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關鍵詞: 實驗室廢液處理方法
中圖分類號: O6-31 文獻標識碼: A 文章編號:
隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,特別是工業(yè)、科研、教育等事業(yè)規(guī)模的不斷擴大,使得我們城市中的各種實驗室的數(shù)量不斷增加。實驗室數(shù)量的增加導致排放的廢液日益增多,這些廢液往往含各種有毒有害物質(zhì),由于目前一般的實驗室基本上都沒有獨立的污水處理設施,造成了這些廢液都未經(jīng)處理就進入城市污水管網(wǎng),有的甚至最后流入江河中或者滲入地下,對環(huán)境造成的污染不容忽視。不過,隨著人們環(huán)保意識的不斷增強和相應環(huán)保法規(guī)的不斷完善,化學實驗室廢水處理也已成為化學實驗管理的一項重要工作,因此關于化學實驗室廢水處理方法的探討,對于保護我們生活的城市的環(huán)境有著積極的意義。
化學實驗室產(chǎn)生廢液的種類
不同工作性質(zhì)的化學實驗室的廢液中污染物的成分不同,總體上按化學性質(zhì)可分為有機化學污染物和無機化學污染物兩大類。有機廢液含有常用的有機溶劑、有機酸、醚類、多氯聯(lián)苯、有機磷化合物、酚類、石油類、油脂類物質(zhì),有些甚至是含有劇毒的,如農(nóng)藥、苯并(α)芘、黃曲霉毒素、亞硝胺等;無機廢水主要含有重金屬、重金屬絡合物、酸堿、強堿、氰化物、砷化物、硫化物、鹵素離子以及其他無機離子等,其中汞、砷、鉛、鎘、鉻等重金屬的毒性不僅強,且有在人體中有蓄積性。
化學實驗室廢液排放的現(xiàn)狀及危害
目前我國還沒有專門針對實驗室廢液排放的標準,廢液排放遵守《污水綜合排放標準》(GB8978-96)。為加強實驗室類污染的環(huán)境監(jiān)管,防止實驗室類污染危害環(huán)境,損害人體健康,從2005年l月1日起,我國已將科研、監(jiān)測等單位實驗室按照污染源進行管理,其污染納入環(huán)境監(jiān)管范圍。但是,由于歷史的原因,我們很多化學實驗室的廢液排放的檢測數(shù)據(jù)還是不夠理想,如排放的廢液pH值呈偏酸性或者重金屬含量超標等現(xiàn)象還是存在。若這些廢液未經(jīng)處理就直接排入了江、河、湖、海,使某些有害污染物質(zhì)進入水體 ,從而使水的感觀性狀(色、嗅、味、濁等)、物理化學性能(pH值、氧化還原電位、放射性等)、化學組成(無機組成和有機組成)、生物組成(種群、數(shù)量、形態(tài)等)和底質(zhì)狀況發(fā)生惡化,妨礙了天然水體的正常功能,造成對水生生物及人類生活、生產(chǎn)用水的不良影響。這必將對人類環(huán)境造成巨大傷害,因此亟需進行有效地處理。
3、化學實驗室廢液常見的處理方法
化學實驗室廢液處理是基礎化學實驗的組成部分,所以處理方法必須簡單易操作,理論上講它可以分為儲存和處理兩個階段。含量較低的污染物用適當方法處理后達到排放標準的予以排放,對于高含量的物質(zhì)和一些貴金屬,可用一定方法濃縮、回收、變廢為寶,殘液可以排放。
3.1化學實驗室有機廢液處理方法
實驗室有機廢液處理方法:實驗室能夠自行處理的自行回收處理,不能自行處理的可定期交到環(huán)保部門統(tǒng)一處理。
(1)包含苯、已烷、二甲苯、甲苯、煤油、輕油、重油、油、切削油、機器油、動植物性油脂及液體和固體脂肪酸等物質(zhì)的廢液:對可燃性物質(zhì)用焚燒法處理;對難于燃燒的物質(zhì)及低濃度的廢液,用溶劑萃取法或吸附法處理;對含有重金屬的機油類廢液,要保管好焚燒殘渣。
(2)對甲醇、乙醇及醋酸之類溶劑:能被細菌作用而易于分解,可對這類溶液用大量水稀釋后排放。
(3)含重金屬的有機廢液:將其有機質(zhì)分解后做無機類廢液進行處理。
(4)對有機酸或無機酸的酯類及部份有機磷化合物等容易發(fā)生水解的物質(zhì):加入氫氧化鈉或氫氧化鈣在室溫或加熱下進行水解,水解后若廢液無毒害時,把它中和稀釋后排放;如果含有有害物質(zhì)時,用吸附等適當?shù)姆椒右蕴幚怼?/p>
(5)含酚廢液的處理:低濃度的含酚廢液可加入次氯酸鈉或漂白粉煮一下,使酚分解為二氧化碳和水。如果是高濃度的含酚廢液,可通過醋酸丁酯萃取,再加少量的氫氧化鈉溶液反萃取,經(jīng)調(diào)節(jié)pH值后進行蒸餾回收,處理后的廢液排放。
