分析化學(xué)生態(tài)環(huán)保觀念分析

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[摘要]無機及分析化學(xué)是我校生物工程、生物科學(xué)和生態(tài)學(xué)三個生物專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，是進一步學(xué)習(xí)其它專業(yè)課程的基礎(chǔ)，較為重要。根據(jù)三峽大學(xué)的實際情況，在實際教學(xué)過程中，我們以混合式教學(xué)方式為基礎(chǔ)，在教學(xué)過程中注重生態(tài)環(huán)境保護等觀念。該教學(xué)內(nèi)容的改進能有效地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。教學(xué)效果良好，具有一定的參考價值。

[關(guān)鍵詞]無機及分析化學(xué)；教學(xué)；生態(tài)環(huán)境保護

無機及分析化學(xué)是三峽大學(xué)三個生物專業(yè)：生物工程、生物科學(xué)、生態(tài)學(xué)學(xué)生一年級的專業(yè)基礎(chǔ)課，是進一步學(xué)習(xí)其它專業(yè)課程的基礎(chǔ)，是一門較為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課[1-6]。目前我校的無機及分析化學(xué)理論課教學(xué)64學(xué)時，實驗課教學(xué)32學(xué)時。我校采用的《無機及分析化學(xué)》教材是高等教育出版社出版，浙江大學(xué)賈之慎主編、張仕勇副主編，2008年6月第二版[1]，該教材在許多高校使用，取得了良好的教學(xué)效果，該教材實用性廣泛，但是沒有特別強調(diào)生態(tài)環(huán)境保護的問題。無機及分析化學(xué)實驗對學(xué)生理解理論知識有重要的幫助，通過實驗，學(xué)生能夠?qū)⒗碚撆c實踐相結(jié)合，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和求知欲，培養(yǎng)和提高動手能力，創(chuàng)新能力，從中發(fā)現(xiàn)問題、思考問題，提高分析和解決問題的能力。我們在教學(xué)中使用的實驗教材是魏琴，盛永麗主編的《無機及分析化學(xué)實驗》第二版，2018年科學(xué)出版社出版，國內(nèi)多所大學(xué)采用該教材[2]。在以往的教學(xué)過程中，我們注重培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)化學(xué)基礎(chǔ)知識，對相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境保護等知識擴展并不多。目前常用的教學(xué)方法有：講授法，以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)法(Problem-BasedLearning，簡稱PBL)，慕課(MOOC，massiveopenonlinecourses)，微課(microcourse)，SPOC(smallprivateonlinecourse)和翻轉(zhuǎn)課堂(flippedclassroom)等。單一的教學(xué)模式存在或多或少的不足。我們根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求，靈活運用線上、線下教學(xué)方法，啟發(fā)式教學(xué)，充分利用混合式教學(xué)模式的優(yōu)勢[7]。三峽大學(xué)在長江三峽區(qū)域的生態(tài)環(huán)境保護方面的科學(xué)研究成果較為豐富，學(xué)校現(xiàn)有三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心和三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心。三峽大學(xué)這三個生物專業(yè)的部分學(xué)生畢業(yè)后從事三峽區(qū)域的生態(tài)環(huán)境保護方面工作。根據(jù)我校的特點，在此基礎(chǔ)上，我們從2016年開始探討在無機及分析化學(xué)的理論和實驗教學(xué)中，利用混合式教學(xué)模式，從具體的章節(jié)、案例出發(fā)講解生態(tài)環(huán)境保護等觀念[8，9]。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席2018年4月24日深入湖北宜昌考察，重點考察化工企業(yè)搬遷、江水污染治理、濕地修復(fù)工作等情況，實地了解長江經(jīng)濟帶發(fā)展戰(zhàn)略實施情況。作出“共抓大保護、不搞大開發(fā)”的歷史性決斷，為長江經(jīng)濟帶發(fā)展立下了生態(tài)規(guī)矩。我們生在長江邊，更要深刻理解、把握生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展的科學(xué)內(nèi)涵。在湖北宜昌，化工企業(yè)的生態(tài)環(huán)境保護工作是重點，所以在教學(xué)中，我們堅持生態(tài)環(huán)境保護知識的講解與拓展，在教學(xué)過程中注重以下四個方面。

