代 凱，王 恒，王二瑩，白 金，宣玲玲，黃生根，魏小親

（淮北師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院，淮北 安徽 235000）

新材料的發(fā)展大大加速我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，然而新材料的合成造成我國(guó)環(huán)境的極大污染.各地出現(xiàn)霧霾、藍(lán)藻爆發(fā)等環(huán)境惡化現(xiàn)象，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展及其所涉及的環(huán)境、能源、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)等方面的問題愈來愈成為關(guān)注的焦點(diǎn)，更為嚴(yán)格、有力地保護(hù)環(huán)境的法律、法規(guī)陸續(xù)出臺(tái).因此，如何培養(yǎng)具有綠色化合成思想并擁有資源與能耗有效操作能力的本科材料類專業(yè)人才，為當(dāng)今高校的人才培養(yǎng)模式提出新的挑戰(zhàn)［1-2］.《材料合成方法》課程與實(shí)驗(yàn)是材料類專業(yè)本科生的必修課.長(zhǎng)期以來，在材料合成實(shí)驗(yàn)的過程中產(chǎn)生的大量廢液、廢氣等副產(chǎn)品會(huì)影響師生健康并對(duì)周邊環(huán)境造成一定污染.因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)就需要?jiǎng)?chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使用簡(jiǎn)單且環(huán)境友好的替代藥品并在實(shí)驗(yàn)過程中盡可能節(jié)約藥品的綠色材料合成路線，從高等教育源頭杜絕或減少環(huán)境污染，讓本科生們將綠色合成的意識(shí)融入到合成新材料實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，并在將來把這些理念和技能帶入社會(huì)，這將在很大程度上節(jié)約我國(guó)的人力、物力和財(cái)力.本研究小組根據(jù)多年科研、教學(xué)工作經(jīng)驗(yàn)及其所立足單位的現(xiàn)有情況，對(duì)《材料合成方法》實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行多項(xiàng)改革嘗試，使同學(xué)們實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室中材料綠色合成的前提下，讓同學(xué)們充分了解當(dāng)前國(guó)際材料合成方法的研究熱點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生在材料合成方面的科研興趣，掌握環(huán)境保護(hù)的相關(guān)知識(shí).

1 綠色材料合成的基本概念

綠色材料合成方法是指采用環(huán)境友好或者低毒原料和催化劑，通過改善材料合成工藝路線，不生產(chǎn)或少生產(chǎn)對(duì)環(huán)境有害的副產(chǎn)品.綠色材料合成其根本目的是從節(jié)約資源和防止污染的角度來重新審視和改革現(xiàn)在的整個(gè)材料制備和加工工業(yè)［3-4］.采用無毒、無害的原料和催化劑等材料，就是要求使用具有高選擇性、高轉(zhuǎn)化率和對(duì)環(huán)境友好的反應(yīng)方法進(jìn)行材料合成，其目的是通過控制新的合成工藝路線，開發(fā)出資源和能源消耗最少的先進(jìn)合成方法和技術(shù)，盡量減少衍生化步驟，盡可能避免使用溶劑等，從根本上消除或減少環(huán)境污染.材料合成方法作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，是材料類專業(yè)本科生掌握操作技能、靈活運(yùn)用知識(shí)的重要渠道，并為其將來走上工作崗位進(jìn)行環(huán)保產(chǎn)業(yè)開發(fā)打基礎(chǔ).因此，要明確強(qiáng)調(diào)只有整個(gè)材料合成過程實(shí)現(xiàn)綠色化，才能從根本上阻止污染物進(jìn)入環(huán)境，真正做到保護(hù)環(huán)境，達(dá)到通過高等教育培養(yǎng)具有環(huán)保意識(shí)的科技人才的目的.

