化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化研究畢業(yè)論文
化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的科學(xué)。高等學(xué)校化學(xué)、化工、生物、食品、材料、水利等專業(yè)的本科課
程均設(shè)置有較多的化學(xué)(含無機(jī)、分析、物化、有機(jī)、高分子等)或普通化學(xué)課程及相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程，各本科/研究生專業(yè)畢業(yè)論文中均會(huì)涉及較多的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。因此，加強(qiáng)各本科/研究生畢業(yè)論文的實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)尤其是化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，是培養(yǎng)高素質(zhì)人才和提高教學(xué)指導(dǎo)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。目前，大學(xué)本科/研究生專業(yè)畢業(yè)論文的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)任務(wù)多，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)均采用常量法，所使用、消耗的化學(xué)試劑品種多、成分復(fù)雜，雖然消耗量不及化工廠大，但常常對(duì)試劑藥品不進(jìn)行回收和循環(huán)利用，未經(jīng)處理而直接排放，造成了資源的浪費(fèi)。而且，本科生/研究生畢業(yè)論文化學(xué)實(shí)驗(yàn)所使用的試劑常常有毒有害，對(duì)人和環(huán)境會(huì)造成不利影響和污染。為了減少化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生、對(duì)環(huán)境的影響，培養(yǎng)大學(xué)生尊重生命、愛護(hù)環(huán)境的意識(shí)，環(huán)境友好、資源節(jié)約型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，尤其是本科/研究生畢業(yè)論文中的綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)，已成為國內(nèi)外高校畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)與研究的重要發(fā)展趨勢(shì)。
我們長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院擁有電力與交通材料保護(hù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、華中電力集團(tuán)動(dòng)力化學(xué)研究中心、基礎(chǔ)化學(xué)湖南省示范實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)有應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與工藝、生物工程、食品工程、環(huán)境工程、輕化工程等6個(gè)本科專業(yè)，在校本科生1579人，碩士研究生123人。每年的本科/研究生畢業(yè)論文階段，主要集中在36月份，各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等常規(guī)實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目開展很多，尤其是無機(jī)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的試驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)多，很有必要實(shí)施實(shí)驗(yàn)綠色化。所以，廣大教師開展了許多綠色化實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，積極指導(dǎo)畢業(yè)論文同學(xué)從小事做起，從自己做起，樹立節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、愛護(hù)生命健康的化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色理念。
一、綠色化學(xué)
綠色化學(xué)是美國最早提出的一門新興學(xué)科，它的提出是21 世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展對(duì)環(huán)境的挑戰(zhàn)。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)是指設(shè)計(jì)沒有或盡可能小的環(huán)境副作用，并且在試驗(yàn)技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程，是一門從源頭上阻止污染的實(shí)驗(yàn)化學(xué)。把綠色化學(xué)理念融于本科/研究生專業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)中，使綠色化學(xué)成為大學(xué)本科生/研究生化學(xué)教育的一個(gè)重要組成部分，是本科生/研究生化學(xué)教育的新課題。作為化學(xué)專業(yè)大學(xué)生/研究生學(xué)習(xí)與從事的主要實(shí)驗(yàn)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)中有很多無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)，將綠色化學(xué)理念融入其中，實(shí)現(xiàn)無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化，使本科生/研究生一開始就在潛移默化中受到綠色化學(xué)的教育，以后運(yùn)用到有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)直至畢業(yè)論文的復(fù)雜系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)綠色化，這對(duì)培養(yǎng)本科生/研究生科學(xué)的環(huán)境觀、資源觀，提高他們的環(huán)保緊迫感和責(zé)任感，樹立綠色化學(xué)的意識(shí)都具有非常重要的意義。
