绿色化学课程互动式教学应用...化学反应的原子经济性”为例_李清寒.pdf

2023 年 第 5 期 化学工程与装备 2023 年 5 月 Chemical Engineering&Equipment 277 绿色化学课程互动式教学应用与实践 以“化学反应的原子经济性”为例绿色化学课程互动式教学应用与实践 以“化学反应的原子经济性”为例9 9 李清寒，刘 强，杨 路，杨 强，周 林（西南民族大学化学与环境学院，四川 成都 610041）摘 要：摘 要：“互动式”教学作为当今符合时代潮流的一种授课方式，对提升课堂教学质量具有一定的促进作用。本文以“化学反应的原子经济性”为例，探讨了“互动式”教学在绿色化学课程教学中的应用。教学实践结果表明，“互动式”教学模式在绿色化学课程的教学中效果显著。关键词：关键词：互动式教学；绿色化学；教学改革；应用与实践 基金项目：基金项目：西南民族大学一流本科课程建设项目“绿色化学”(No.2020YLKC24)资助项目 绿色化学也称为环境友好化学、清洁化学、可持续化学 1。目前，绿色化学作为高校化类专业的选修课已在许多高校得到了很好的开展，通过该门课程的学习，使学生具有绿色化学思想，并掌握绿色化学理论、方法和技术。为学生知识体系的构建提供了必要的基础，从而为社会培养高素质的复合型和创新型人才。经过多年的发展，绿色化学的内涵和研究内容得到了进一步的完善和丰富。因此，传统的教学方式已不能满足当今高校培养高素质人才的要求，需要采用新的教学方式来提高绿色化学的课堂教学质量。“互动式”教学作为当今符合时代潮流的一种授课方式，对改变目前高校课堂教学的沉闷氛围，提升学生学习的主动性和学习热情，创新教学模式具有一定的促进作用2。所谓“互动式”教学模式就是在课堂教学中有效实现师生的平等交流，对知识点进行自学、质疑、探讨，然后在教师的正确引导下对知识进行归纳总结，在这一过程中有效激发学生学习的积极性和创新性，进而提升课堂教学质量3。笔者结合自己多年在绿色化学教学中的教学实践，以“化学反应中的原子经济性”教学内容为例，探讨“互动式”教学模式在绿色化学课程教学中的应用。其授课过程如下,供同仁商讨。1 教学目标1 教学目标 1.1 知识与技能（1）掌握原子经济性的概念及原子利用率的计算方法；掌握环境因子与环境商的概念。（2）通过查阅、收集相关资料、课堂讨论发言，培养学生团结协作，知识应用和组织表达等能力。1.2 过程与方法（1）课前学生对学习内容进行预习、查阅和收集相关资料。（2）通过教师的讲解，引导学生根据查阅和收集的资料进行相关问题的讨论。1.3 情感、态度与价值观 通过资料的查阅，教师对知识的讲解，学生的讨论，学习化学反应中的原子经济性、原子利用率、环境影响因子及环境商等绿色化学知识，增强学生的学习兴趣和主动性，培养环保意识和爱国情怀，树立主人翁责任感，体会绿色化学在环境保护和社会发展中的重要作用。2 教学重点 2 教学重点（1）原子经济性的概念及原子利用率的计算方法；环境因子与环境商的概念。（2）提升学生的学习兴趣和主动性，培养环保意识和爱国情怀。3 教学难点 3 教学难点（1）原子经济性的概念及原子利用率的计算方法。（2）课前资料的查阅、收集与整理。4 课前准备 4 课前准备（1）提前通知学生收集、查阅本节课程的相关资料，为课堂的讨论做好准备。（2）各小组成员对所查阅与收集的资料进行分类整理，准备好发言内容。5 具体教学过程 5 具体教学过程 5.1 创设情境，引入课题 播放一些美丽的地球照片 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.05.070278 李清寒：绿色化学课程互动式教学应用与实践以“化学反应的原子经济性”为例 教师：这是多么迷人的自然美景，每一个人都希望生活在这样一个美好的环境中。然而，如今我们生活的地球环境却正在遭受到灾难性的破坏。