2 實(shí)驗(yàn)資源循環(huán)化

合成實(shí)驗(yàn)中的大多數(shù)原料來自不可再生資源，盡管實(shí)驗(yàn)使用量不大，但長(zhǎng)期消耗下來，總的藥品使用量也不容小覷，這樣不僅會(huì)浪費(fèi)有限的自然資源，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的危害.因此本研究小組充分考慮每次實(shí)驗(yàn)過程，將實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物和廢棄物回收并盡可能反復(fù)利用，逐步建立起資源循環(huán)，在提高藥品利用率的同時(shí)還減少有害物對(duì)環(huán)境造成的污染.比如前期“三聚氰胺”奶粉事件引起了人們廣泛的關(guān)注，對(duì)本科生的教育中詳細(xì)地研究了三聚氰胺的形貌、結(jié)構(gòu)和物理特征，然后對(duì)三聚氰胺進(jìn)行了收集.在光催化原理和性能研究實(shí)驗(yàn)中，將三聚氰胺通過簡(jiǎn)單加熱分解成C3N4，C3N4是一種很好的光催化材料，因此，可以循環(huán)利用三聚氰胺原料，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)資源循環(huán)化的目的.此外，產(chǎn)品C3N4可以保留，作為BiPO4/C3N4復(fù)合或其他合成實(shí)驗(yàn)的原料.實(shí)驗(yàn)室中的很多實(shí)驗(yàn)儀器都有再次利用的價(jià)值，如廢棄的玻璃管可制成膠頭滴管；有的廢棄燒杯可以用來盛放廢液；底部破碎的試管和燒杯組合可作為筒易的啟普發(fā)生器；使用酸度計(jì)擦拭玻璃電極用過的濾紙，將其用于制備硫酸銅晶體時(shí)晶體的干燥.通過這種培養(yǎng)方式，首先把環(huán)境保護(hù)的理念灌輸給學(xué)生，讓整個(gè)實(shí)驗(yàn)綠色化，確保不會(huì)污染環(huán)境.其次，引導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)揮其創(chuàng)造力，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)貫穿于實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)合理實(shí)驗(yàn)路線.最后，實(shí)驗(yàn)完成之后要求學(xué)生把所得實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物和原料正確歸類，貼上標(biāo)簽和日期，填寫樣品清單及實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以便下次合理使用，這種訓(xùn)練也有助于學(xué)生提高其自身的管理水平.

3 提倡微型材料合成實(shí)驗(yàn)

高校實(shí)驗(yàn)室作為現(xiàn)在科研實(shí)驗(yàn)的重地，近年來所取得的科研成績(jī)碩果累累，優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)論文不斷涌現(xiàn).然而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室，一方面藥品使用量比較大，嚴(yán)重消耗自然資源；另一方面，產(chǎn)生較多的廢棄物，對(duì)環(huán)境的污染比較嚴(yán)重［5］.且近年來，面對(duì)材料專業(yè)招生人數(shù)的不斷擴(kuò)大，各校都面臨著教學(xué)經(jīng)費(fèi)短缺的問題.如何在保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)又能節(jié)省教學(xué)經(jīng)費(fèi)開支，是困擾我們的一個(gè)難題.通過小組的不斷努力，通過微型實(shí)驗(yàn)方式較合理地解決了上述難題.微型實(shí)驗(yàn)主要包括以下幾點(diǎn)：首先，實(shí)驗(yàn)藥品用量少，藥品的使用不到1克甚至幾毫克，而實(shí)驗(yàn)得出的產(chǎn)品也是微量的；其次，實(shí)驗(yàn)時(shí)間不會(huì)很長(zhǎng)，過程也不是很復(fù)雜，這也就要求對(duì)于實(shí)驗(yàn)做一些必要的簡(jiǎn)化，但是對(duì)于實(shí)驗(yàn)所得樣品的測(cè)試卻很嚴(yán)格；還有，實(shí)驗(yàn)所得的廢品少，對(duì)于環(huán)境造成的污染也很少，符合“綠色環(huán)?！钡膶?shí)驗(yàn)要求；最后，實(shí)驗(yàn)成本也相對(duì)較低，這樣就節(jié)約大量的資源.微型實(shí)驗(yàn)在很大程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的不足之處.