綠色化學(xué)是維護(hù)生態(tài)環(huán)境的化學(xué)，從長遠(yuǎn)的發(fā)展觀點(diǎn)看，放棄有污染的傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，探索傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化，是本科生/研究生化學(xué)實(shí)驗(yàn)尤其是畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)研究工作的必然趨勢(shì)。近年來依據(jù)綠色化學(xué)理念，長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院指導(dǎo)本科生/研究生在使用化學(xué)藥品時(shí)切實(shí)遵循5R原則，即：減量使用或盡可能少用(Reduce)、循環(huán)使用(Recycle)、重新使用(Reuse)、再生使用(Regenerate)、拒用危險(xiǎn)品(Reject)或采用替代品(replace)。例如，使用到汞的極譜電化學(xué)實(shí)驗(yàn)已于二十多年前被取消了，使用濃酸濃堿的實(shí)驗(yàn)則盡可能減少使用量，并經(jīng)中和處理后再排放。學(xué)院各化學(xué)教研組由教授牽頭，博士積極參與，經(jīng)常就如何實(shí)現(xiàn)普通的化學(xué)實(shí)驗(yàn)尤其是本科畢業(yè)論文多程序?qū)嶒?yàn)以及研究生化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化進(jìn)行細(xì)致的探討，并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行交流推廣。
二、微型化實(shí)驗(yàn)
近年來，大學(xué)本科/研究生畢業(yè)論文化學(xué)實(shí)驗(yàn)為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，適應(yīng)快速合成、高通量篩選等需要，已逐步發(fā)展到快速、集約型、微型化實(shí)驗(yàn)階段，如采用微量進(jìn)樣器、微量試管和微量反應(yīng)容器，微型實(shí)驗(yàn)已逐漸運(yùn)用到國內(nèi)外高等學(xué)校的化學(xué)實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)室管理中。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)一般指以盡可能少的反應(yīng)容器和試劑，來獲取所需化學(xué)信息的實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本特征是：化學(xué)反應(yīng)儀器微型化和化學(xué)試劑使用少量化。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)不是常規(guī)實(shí)驗(yàn)的簡單縮微或減量，而是要在微型化的.條件下對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與探索，達(dá)到以盡可能少的試劑來獲取盡可能多的化學(xué)信息的目的。用于教學(xué)的微型實(shí)驗(yàn)還需具有現(xiàn)象明顯、便于操作、效果良好、成本低、易于推廣的特點(diǎn)。
在我國，近30年來微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)方面取得了可喜的研究成果。杭州師范學(xué)院周寧懷教授為代表，開展了許多化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化的研究，召開了各級(jí)微型化實(shí)驗(yàn)學(xué)術(shù)交流會(huì)議，編寫了一些微型化實(shí)驗(yàn)用教材，同時(shí)研制出一批微型化實(shí)驗(yàn)用儀器等，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化不斷深入進(jìn)行，并在無機(jī)、有機(jī)、分析、物化、高分子化學(xué)等學(xué)科全面展開，成為當(dāng)今實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)。近年來，國內(nèi)各高校如我們長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院逐步改變傳統(tǒng)、粗放型實(shí)驗(yàn)，推廣使用微量反應(yīng)容器，教導(dǎo)學(xué)生尤其是畢業(yè)論文的大學(xué)生/研究生合理安排實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，減少試劑的使用量，既節(jié)省了經(jīng)費(fèi)開支，又減少了化學(xué)污染物的排放，不僅提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，學(xué)生也多次獲得湖南省大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能競賽獎(jiǎng)，由此推動(dòng)了學(xué)院的省級(jí)化學(xué)基礎(chǔ)課示范實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與化學(xué)學(xué)科的發(fā)展。
三、畢業(yè)論文化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化實(shí)踐
(一)逐步開展基于綠色理念化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化