问题 1.目前人类主要面临哪些环境问题？哪些问题和化学有关？问题 2.形成酸雨的主要物质主要有硫氧化物和氮氧化物，工业上常应用一些易得的化学物质与之反应，从而对硫氧化物和氮氧化物加以控制、消除或回收利用。请举例说明该方法的化学反应原理及反应类型。5.2 理解原子经济性概念，体会绿色化学的思想 教师：实施无污染的清洁生产不仅可以满足人们的物质生活需求，保护环境，而且也可以节约资源。绿色化学的核心就是利用化学原理从源头上减少或消除有毒有害物质的使用或产生。因此，最理想的化学反应就是反应物的原子全部转化到目标产物中，即这个反应就是原子经济性反应。为此，美国化学家 B.M.Trost 在 1991 年提出了原子经济性的概念。原子经济性：化学反应中的反应物中有多少原子进入目标产物。问题 3.请列举出已学习过的原子经济性反应？理想的原子经济性反应有哪些特点？教师：对学生的发言进行归纳总结，引导学生得出：不饱和烃的加成反应，成环加成反应，重排反应，化合反应等属于原子经济性反应。理想的原子经济性反应就是反应物的原子全部进入目标产物，无副产物生成。问题 4.以卤代烃的制备为例，如何设计一个原子经济性化学反应？教师：对不同方法总结、归纳，指出每一种制备方法的优劣。在这些方法中，通过烯烃与卤素或卤化氢的加成反应来制备卤代烃的方法是最佳的方法，即原子经济性反应的合成方法。原子经济性反应：CH2=CH2 +HCl CH3-CH2Cl 5.3 原子利用率的概念及原子利用率的计算 问题 5.化学反应中目标物的产率？产率能否有效的评价一个化学反应的优劣？教师：总结、归纳，引导学生得出：产率不能完全地反映一个化学反应的优劣，因为在看起来很完美的反应有可能产生大量的废物。废物的产生在这一评价中不能体现。产率是一个宏观量。产率(%)=(实际得到目标产物的量)/(理论上原料变为目标产物的量)100%因此，在学习了原子经济性概念之后，那么对一个化学反应的评价就发生了改变，即要用原子利用率来衡量。原子利用率：化学反应中，到底有多少反应物的原子转变到了目标物中1。这是一个微观量。原子利用率=(目标产物的量)/(按化学计量式所得所有产物的量之和)100%=(目标产物的量)/(各反应物的量之和)100%教师：例 1.以乙烯、氯气为原料，采用经典的氯乙醇法制备环氧乙烷，假设每一步反应的产率、选择性均为100%，计算该方法的原子利用率。总反应为：（1-3）摩尔质量/(g/mol)28 71 74 44 111 18 目标产物量/(g)44 废物量/(g)111+18=129 原子利用率=44/(44+111+18)100%=44/(28+71+74)100%=25%问题 6.传统的环氧乙烷生产方法有哪缺点，如何克服这些缺点？教师：教师总结，引导学生得出：传统的环氧乙烷生产方法原子利用率低，反应物有毒的缺点。因此需发展新的环氧乙烷合成方法。新方法：以氧气和乙烯为原料，银为催化剂，合成环氧乙烷，反应的原子利用率可以达到 100%。摩尔质量/(g/mol)28 16 44 目标产物量/(g)44 废物量/(g)0 原子利用率=44/(28+16)100%=44/(44)100%=100%问题 7.新的环氧乙烷生产方法有哪些优点，对环境保护和资源的利用有何影响？教师：教师对同学们讲解的实例进行分析总结，引导学生得出原子利用率达到 100%的反应有两个最大的特点：（1）最大限度地利用了反应原料，节约了资源；（2）最大限度地减少了废物排放。5.4 环境因子与环境商 教师：对于一个化学反应的优劣我们可以应用原子利用率来衡量，那么对于目前我们很多的（下转第 299 页）（下转第 299 页）李 威：“工匠精神”引领下钳工实训课学生职业素养的提升 299 目就是需要加强的地方。考核机制的确定可以让学生明白哪些地方需要提升，在平时的学习过程中将考核的内容完成也就无形中提高了职业素养。