1利用慕課的優(yōu)勢講解宜昌化工企業(yè)的污染特性

湖北宜昌擁有豐富的磷礦資源，被稱為“磷都”。湖北宜昌沿江一公里化工企業(yè)有一百余家，一大半是無機化工企業(yè)，生產(chǎn)磷肥等產(chǎn)品，存在“化工圍江”的現(xiàn)象。我們利用慕課的優(yōu)勢，收集一些相關(guān)視頻組織學(xué)生課后觀看，學(xué)生了解相關(guān)基礎(chǔ)知識。我們在具體講授環(huán)節(jié)中就能方便拓展學(xué)生的知識面，如在講解酸堿平衡和酸堿滴定、化學(xué)反應(yīng)的一般原理等章節(jié)時，強調(diào)廢水有一定的酸性，直排長江會對中華鱘、江豚等長江生物的生長不利。過量使用含磷洗衣粉會帶來一定程度的磷污染等，在三峽庫區(qū)上游的支流易導(dǎo)致水華等，磷污染會導(dǎo)致部分水體產(chǎn)生藻類瘋長，進而消耗水中溶解的氧氣，對水生生物生長不利[10]。生產(chǎn)磷肥的化工企業(yè)的三廢中含有少量的氟化氫氣體、粉塵、氟硅酸等，經(jīng)過雨水等淋洗作用，沉降到長江，盡管長江每年的徑流量大，但是對長江仍有一定程度的影響，同時這類酸性氣體會影響人們的呼吸，對人們身體不利等。而實際上氟化物是重要的化工原料，若能將磷肥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氟化物進行回收利用，不僅有利于生態(tài)環(huán)境，加快磷化工產(chǎn)業(yè)升級，提高磷化工經(jīng)濟效益，還能解決目前國內(nèi)氟資源面臨枯竭的難題[11]。2017年以來，宜昌把修復(fù)長江生態(tài)放在重要位置，出臺了推進化工產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級三年行動規(guī)劃，在2019年底以前，將長江岸線一公里范圍內(nèi)的化工企業(yè)依法全部“關(guān)、停、并、轉(zhuǎn)、搬”，確保長江清水向東流。目前，宜昌已分類整理10個專業(yè)化工園區(qū)，力促化工企業(yè)邁向高端化、循環(huán)化、綠色化，而沿江空出來的1公里土地全部植樹復(fù)綠。目前部分宜昌磷肥化工企業(yè)采用磷礦與濃硫酸反應(yīng)生產(chǎn)磷肥，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量磷石膏，部分磷石膏已經(jīng)加工成建筑材料，但是部分化工企業(yè)仍舊會采取填埋的方式處理磷石膏，會帶來環(huán)境污染。在化工企業(yè)的搬遷中，實現(xiàn)新、舊動能轉(zhuǎn)換，部分化工企業(yè)更換生產(chǎn)流程，采用磷礦與濃硝酸反應(yīng)生產(chǎn)硝基磷肥，在此過程中將不再產(chǎn)生副產(chǎn)物磷石膏。三廢經(jīng)過處理后，能回收一定量的原材料，還能實現(xiàn)達標(biāo)排放，對于長江的生態(tài)環(huán)境保護會有一個明顯的促進作用。

2基于PBL教學(xué)法初步學(xué)習(xí)污染處理方法

PBL教學(xué)法是一種以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，提出問題，學(xué)生主動學(xué)習(xí)，強調(diào)教師的引導(dǎo)作用。我們在講解沉淀溶解平衡與與沉淀滴定法、配位化合物與配位滴定、元素化學(xué)三個章節(jié)時，根據(jù)三個章節(jié)的內(nèi)在聯(lián)系，提出宜昌化工企業(yè)的重金屬污染的修復(fù)問題。重金屬對生物有不利影響，利用重金屬元素的化學(xué)特性，可以考慮采用生成沉淀，生成配合物的方法等，從而達到降低重金屬向生物體的遷移等，指導(dǎo)學(xué)生計算在這兩種情況下，重金屬離子的可溶性和相應(yīng)離子的溶解度。指導(dǎo)學(xué)生分析判斷高溫對有機污染物的分解處理可能有利，但是高溫對于重金屬的處理是否可行？該問題具有一定的實際意義，指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻，基于該問題提出解決的方法。部分學(xué)生對該問題有興趣，但是這部分內(nèi)容難度較大，所需時間較多，我們安排在課后答疑時間解決，或者在學(xué)院組織的科技創(chuàng)新活動中展開，不占用學(xué)生正常的上課時間。通過上述方法，我們充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。污染后處理的生物方法，例如可以采用微生物的方法、植物吸附等，但是不能采用食用作物的方法處理重金屬污染，如果這樣重金屬會進入人體循環(huán)，會給人類健康帶來不利的影響。這部分教學(xué)內(nèi)容的補充講解為學(xué)生后續(xù)生物科學(xué)、生態(tài)專業(yè)的學(xué)習(xí)打下較為扎實的基礎(chǔ)。

3利用微課，提倡公民注重環(huán)境保護

微課，以具體知識點或教學(xué)環(huán)節(jié)為主的微型教學(xué)視頻，具有主題突出、耗時少、內(nèi)容精等特點。在物質(zhì)的聚集狀態(tài)這一章節(jié)中，我們介紹了表面活性劑的最新發(fā)展動態(tài)，利用微課的特點，學(xué)生能迅速地了解肥皂與洗衣液等是不同類型的表面活性劑，明白了兩者不能混合使用等。絕大部分學(xué)生能從身邊小事做起，力行環(huán)保理念。在講解化學(xué)反應(yīng)的一般原理等章節(jié)時，我們提到化石能源如煤炭、石油等化學(xué)原料，在提供能源的同時會帶來大量的二氧化碳等溫室氣體，對環(huán)境不利；而清潔能源如水電、光伏發(fā)電、風(fēng)能等則是環(huán)境友好型能源，三峽工程就是最大的清潔能源提供站，平時我們也應(yīng)該綠色出行。強調(diào)，推動高質(zhì)量發(fā)展是做好經(jīng)濟工作的根本要求。要強化生態(tài)環(huán)境保護，牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”的理念。三峽大學(xué)有不少學(xué)生來自農(nóng)村，農(nóng)村的生態(tài)環(huán)境保護工作也很重要。針對學(xué)生家長中有部分在農(nóng)村從事茶葉加工，我們提到茶葉加工中使用煤炭會對茶葉品質(zhì)不利，同時煤炭在燃燒工程中，還會帶來重金屬的污染、粉塵的污染等。如果用木材作為能源來加工茶葉，會砍伐大量樹木，對生態(tài)環(huán)境不利。宜昌提倡“以電代煤”“以電代材”加工茶葉，這樣有利于茶葉品質(zhì)提高和環(huán)境保護。