作為理工科大學(xué)長沙理工大學(xué)的化學(xué)與生物工程學(xué)院，我們逐步開展了基于綠色理念的無機(jī)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化的實(shí)踐，其目的是探討實(shí)驗(yàn)儀器微型化和試劑用量減量化，以節(jié)約資源、減少排放。不僅是通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)鞏固、加深本科生/研究生對(duì)無機(jī)化學(xué)基本內(nèi)容、基本理論的理解和驗(yàn)證，更重要的是通過微型無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)化學(xué)教學(xué)的素質(zhì)教育作用，培養(yǎng)本科生/研究生綠色意識(shí)和精細(xì)化操作能力，使本科生/研究生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中既可以獲得第一手的化學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，逐步學(xué)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察、分析、推理和歸納總結(jié)，又能受到科學(xué)方法和思維的訓(xùn)練，培養(yǎng)本科生/研究生認(rèn)真求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和獨(dú)立工作及解決問題的能力，跟上當(dāng)今實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程，從而為將來走上工作崗位從事重要開發(fā)研究工作奠定堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。并期望把本科生/研究生畢業(yè)論文無機(jī)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色微型化的經(jīng)驗(yàn)，在其他學(xué)院的化學(xué)、生物化學(xué)、材料等相關(guān)學(xué)科中推廣應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)本科生/研究生畢業(yè)論文化學(xué)實(shí)驗(yàn)的全面綠色微型化。
(二)根據(jù)專業(yè)特色進(jìn)行指導(dǎo)融合
理工科大學(xué)本科生的無機(jī)、分析化學(xué)類課程是我校的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。課程組對(duì)該類課程進(jìn)行了較多的前期研究工作�，F(xiàn)在各專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容基本為無機(jī)、分析化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容，課程組在現(xiàn)階段的教學(xué)過程中已進(jìn)行了一些融合，根據(jù)專業(yè)的特色進(jìn)行教學(xué)。本科生的無機(jī)、分析化學(xué)系列課程有著豐富的教學(xué)內(nèi)容，該類課程有正式出版的教材，有完整的教輔資料，講課和指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的教師隊(duì)伍由教授和博士領(lǐng)銜，配備了足夠面積的無機(jī)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室有完備和先進(jìn)的儀器設(shè)備，課程的實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果得到了充分的保證，授課內(nèi)容不斷更新，并能與學(xué)科建設(shè)發(fā)展充分地結(jié)合。教師的教學(xué)指導(dǎo)受到學(xué)生的歡迎，在歷次教學(xué)效果測(cè)評(píng)中，教師均獲優(yōu)良評(píng)分。
通過開展基于綠色理念的本科畢業(yè)論文無機(jī)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化的研究，教學(xué)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化，以及在綠色化學(xué)理念的指導(dǎo)下，實(shí)行污染預(yù)防全過程控制和實(shí)驗(yàn)操作事故危機(jī)處理機(jī)制。從教學(xué)指導(dǎo)管理角度出發(fā)，制訂教學(xué)指導(dǎo)計(jì)劃、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等每個(gè)環(huán)節(jié)都要考慮保護(hù)生態(tài)環(huán)境，從而符合綠色化學(xué)的要求。而且，實(shí)際教學(xué)指導(dǎo)過程中，在保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)效果的前提下，積極、合理地應(yīng)用綠色化的措施，可實(shí)現(xiàn)本科/研究生畢業(yè)論文無機(jī)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)酥晾砉た拼髮W(xué)整個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化目標(biāo)。
(三)建立新型人才培養(yǎng)模式
微型無機(jī)、分析化學(xué)等實(shí)驗(yàn)是本科/研究生畢業(yè)論文化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展的方向與趨勢(shì)。開放實(shí)驗(yàn)室，樹立創(chuàng)新意識(shí)，開展本科生/研究生畢業(yè)論文無機(jī)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化可使無機(jī)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)明顯地減少實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染，有效地解決實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足的困難，有利于本科生/研究生綜合素質(zhì)的提高，是培養(yǎng)本科生/研究生創(chuàng)造性思維、創(chuàng)新能力、實(shí)施素質(zhì)教育的有效途徑。