4.4 增设新课程内容 当前中职学生开设的课程中与职业素养相关的内容较少，为了提高学生对这方面的认知，今后在新开设的课程中加大该部分的内容，在学生学习知识与技能的同时职业素养也得到提升。不仅在校内也可以增加校外的实践环节，组织学生参加企业实践，让学生接触到真正的加工制造，更清晰地了解职业方向，明确学习目标。从这几届的世界技能大赛来看，我们的学生技能水平都是非常高的，学生所缺少的更多是职业素养中隐性的这一部分，因此要重视提高学生职业道德、职业品质的培养，从小就树立正确的职业理想，为以后走上工作岗位做好准备，也为今后成为合格的技能人才打下基础。参考文献 参考文献 1 李玉梅.基于“工匠精神”的高职院校人才培养创新模式探究以广西高职为例J.教育现代化,2015(10):108.2 郭红.全面提升中职学生职业素养研究J.文学教育(中),2014(07).3 王争.素质冰山理论视域下高职生职业素养的培养J.文教资料,2017(3):123.4 张晓莺.高职学生职业素养的培育与构建J.职教通讯,2016(17):11.5 张晨瑜.技工院校职业素养教育的构建J.南昌教育学院学报.2011(07).6 侯红英,林青.工匠精神视域下高职会计专业学生职业素养的培育与实践研究J.长江工程职业技术学院学报,2018(3):30.7 张宏,涂玮,石莉,等.高职院校学生工匠精神培育的现状与对策J.长江工程职业技术学院学报,2018(3):30.（上接第 278 页）_（上接第 278 页）_ 化学工业生产那又该用怎样的方法来进行评判呢？为此，荷兰有机化学家 R.A.Sheldon 在 1992 年提出了环境因子的概念，用以评估化学化工生产过程对环境的影响程度。环境因子(E 因子)定义为：在化学化工的生产中，除目标产物以外，其他任何物质都是废物。环境因子越大，则化工生产过程产生的废物就越多，对资源的浪费和环境污染也越大。对于原子利用率为100%的原子经济性反应，其环境因子为零。问题 7.讨论炼油、基本化工、精细化工及制药等不同化工及相关生产部门的环境因子。教师：归纳总结，引出原子经济性和环境因子(E 因子)的局限性。环境因子只体现了废物的量与目标产物的量的相对比例，没有考虑废弃物对环境的影响；原子利用率相同的不同反应，由于其废物不同，对环境的危害程度也截然不同。因此，要更为精确地评价一种合成方法、一个化学化工生产过程对环境的影响，必须同时考虑产生废物的量和废物对环境的影响的综合表现。这一综合表现可用环境商（EQ）来描述：EQ=E Q 式中：E 为环境因子；Q 为根据废物在环境中的行为给出的废物对环境的不友好程度。小结：本节课程的主要学习内容：原子经济性的概念，原子利用率的概念，原子利用率的计算方法，原子经济性反应的设计，环境因子与环境商的概念。6 教学反思6 教学反思“互动式”教学模式是一种通过学生自学质疑讨论教师归纳总结的教学方法。这种教学方法抛去了传统的教师为主，学生为辅的教学方式，在平等的基础上进行师生共同学习的教学模式。应用“互动式”教学可以充分体现教师的主导作用，学生的主体地位。同时，在应用“互动式”进行课堂教学时，授课教师要合理地设计教学目标，精心设计互动点，凸显学生的主体地位及灵活应用多种互动模式。经过多年教学实践表明，应用“互动式”教学模式进行绿色化学课程的教学有助于培养学生的学习热情，提升学生的独立思考、主动获取知识和相关信息的能力；拓展学生创造性思维和团队协作观念：培养学生发现问题解决问题能力。其对学生综合素养的发展能起到积极的促进作用。参考文献 参考文献 1 李清寒,赵志刚.绿色化学M.化学工业出版社,2017.2 罗玉福.论互动式教学J.辽宁工学院学报,2007(9):126-128.3 冯英杰,朱爱孔.高校教学质量提升的路径探索以互动式教学为例J.武汉船舶职业技术学院学报,2022(1):15-19.