分析化學生態環保觀念分析

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[摘要]無機及分析化學是我校生物工程、生物科學和生態學三個生物專業學生的專業基礎課，是進一步學習其它專業課程的基礎，較為重要。根據三峽大學的實際情況，在實際教學過程中，我們以混合式教學方式為基礎，在教學過程中注重生態環境保護等觀念。該教學內容的改進能有效地提升學生的學習興趣，培養學生的創新能力。教學效果良好，具有一定的參考價值。

[關鍵詞]無機及分析化學；教學；生態環境保護

無機及分析化學是三峽大學三個生物專業：生物工程、生物科學、生態學學生一年級的專業基礎課，是進一步學習其它專業課程的基礎，是一門較為重要的專業基礎課[1-6]。目前我校的無機及分析化學理論課教學64學時，實驗課教學32學時。我校采用的《無機及分析化學》教材是高等教育出版社出版，浙江大學賈之慎主編、張仕勇副主編，2008年6月第二版[1]，該教材在許多高校使用，取得了良好的教學效果，該教材實用性廣泛，但是沒有特別強調生態環境保護的問題。無機及分析化學實驗對學生理解理論知識有重要的幫助，通過實驗，學生能夠將理論與實踐相結合，激發學習興趣和求知欲，培養和提高動手能力，創新能力，從中發現問題、思考問題，提高分析和解決問題的能力。我們在教學中使用的實驗教材是魏琴，盛永麗主編的《無機及分析化學實驗》第二版，2018年科學出版社出版，國內多所大學采用該教材[2]。在以往的教學過程中，我們注重培養學生的專業化學基礎知識，對相應的生態環境保護等知識擴展并不多。目前常用的教學方法有：講授法，以問題為基礎的教學法(Problem-BasedLearning，簡稱PBL)，慕課(MOOC，massiveopenonlinecourses)，微課(microcourse)，SPOC(smallprivateonlinecourse)和翻轉課堂(flippedclassroom)等。單一的教學模式存在或多或少的不足。我們根據教學內容、教學要求，靈活運用線上、線下教學方法，啟發式教學，充分利用混合式教學模式的優勢[7]。三峽大學在長江三峽區域的生態環境保護方面的科學研究成果較為豐富，學?，F有三峽庫區生態環境教育部工程研究中心和三峽地區地質災害與生態環境湖北省協同創新中心。三峽大學這三個生物專業的部分學生畢業后從事三峽區域的生態環境保護方面工作。根據我校的特點，在此基礎上，我們從2016年開始探討在無機及分析化學的理論和實驗教學中，利用混合式教學模式，從具體的章節、案例出發講解生態環境保護等觀念[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，重點考察化工企業搬遷、江水污染治理、濕地修復工作等情況，實地了解長江經濟帶發展戰略實施情況。作出“共抓大保護、不搞大開發”的歷史性決斷，為長江經濟帶發展立下了生態規矩。我們生在長江邊，更要深刻理解、把握生態優先、綠色發展的科學內涵。在湖北宜昌，化工企業的生態環境保護工作是重點，所以在教學中，我們堅持生態環境保護知識的講解與拓展，在教學過程中注重以下四個方面。

1利用慕課的優勢講解宜昌化工企業的污染特性

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有一百余家，一大半是無機化工企業，生產磷肥等產品，存在“化工圍江”的現象。我們利用慕課的優勢，收集一些相關視頻組織學生課后觀看，學生了解相關基礎知識。我們在具體講授環節中就能方便拓展學生的知識面，如在講解酸堿平衡和酸堿滴定、化學反應的一般原理等章節時，強調廢水有一定的酸性，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，在三峽庫區上游的支流易導致水華等，磷污染會導致部分水體產生藻類瘋長，進而消耗水中溶解的氧氣，對水生生物生長不利[10]。生產磷肥的化工企業的三廢中含有少量的氟化氫氣體、粉塵、氟硅酸等，經過雨水等淋洗作用，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，若能將磷肥生產過程中產生的氟化物進行回收利用，不僅有利于生態環境，加快磷化工產業升級，提高磷化工經濟效益，還能解決目前國內氟資源面臨枯竭的難題[11]。2017年以來，宜昌把修復長江生態放在重要位置，出臺了推進化工產業轉型升級三年行動規劃，在2019年底以前，將長江岸線一公里范圍內的化工企業依法全部“關、停、并、轉、搬”，確保長江清水向東流。目前，宜昌已分類整理10個專業化工園區，力促化工企業邁向高端化、循環化、綠色化，而沿江空出來的1公里土地全部植樹復綠。目前部分宜昌磷肥化工企業采用磷礦與濃硫酸反應生產磷肥，生產過程中產生大量磷石膏，部分磷石膏已經加工成建筑材料，但是部分化工企業仍舊會采取填埋的方式處理磷石膏，會帶來環境污染。在化工企業的搬遷中，實現新、舊動能轉換，部分化工企業更換生產流程，采用磷礦與濃硝酸反應生產硝基磷肥，在此過程中將不再產生副產物磷石膏。三廢經過處理后，能回收一定量的原材料，還能實現達標排放，對于長江的生態環境保護會有一個明顯的促進作用。

