.

Exploration on Greening for Organic Chemistry Open Experimental Teaching in Application-oriented Institutes

ZHENGYong-jun,NIUYong-sheng,HOUShao-gang

(Department of Chemical and Environmental Engineering, Anyang Institute of Technology, Henan Anyang 455000, China)

Starting with the cultivating of application undergraduate talents, to promote the cultivating of the application and innovation ability, Organic Chemistry experiment open teaching was explored by increasing “three wastes” treatment, strengthening greening experiments, carrying out multi-step reactions and opening innovative experiments. It showed that the teaching mode not only cultivated students’ comprehensive experimental skills and innovative ability, enhanced students’ consciousness of environmental protection and “green chemistry”, but also prevented the organic laboratory pollution， improved laboratory environment, and raised teaching quality.

opening experiment teaching; application-oriented institutes; green

河南省高等教育教学改革研究项目(2014SJGLX339);安阳工学院教学研究课题(AGJ2014066)。

郑永军(1966-)，男，副教授，博士，长期从事教学与实验室建设，主要研究方向：绿色介质中的有机合成。

G642.0

A

1001-9677(2016)022-0193-03