书城社会科学研究型大学建设本科教学改革的研究与实践
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第117章 教学内容与课程体系改革()(58)

(二)通过试题形式强化学生对绿色化学的认识

试题形式简单明了,有意识地选择了能体现绿色化学教育的试题,可以让学生在解题过程中自然地感受到绿色教育。原子经济性是绿色化学的一个重要内容,可以在试题中,通过计算原子利用率,让学生进一步理解原子经济性的含义。

显然第二种方法的原子利用率高。通过此计算过程,不但能使学生掌握原子利用率的概念,而且可以通过比较,确定第二种方法为绿色化学合成路线。再通过举一反三,学生就可以更加理解绿色化学的概念。

一些试题,例如,比较超临界流体与普通流体相比有何区别?生物质作为反应原料的优缺点?常见可降解和不可降解的基团有哪些?都是比较好的绿色化学试题,可以加深学生对绿色化学的理解。另外,在教学中适量增加一些环保知识选择试题及日常生活知识选择试题,有助于增强学生对绿色化学教育的兴趣。

(三)结合化学实验教学,强化绿色化学教育

在实验教学中,贯彻绿色化学的思想特别重要。绿色化学作为一门选修课,也应该开设一些实验课,以便从实际经验中强化学生的绿色化学意识。绿色化学实验是在绿色化学思想的指导下,用从源头消除化学污染的新思想和新技术对常规实验进行改革而形成的化学实验。如苯甲醛的绿色合成、一步绿色合成苯胺实验,都是比较典型的绿色化学实验,下面以苯和羟胺一步绿色合成苯胺实验为例来具体地说明。

苯胺是一种重要的有机原料和精细化工中间体。传统的苯胺合成方法包括硝基苯铁粉还原法,硝基苯催化加氢法,苯酚、卤代苯胺化法等,这些方法步骤较多,操作条件苛刻,资源消耗量大,环境污染严重,不符合可持续发展和绿色化学的思想。新方法是直接将氨基引入苯环,可以简化反应过程。另外,新方法还明显提高了反应的原子利用率,对节约资源和消除环境污染有重要的意义。该反应是以羟胺为氨基源,以V2O5/γ-Al2O3为催化剂,在乙酸-水介质中进行液-固复相反应,能够高选择性、高收率地得到目标产物苯胺,反应式为C6H6+NH2OH·HCl V 2O 5/γ - Al 2O 3HAc -H2O C6H5NH2。

由苯和羟胺一步绿色合成苯胺的实验步骤如下:将烧瓶置于恒温磁力加热搅拌器水浴中,依次加入V2O5/γ-Al2O3催化剂、盐酸羟铵、乙酸、蒸馏水和磁力搅拌子,恒温搅拌20min 后加入苯,恒温回流、搅拌反应4h。将反应后混合物冷却至室温,抽滤出催化剂粉末,向滤液中加入一定体积的NaOH 水溶液至PH 67,用乙醚萃取出有机相。

苯和羟胺一步绿色合成苯胺实验以实际生动的例子说明,绿色化学要实现“原子经济性”,达到节约能源,从源头上消除污染的目的,关键是选择高活性、高选择性及稳定性能良好的催化剂。在课程中还可以进一步,对绿色催化剂的发展进行探讨,包括分子筛、杂多酸、固体酸、光催化剂、电极催化剂、酶催化剂及膜催化剂等,以扩充学生的视野。

此外,还可以利用多媒体等技术,对实验原理、装置、流程、实验过程进行仿真,让学生在计算机上进行模拟、仿真,完成实验。这样的实验方式把预防化学污染的思想贯穿于化学教育的全过程中,一方面有利于培养学生的绿色化学意识,另一方面对学生综合素质的提高也是很有帮助的。“绿色化学”选修课课时一般为32学时,建议开设2个实验(8学时)即可。