4利用翻轉(zhuǎn)課堂、SPOC、講授法等推進綠色化、微型化學(xué)實驗

在實驗預(yù)習(xí)中我們推薦使用翻轉(zhuǎn)課堂和SPOC教學(xué)方法。對于一些要求較高的實驗，我們嘗試把實驗原理和操作重點拍成視頻，并指導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)[2,8,12]。學(xué)生可以利用碎片化時間預(yù)習(xí)實驗的重點、難點，2-4人組成實驗學(xué)習(xí)小組，小組內(nèi)成員可以利用網(wǎng)絡(luò)在線討論交流，老師做好指導(dǎo)，根據(jù)學(xué)生在線發(fā)言質(zhì)量、次數(shù)等情況評分，這是SPOC在實驗預(yù)習(xí)中的顯著優(yōu)勢。網(wǎng)絡(luò)虛擬課堂可以提高學(xué)生的自學(xué)能力，更方便引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。實驗中講授法有著不同網(wǎng)絡(luò)的重要作用，在老師的實驗操作演示過程中，能直觀地突出重點、難點，也能迅速糾正學(xué)生不規(guī)范操作。學(xué)生實驗操作有些普遍錯誤，例如：用移液管吸取溶液時，總是有學(xué)生用大拇指來按住移液管管口。我們上課時詼諧地講到，“從生物學(xué)的觀點看，大拇指只有兩節(jié)，靈活程度要小于三節(jié)的食指，當(dāng)然如果你的大拇指是三節(jié)，你就可以用大拇指。”學(xué)生在輕松愉快的氛圍中記住了操作要求。我們在保證實驗教學(xué)效果的前提下，減少部分實驗中化學(xué)試劑的使用量，推廣微型化學(xué)實驗。微型實驗中化學(xué)試劑的用量比較少，實驗運行成本大為降低。微型化學(xué)實驗反應(yīng)中產(chǎn)生的廢氣、廢液、廢棄物質(zhì)也比較少，開展微型化學(xué)實驗教學(xué)有利于對學(xué)生進行環(huán)境保護教育，培養(yǎng)學(xué)生樹立綠色環(huán)保的觀念。如在粗鹽的提純實驗中，我們把粗鹽的使用量由教材中的8.0克減少為5.0或者4.0克，降低了后續(xù)實驗藥品的消耗，縮短反應(yīng)時間，同時也能達到滿意的實驗效果。在硫酸亞鐵銨的制備實驗中，第一步反應(yīng)為鐵與稀硫酸反應(yīng)，該反應(yīng)會放出氫氣，同時可能有少量其它雜質(zhì)氣體產(chǎn)生，盡管有較好的通風(fēng)櫥等，但在實驗室較小空間里，學(xué)生會對這些氣體產(chǎn)生一些不良感受。我們將這一步化學(xué)反應(yīng)改為電腦模擬實驗，學(xué)生同樣可以掌握實驗操作的要領(lǐng)。在食用醋中總酸度的測定中，我們按照實驗教材上的要求進行滴定操作，同時又補充進行pH計測定食用醋中總酸度的實驗，并要求學(xué)生對兩種方法的數(shù)據(jù)進行對比分析，擴充學(xué)生的知識面[2,8,12]。

5結(jié)束語

經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐，在三峽大學(xué)三個生物專業(yè)的無機及分析化學(xué)的實際教學(xué)過程中，我們從具體的章節(jié)、案例出發(fā)，進行生態(tài)環(huán)境保護等觀念的講解和拓展，利用混合式教學(xué)模式的優(yōu)勢，在教學(xué)時間有限的條件下，進一步擴大學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生具有良好的生態(tài)環(huán)境保護理念，為后續(xù)的生物、生態(tài)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下一個良好的基礎(chǔ)，大部分學(xué)生反應(yīng)良好，我們也收獲了較好的教學(xué)效果。在以后的教學(xué)過程中，我們應(yīng)該從三峽大學(xué)實際出發(fā)，進一步貫徹“綠水青山就是金山銀山”的理念，培養(yǎng)具有良好生態(tài)環(huán)境保護觀念的合格大學(xué)生。

作者:李濤 劉懿霆 馬樂 單位:三峽大學(xué)