張靜玉
高等學校有機化學實驗開設對人才的培養(yǎng)、知識框架的深入、先進技術的應用,具有重要的指導意義,甚至對學生的就業(yè)有深遠的影響。如何在高校中開設科學合理的實驗,為國家培養(yǎng)優(yōu)秀的人才,是每個高校都應該積極探索的問題。從綠色化學對有機實驗的影響、實驗設計連續(xù)化、重視對先進技術的引入、廢液的處理等方面進行了教學模式分析。
高等學校有機化學實驗教學有機化學實驗是高等學?;瘜W類專業(yè)學生必做的基礎實驗之一,它旨在培養(yǎng)學生的熟練使用各類儀器裝置的能力;掌握研究有機化合物的實驗方法與技術;同時培養(yǎng)學生具有一定進行科學研究的能力,因此各高等學校主要以不同的實驗操作來安排實驗內(nèi)容。這樣讓學生在每一次實驗中都掌握了相應的實驗技能。而作為基礎實驗,有機實驗培養(yǎng)學生范圍廣,影響大,如何更好地科學合理的安排實驗課內(nèi)容,將很大程度影響學生以后工作中對化學問題的處理,對人才的培養(yǎng)有積極重要的影響。
1.注重綠色化學對有機實驗的影響。綠色化學是一門具有明確的社會需求和科學目標的新型交叉學科,是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的根本途徑之一。表一為近二十年來我國綠色化學文章的發(fā)表情況。表1說明,綠色化學九十年代初得到我國學者的重視,短短幾年,我國學者發(fā)表了大量的關于綠色化學的文章,從1992年~2012年翻了200多倍,說明綠色化學引起各行業(yè)學者的重視。近年來已經(jīng)曾比較穩(wěn)定的趨勢,說明綠色化學發(fā)展已經(jīng)比較平穩(wěn)。綠色化學具體地說就是選用無毒無害原料和可再生資源,進行原子經(jīng)濟反應或高選擇性反應,使用無毒無害的溶劑、催化劑等,得到環(huán)境友好的產(chǎn)品。GOOdWIN在2004年提出在進行任何實驗室工作室,要從以下三點進行考慮(1)實驗中哪些是綠色化學;(2)實驗中哪些不是綠色化學;(3)如何改進實驗讓過程更加“綠色化”。一般有機實驗過程中人員比較密集,消耗總試劑量比較多,雖然在選取高校實驗過程中,都選取的是低毒的藥品,但由于有機溶劑大多易揮發(fā),即使低毒的試劑也可能會對老師和學生的身體帶來傷害。這也是有機實驗比其他實驗更要重視綠色化學的原因。因此在設計實驗時,將綠色化學作為自己操作的行為準則,力爭做到更高效、更環(huán)保。例如,在萃取與蒸餾中可用蒸餾水代替乙醇。環(huán)己烯的制備實驗中,曾小君提出環(huán)己烯的綠色催化劑,不僅對環(huán)境的污染更小而且化學試劑可重復多次使用。
2.實驗設計連續(xù)化。以往的實驗中,有機實驗中合成的產(chǎn)品往往作為廢棄物集中處理。如果一個實驗的合成產(chǎn)品是另一個實驗的反應物。不僅節(jié)約了成本,也讓廢棄物得到更合理的利用。如環(huán)己烯的制備中,制取的環(huán)己烯可氧化生成己二酸,己二酸與正丁醇反應生成己二酸正丁酯,這樣避免了生成產(chǎn)品的浪費,讓實驗安排更加合理。乙酰苯胺的制備中,其產(chǎn)物可再次應用于熔點的測定。蒸餾實驗中可用蒸餾分離出的乙醇,用于天然產(chǎn)物中有機成分的萃取劑。
3.科學是不斷進步的,因此在實驗設計時不能僅僅拘泥于課本實驗、照搬書上內(nèi)容,要做相應的創(chuàng)新,將先進的教育理念帶到實驗中。如微波合成有機化學,研究表明微波對大部分有機合成反應都有促進作用,微波輻射技術在催化加氫、基團保護、重排反應、消除反應、不飽和烴的加成、有機金屬、立體選擇性反應等有機合成領域都有應用,并取得一定的進展。黃學仁等人對微波提取黃連素進行了研究,研究表明用水做浸泡,微波提取后,黃連素的提取速度不僅加快,而且跟常規(guī)的乙醇提取法相比,更加環(huán)保,對環(huán)境不造成污染。李秋榮等人同樣用微波技術合成肉桂酸,表明了微波技術可提高產(chǎn)物質(zhì)量,節(jié)省時間。所以高??山梃b先進的技術經(jīng)驗,與時俱進,創(chuàng)新實驗內(nèi)容。不過將先進技術與高校有機課程相結合,還必須做好實驗條件的優(yōu)選,及改進技術的對比工作。如微波功力越大,副產(chǎn)品越多,產(chǎn)率越低,而時間照射越長,產(chǎn)率越低。
4.有機實驗與其它實驗相比有其特殊性。高校設置中70%以上以合成為主。各高校普遍存在著合成產(chǎn)品的處理問題。在實驗教學中,大部分實驗教師把實驗操作、實驗結果及報告作為學生的實驗得分,而很多老師大大忽視了廢液的處理,因此必須將綠色化學的理念灌輸給學生,讓學生加強思想建設工作,廢液倒入指定容器內(nèi),而實驗教師更要重視實驗中的綠色教學,為學生實驗提供專門的固定容器。每節(jié)課前認真查看是否有固定的廢液瓶。將上節(jié)課的廢液瓶收集好放在指定位置,防止學生將多種不同性質(zhì)的廢液混合在一起照成安全隱患。而對于可回收利用的溶劑,收集好后,可供下次的實驗循環(huán)使用。
綜上所述,高等教育有機化學實驗室教學模式應與時俱進,以培養(yǎng)優(yōu)秀人才為目標,優(yōu)化整合多方面技術,創(chuàng)新實驗內(nèi)容,人性化教學,不斷研究,提供給學生更好、更新、更實用的教學資源。
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