二、“绿色化学”选修课教学方法的设计

(一)促进课堂教学中学生的参与度

现代教学不仅要重视知识的最终获得,还要重视帮助学生理解知识的形成过程,更要重视学生获得知识的探究过程。在“绿色化学”选修课教学中,我们采取了让学生自己准备课件参与讲课的方式。比如,按教学计划,绿色涂料在第9周开讲,我们在第5周上课时把这一讲的内容分为紫外光固化涂料、水性涂料、粉末涂料几部分,让学生自己选择感兴趣的内容进行准备。可以一人或多人一组,从图书馆或网上查询有关资料。在第9周上课时,每组推举一个学生上讲台讲课,时间为15min。学生非常喜欢这种方式,在准备课件的过程中,丰富和加深了他们对绿色化学知识的掌握和理解。课件中不但论据充足,引证合理,而且加入了学生自己的观点和想象,并和实际生活结合起来。另外,课件画面做得很精美,加入了生动的动画及语音文件,引人入胜。通过这种方式,学生还做了环境治理和绿色生活的课件,把环境治理中的水处理的内容与校园内明湖的水处理系统结合起来,实地去采访调查。这样就把身边的实际生活和理论知识相结合,深化了对绿色化学的理解,拓宽了知识领域,并且活跃了课堂气氛。

(二)注重教学方法改革的个性化发展

在课堂教学中,尽量减少对学生的统一约束和要求。如果对学生约束过多,统一性太强,容易使学生缺乏个性。在教学内容和教学过程的组织上,针对不同层次的学生,应给予不同程度的要求,以至提出不同内容的学习任务。在教学方法和手段的选用上,应针对不同层次的学生,给予有差别的教学辅助。比如,学生自己准备课件参与讲课的方式,是由学生自主选择感兴趣的课题,如选题时有冲突,可以进行协调。课件准备的情况及讲课的效果记入平时成绩。在期末论文的选题中,也充分体现自由和民主的精神。学生可以从教师列出的几十个题目中选题,也可以围绕绿色化学这个中心,根据自己的专业和兴趣,自行拟定题目。

另外,教师还通过电子邮件和电话与学生紧密联系,学生可以随时向教师提出对课程的建议。

(三)开展绿色化学实践活动

在“绿色化学”选修课的教学中,我们还尝试开展了绿色化学的实践活动。将全班学生分成若干小组,每个小组自己组织活动,以多种形式开展绿色化学实践活动。活动结束后,要求各个小组以小论文或调查报告的形式进行交流汇报,由学生选出的评委对各个小组的实践活动进行评价和打分,成绩记入期末总成绩。学生对此类活动非常感兴趣,能够积极认真地参与。例如,即将毕业的学生组成的一个小组,以绿色化学项目为背景,提交了一份创业计划;环境工程专业的学生依托本专业的优势,对学校人工湖的水质进行了检测;还有一个小组则对学校的中水利用情况认真地进行了一次走访调查活动,访问了中水处理中心的工作人员,并去中水处理站参观学习,将整个活动拍摄成录像向同学们播放展示。总之,绿色化学实践活动开阔了学生的视野,使学生能够在实践活动中学习运用绿色化学的知识,有助于提高学生的自主学习能力,体现了尊重和发展学生个性的特点。

三、绿色化学课程评价

课程评价既要关注结果,又要关注过程。绿色化学选修课的学生学习质量评定包括平时成绩和期末论文成绩。平时成绩包括课堂表现、出勤率、课件准备、讲授质量及绿色化学实践活动,占总成绩的30%。其中,课件准备及讲授质量评定是比较重要的内容,评定分为两部分,即课件准备和讲课情况,从学生中选出10个评委对此打分,最后取平均成绩。

课程的期末论文是以绿色化学为主题写一篇科技论文。课程论文的评定主要考查两方面,一是论文的内容是否符合要求;二是论文的格式是否正确,正确的格式应具有标题、姓名、摘要、关键词、正文及参考文献;三是论文的深度是否能体现某一领域的最新进展。

“绿色化学”课程教学资源建设

刘莲云,颜鲁婷,戴春爱,张辉

(北京交通大学理学院,100044)

摘要:绿色化学教育的理念已经深入人心,为了进一步提高教学质量及教学水平,加强绿色化学课程教学资源建设具有重要的意义。本文从开放教育资源建设的重要性出发,对“绿色化学”选修课的教学资源建设进行了探讨,包括“绿色化学”教材建设、课件建设、论文报告建设、期刊建设及网络资源建设等几个方面。

关键词:绿色化学 教学资源

绿色化学的主要特点在于它是在始端就采用污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。它研究污染的根源——污染的本质在哪里,而不是去对终端或过程污染进行控制或进行处理。绿色化学关注在现今科技手段和条件下对人类健康和环境有负面影响的各个方面和各种类型的化学过程。绿色化学主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子,具有原子经济性,因此它既能充分利用资源,又能够实现防止污染。