2基于PBL教學法初步學習污染處理方法

PBL教學法是一種以建構主義理論為指導，提出問題，學生主動學習，強調教師的引導作用。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、元素化學三個章節時，根據三個章節的內在聯系，提出宜昌化工企業的重金屬污染的修復問題。重金屬對生物有不利影響，利用重金屬元素的化學特性，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，指導學生計算在這兩種情況下，重金屬離子的可溶性和相應離子的溶解度。指導學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，指導學生查閱文獻，基于該問題提出解決的方法。部分學生對該問題有興趣，但是這部分內容難度較大，所需時間較多，我們安排在課后答疑時間解決，或者在學院組織的科技創新活動中展開，不占用學生正常的上課時間。通過上述方法，我們充分調動學生學習的積極性。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，會給人類健康帶來不利的影響。這部分教學內容的補充講解為學生后續生物科學、生態專業的學習打下較為扎實的基礎。

3利用微課，提倡公民注重環境保護

微課，以具體知識點或教學環節為主的微型教學視頻，具有主題突出、耗時少、內容精等特點。在物質的聚集狀態這一章節中，我們介紹了表面活性劑的最新發展動態，利用微課的特點，學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。絕大部分學生能從身邊小事做起，力行環保理念。在講解化學反應的一般原理等章節時，我們提到化石能源如煤炭、石油等化學原料，在提供能源的同時會帶來大量的二氧化碳等溫室氣體，對環境不利；而清潔能源如水電、光伏發電、風能等則是環境友好型能源，三峽工程就是最大的清潔能源提供站，平時我們也應該綠色出行。強調，推動高質量發展是做好經濟工作的根本要求。要強化生態環境保護，牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”的理念。三峽大學有不少學生來自農村，農村的生態環境保護工作也很重要。針對學生家長中有部分在農村從事茶葉加工，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，對生態環境不利。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提高和環境保護。

4利用翻轉課堂、SPOC、講授法等推進綠色化、微型化學實驗

在實驗預習中我們推薦使用翻轉課堂和SPOC教學方法。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，并指導學生預習[2,8,12]。學生可以利用碎片化時間預習實驗的重點、難點，2-4人組成實驗學習小組，小組內成員可以利用網絡在線討論交流，老師做好指導，根據學生在線發言質量、次數等情況評分，這是SPOC在實驗預習中的顯著優勢。網絡虛擬課堂可以提高學生的自學能力，更方便引導學生自主學習。實驗中講授法有著不同網絡的重要作用，在老師的實驗操作演示過程中，能直觀地突出重點、難點，也能迅速糾正學生不規范操作。學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，“從生物學的觀點看，大拇指只有兩節，靈活程度要小于三節的食指，當然如果你的大拇指是三節，你就可以用大拇指。”學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效果的前提下，減少部分實驗中化學試劑的使用量，推廣微型化學實驗。微型實驗中化學試劑的用量比較少，實驗運行成本大為降低。微型化學實驗反應中產生的廢氣、廢液、廢棄物質也比較少，開展微型化學實驗教學有利于對學生進行環境保護教育，培養學生樹立綠色環保的觀念。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，降低了后續實驗藥品的消耗，縮短反應時間，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，第一步反應為鐵與稀硫酸反應，該反應會放出氫氣，同時可能有少量其它雜質氣體產生，盡管有較好的通風櫥等，但在實驗室較小空間里，學生會對這些氣體產生一些不良感受。我們將這一步化學反應改為電腦模擬實驗，學生同樣可以掌握實驗操作的要領。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，并要求學生對兩種方法的數據進行對比分析，擴充學生的知識面[2,8,12]。

5結束語

經過幾年的教學實踐，在三峽大學三個生物專業的無機及分析化學的實際教學過程中，我們從具體的章節、案例出發，進行生態環境保護等觀念的講解和拓展，利用混合式教學模式的優勢，在教學時間有限的條件下，進一步擴大學生的知識面，培養學生具有良好的生態環境保護理念，為后續的生物、生態專業課程的學習打下一個良好的基礎，大部分學生反應良好，我們也收獲了較好的教學效果。在以后的教學過程中，我們應該從三峽大學實際出發，進一步貫徹“綠水青山就是金山銀山”的理念，培養具有良好生態環境保護觀念的合格大學生。

作者:李濤 劉懿霆 馬樂 單位:三峽大學