對(duì)本科生的教育就是要在有限的資源條件下，讓盡可能多的學(xué)生有機(jī)會(huì)自己動(dòng)手進(jìn)行操作，對(duì)實(shí)驗(yàn)有自己切身的體會(huì)和理解，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手和實(shí)踐能力.就算一次不成功，也不會(huì)造成過多的浪費(fèi).例如在氧化鋅形貌調(diào)控合成實(shí)驗(yàn)中，由于實(shí)驗(yàn)原料用量少，其微小變化也有可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常大的改變，所以在實(shí)驗(yàn)操作過程中要求學(xué)生必須嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，操作嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范，注意力高度集中，只有這樣才能得到預(yù)期的結(jié)果.就實(shí)驗(yàn)本身而言，其科學(xué)性和邏輯性更強(qiáng)，而且效果更加明顯.另外，微型實(shí)驗(yàn)有利于傳播綠色環(huán)保的概念，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)人員的環(huán)保意識(shí).用量少則節(jié)約資源而且降低成本；其產(chǎn)物雖然相對(duì)來說較少，但對(duì)于環(huán)境的破壞也降低到了最小限度，而且所得到的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物還能夠保留下來重復(fù)利用.通過這種方式的訓(xùn)練，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的探索和思考能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度.

4 進(jìn)行開放性實(shí)驗(yàn)

高校作為培養(yǎng)人才的高等學(xué)府，除向社會(huì)輸送具有高科技知識(shí)的人才外，還需要將一些有較強(qiáng)學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力的學(xué)生培養(yǎng)成社會(huì)精英.如何把這一目標(biāo)落實(shí)到高校的日常管理和學(xué)習(xí)生活中，也是各大高校一直探索的問題.在材料類工科專業(yè)本科教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目一直扮演著至關(guān)重要的作用.傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程，只是老師把實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理以及操作過程灌輸給學(xué)生，學(xué)生只能接受，或者由于學(xué)生人數(shù)較多和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的限制，并不是每一個(gè)學(xué)生都能有機(jī)會(huì)具體操作，甚至有些實(shí)驗(yàn)只是由授課老師進(jìn)行演示，這樣學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的感受不深，對(duì)于設(shè)備操作、問題研究不深入，因此學(xué)生的積極性不夠高，大多數(shù)人只能“紙上談兵”，遇到具體問題往往束手無策.為培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的同學(xué)，引入了導(dǎo)師制的開放性課題機(jī)制.開放性實(shí)驗(yàn)并不要求所有本科生都參加，學(xué)生可以根據(jù)自己的需要和興趣參加一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究.例如在材料合成方法里面有光催化技術(shù)的原理及應(yīng)用，感興趣的同學(xué)就可以在學(xué)習(xí)該章內(nèi)容之后申請(qǐng)光催化材料的合成及光催化性能的研究開放課題，這樣他們就能夠真正了解一些實(shí)際知識(shí)、實(shí)驗(yàn)原理及其具體操作過程，同時(shí)還能夠如何將有限的經(jīng)費(fèi)投入到實(shí)驗(yàn)中.另外，開放性實(shí)驗(yàn)的引入對(duì)于高等教育有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，可以提高學(xué)生的獨(dú)立工作能力，讓學(xué)生學(xué)以致用.由于開放性實(shí)驗(yàn)允許學(xué)生自愿參加，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，讓他們發(fā)現(xiàn)問題并動(dòng)手解決問題，提高學(xué)生初步的科研能力；其次，由于學(xué)生參加老師的課題研究，可以幫助老師完成一些研究任務(wù)，并且能夠加強(qiáng)師生之間的交流和溝通，讓師生關(guān)系更加融洽；老師可要求學(xué)生以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式上交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，充分掌握學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)，了解學(xué)生的不足，還能提高實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量；再者，有利于學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的充分利用，讓學(xué)生親自操作各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備，而且還能夠定時(shí)檢查設(shè)備的完好情況；最后，有利于節(jié)約實(shí)驗(yàn)原料和成本，提高實(shí)驗(yàn)藥品的利用率，符合現(xiàn)在的“綠色、環(huán)保、科學(xué)”實(shí)驗(yàn)要求.

5 總結(jié)

材料合成方法的綠色化構(gòu)建對(duì)減輕環(huán)境污染及有效節(jié)約自然資源有著尤為特殊的現(xiàn)實(shí)意義.作為高等教育機(jī)構(gòu)的大學(xué)，不僅要培養(yǎng)、強(qiáng)化學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，而且要培養(yǎng)其良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和提高其實(shí)際操作能力.通過本研究在構(gòu)建微型實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行開放性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生綠色化材料合成理念，為我國(guó)可持續(xù)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展培養(yǎng)合格的社會(huì)主義建設(shè)接班人.

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