我校是理工科大學(xué)，無機(jī)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及全校十多個(gè)本科生/研究生專業(yè)學(xué)位點(diǎn)，畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)涉及面廣。研究發(fā)現(xiàn)，全校在十多個(gè)本科生/研究生專業(yè)學(xué)位點(diǎn)進(jìn)行無機(jī)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化、微型化實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)，實(shí)施范圍廣，受益本科生/研究生每年預(yù)計(jì)在1500人左右。做好無機(jī)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色微型化教學(xué)指導(dǎo)的研究與實(shí)踐可推廣至理工科大學(xué)整個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系，因此在理工科大學(xué)中具有示范效應(yīng)和十分重要的改革意義。
四、綠色化實(shí)踐成績與展望
近年來，我們通過本科生/研究生畢業(yè)論文化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化研究和實(shí)踐工作的努力，在本科生/研究生畢業(yè)論文無機(jī)、分析化學(xué)等實(shí)驗(yàn)的教學(xué)指導(dǎo)中實(shí)施實(shí)驗(yàn)綠色化，在人才培養(yǎng)、教研教改等方面取得了一些研究成果，在理工科大學(xué)起到一定的示范效應(yīng)。取得的主要成績?nèi)缦隆?/p>
1.課題組成員在核心期刊《實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理》和《教育教學(xué)論壇》上發(fā)表教研教改論文2篇，還有1篇論文被收入《高等師范院校化學(xué)教育教學(xué)前沿研究》。
2.課題組成員獲得湖南省2010年教學(xué)成果三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。
3.我們指導(dǎo)的環(huán)境工程專業(yè)本科生胡靜齡、張?jiān)骑w等同學(xué)在科研創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中能做到化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化并順利完成該項(xiàng)目，已在《化學(xué)學(xué)報(bào)》等國內(nèi)外期刊上公開發(fā)表研究論文2篇，獲得實(shí)用新型專利2項(xiàng);指導(dǎo)張?jiān)骑w等同學(xué)提出的新型智能燃?xì)鉅t項(xiàng)目，在節(jié)能減排方面獲得長沙市第七屆大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽優(yōu)勝獎(jiǎng)最后完成大學(xué)本科學(xué)業(yè)，獲得學(xué)士學(xué)位。
4.課題組成員制作的《無機(jī)化學(xué)》和《分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)》多媒體課件分別榮獲湖南省高校多媒體教育軟件大賽三等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)，指導(dǎo)的本科生/研究生還榮獲了湖南省挑戰(zhàn)杯競賽三等獎(jiǎng)。
5.課題組成員和本科生/研究生的實(shí)驗(yàn)論文獲得湖南省精密儀器測(cè)試學(xué)會(huì)2012年度學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文獎(jiǎng)1項(xiàng)，課題負(fù)責(zé)人獲長沙理工大學(xué)優(yōu)秀指導(dǎo)教師。
然而，由于微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的成套儀器較貴，要完全實(shí)現(xiàn)本科生/研究生畢業(yè)論文無機(jī)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化，目前還有一些困難。但我們可以在能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯�，在可能的�?shí)驗(yàn)條件下，通過改造實(shí)驗(yàn)裝置，使之趨于微型化，盡可能減少污染物的排放，做到實(shí)驗(yàn)綠色化。因此，作為理工科大學(xué)的學(xué)子們，必須牢牢樹立綠色化學(xué)的理念，從源頭上阻止污染。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模谀軌蜻_(dá)到同樣教學(xué)效果的前提條件下，尋找替代品，盡量用低毒或無毒化學(xué)試劑替代有毒化學(xué)試劑。我們長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院無機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)教研組的老師們制訂了周密的研究和實(shí)施計(jì)劃，根據(jù)本科生/研究生畢業(yè)論文教學(xué)、指導(dǎo)的具體情況進(jìn)行優(yōu)化與整合，初步制訂了本科生/研究生畢業(yè)論文無機(jī)、分析化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)大綱，同時(shí)組織課題組成員研討無機(jī)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容，改革、編寫相關(guān)教材內(nèi)容，以適用不同專業(yè)研究方向本科生/研究生畢業(yè)論文化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)與培養(yǎng)的需要。
今后，我們計(jì)劃逐步將綠色理念融于長沙理工大學(xué)的能源、交通、電力、水利、輕工、化工等各個(gè)專業(yè)本科生/研究生畢業(yè)論文的整個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)中，努力培養(yǎng)學(xué)生綠色意識(shí)和精細(xì)化操作能力，進(jìn)一步完善畢業(yè)論文化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化的新型人才培養(yǎng)模式的教學(xué)指導(dǎo)體系。
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