1995年,清华大学宋心琦教授在《大学化学》上撰文,介绍“绿色化学工艺”,最早提出应加强绿色化学教育。两年后的1998年,清华大学又提出了建设“绿色大学”的倡议,全面实施绿色科技、绿色教育和绿色校园。但是,绿色化学教育真正引起高校的重视是从1997年开始的。1998年“绿色化学”作为一门独立的新课,在中国科技大学由中科院院士、中国科技大学校长朱清时顺利实施,《大学化学》期刊为此专门作了报道。1998年底,北京香山科学大会的主题涉及绿色化学,重视绿色化学教育问题同时被研讨。目前,开展绿色化学教学的高校正在日益增多,设置化学化工专业的学校一般都开设“绿色化学”这门课程,其中四川大学胡常伟教授已经把“绿色化学”这门课程建设成了省级精品课。

绿色化学教育的理念已经深入人心,为了进一步提高教学质量及教学效果,加强绿色化学课程教学资源建设具有重要的意义。要从课程改革入手,用发展的眼光,建立充实而完善的课程教学资源和教育资源库,促进教育资源共建共享,提高教学质量和水平。课程资源指有利于实现课程目标的各种因素,它的概念是非常丰富的,本文对“绿色化学”选修课的教学资源建设进行了探讨,包括“绿色化学”教材建设、教学课件建设、论文报告建设、期刊建设及网络资源建设等几个方面。

一、绿色化学教材建设多样化

教材是体现教学内容和教学方法的知识载体,是进行教学的基本工具,也是深化教育教学改革,全面推进素质教育,培养创新人才的重要保证。教材一直是我国学校教育的主要课程资源。随着科技的高速发展,知识换代速度的加剧,要求教材多样化,教材水平要跟上科技发展水平的脚步。另外,为适应多样化的教学需要,也要求教材多样化。因此,教材多样化是课程教材改革的重要任务。

为适应全面推进素质教育的需要,必须扩大教材品种,实现教材系列配套。同一门课程的基本教材、辅助教材、教学参考书也要系列配套。有条件的应做到文字教材与电子教材同时规划、协调发展。同时,为了提高教学质量,也要注意适当安排教学指导书等教师用书的编写与出版。各高校要建立教材评介制度和教材选用管理制度,保证高质量教材进入课堂,提高优质教材的使用效益。

近年来出版的绿色化学着作如表1所示,分为国内着作、译着及部分国外着作两大部分,是按出版时间进行排序。可以看到绿色化学的教材做到了多样化,那么在这么多选择面前怎样做到教材及配套教学参考书的选择呢。首先,要注重因材施教,对于不同专业、不同层次的学生要有不同的配套教材。研究生、本科生、专科生的培养有各自的要求,要各自构成自己的教学体系,为人才的培养发挥不同的作用。比如,对化学化工专业的学生,教学内容应涉及绿色化学的专业知识,具有一定的深度,授课应能反映当前绿色工艺和技术的最新发展水平。因此应该选择原理、应用并重的绿色化学原理与应用作为基本教材,《绿色有机催化》、《绿色氧化与还原》、《石油炼制和基本有机化学品合成的绿色化学》、《绿色化工技术与产品开发》等作为配套教材,讲课内容应该根据专业特点有不同的侧重点,朝深度发展。对于与化学化工相关的专业,主要介绍绿色化学的基本概念,灌输绿色化学思想,培养绿色化学意识,内容不宜太全、太深,可选择《环境与绿色化学》、《绿色化工与绿色环保》、《绿色化学导论》作为基本教材及配套教材。教师在充分理解教材的基础上,可以根据实际需要对教材进行增减、调整、置换,使教材发挥更大的效用。讲课的同时注重让绿色化学的理念深入人心。

选用教材必须以质量为标准。鼓励优先选用获省部级以上奖励的优秀教材、教育部各专业教学指导委员会推荐的教材、国家级规划教材、北京市精品教材建设立项教材,鼓励使用优秀的外国原版教材。再者,提倡选用近3年出版的新教材或修订版教材(特别是理工类),注重培养学生的创造新知识、探索新领域的能力。此外,绿色化学教材的使用不应该是一成不变的。因为绿色化学毕竟是一门新兴学科,正处于发展和完善阶段,所以教材的选用也应该及时更新,使绿色化学的教学能够反映当前绿色化学的最新发展水平。

每学期课程排定后,课程组任课教师在对现有教材进行比较的基础上提出拟选用教材。