(6)黃曲霉毒素:可用2.5%次氯酸鈉溶液浸泡達到去毒的效果。
3.2化學實驗室無機廢液處理方法
化學實驗室無機廢液處理方法按其作用原理可分為物理法、化學法、生物法。由于實驗室廢液的無機成分簡單、種類多、數(shù)量少,通常采用化學處理法。化學處理法就是利用化學反應的作用來分離,回收廢液中各種形態(tài)的污染物質(zhì)。以下是常見無機廢液的處理法:
3.2.1.酸、堿廢液?;瘜W實驗室內(nèi)最常見就是酸、堿廢液。一般廢液常用做清洗劑。經(jīng)大量水洗涮后濃度極稀,可直接排放。濃度較高的酸堿廢液平時分開貯存,再中和處理??刂苹旌弦篜H值在6.58.5之間,達到排放標準。
3.2.2.汞及含汞廢液。測量溫度或極譜分析操作失誤時,要及時清除散落的汞。用在硝酸汞的酸性溶液中浸過的薄銅片、粗銅絲收集于燒杯中,再用水覆蓋。散落于地面難以收集的微小汞珠,應盡快噴上20%三氯化鐵的水溶液,干后再清除干凈?;蛉錾狭蚍郏蛊浠铣啥拘暂^小的硫化汞后清除干凈。
3.2.3.含鉻廢液的處理。含鉻廢液主要來源是電鍍廢水酸洗液及制備有機化合物等,一般這種廢液中含有Cr3+和Cr6+兩種價態(tài)的重金屬,Cr6+毒性很大??梢韵蚝t廢液中加入還原劑,如硫酸亞鐵、亞酸氫鈉、二氧化硫、水合肼或者廢鐵屑,在酸性條件下還原為CrⅢ,然后加堿如NaOH、Na2CO3等調(diào)節(jié)pH值,使Cr3+形成低毒的Cr(OH)3沉淀。反應為: Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O然后加入適量堿液調(diào)節(jié)溶液的PH值,并在適當?shù)臏囟认录由倭康腍2O2或通以空氣,不斷攪拌。最后將溶液中過量的Fe2+氧化為Fe3+,并以Fe(OH)2、Fe(OH)3和Cr(OH)3形式沉淀共同析出。沉淀物經(jīng)脫水處理后,可得組成符合鐵氧體組成的復合氧化物。沉淀經(jīng)脫水干后可以用焙燒法處理,使其與煤渣一起焙燒,處理后的鉻渣可填埋。
3.2.4.含銀廢液的回收?;瘜W實驗室的含銀廢液主要以AgNO3和Ag(NH3)2+等形式存在。在廢液中通過HCl調(diào)節(jié)PH值,加NaCl得到沉淀,將得到的白色固體用硝酸洗滌后過濾回收。3.2.5.含氰廢液的處理。濃度較低的氰化物廢液可以加入NaOH調(diào)節(jié)PH值在10以上,再加入HClO充分攪拌,使有毒的CN變成無毒的CO2和N2。反應為:NaCN+NaOH+HClO=NaCNO+NaCl+H2O2NaCNO+2HClO=2CO+N2+H2+2NaCl總之,化學實驗室廢液未經(jīng)無害化處理不能直接排放,實驗室內(nèi)應配備專門的稀釋排放無害處理后的廢液設施及場地,實驗室廢液應按照“在混合前盡快處理掉”和“制備人親自負責安全處理”原則進行。通過對化學實驗室廢液的有效處理,可以將我們的實驗室污染降到最低,以有效的保護我們的城市生活環(huán)境。
參考文獻:
【關鍵詞】實驗廢水;處理方法;預防措施
前言
隨著我國近年高校招生比例的增大和科技創(chuàng)新能力的提升,高校教學和科研活動愈加頻繁,有些實驗所用危險化學試劑、劇、雌激素等對環(huán)境產(chǎn)生嚴重污染的藥品,所產(chǎn)生的廢水多半未經(jīng)過任何處理就直接排放到下水道中,給環(huán)境造成了嚴重的污染。
同時,各實驗室及各實驗人員所從事的實驗項目不同,且同一實驗人員的實驗內(nèi)容也經(jīng)常變換,雖然各類實驗室的廢水排放量較少,但排放次數(shù)較多,濃度也不定,成分也較復雜,因此對環(huán)境的污染也具有多樣性。尤為高校中的化學實驗室,化學藥品上百種,許多試劑及其反應物如各種酸、堿、重金屬鹽等對人體和環(huán)境都是有害的。他們有些很難降解,可以在環(huán)境中長期存在;有些則在降解過程中產(chǎn)生二次污染;有些則通過食物鏈的富集進入人體而造成毒害作用。因此,認真回收和處理實驗室污水中的廢棄物不僅是實驗人員的職責,也是實驗室管理的一個重要方面。
1.實驗室廢水的來源和種類[1]
根據(jù)實驗室廢水中所含主要污染物的性質(zhì),可以分為有機廢水、無機廢水和含病原微生物廢水。其中無機廢水中含有重金屬、重金屬絡合物、酸堿、硫化物、氰化物以及其它無機離子等;有機廢水中含有常用的有機溶劑如有機酸、酚類、醚類油脂類等物質(zhì);含病原微生物實驗廢水主要是生物實驗室化驗廢水、解剖臺沖洗廢水等。
根據(jù)實驗室廢水中所含污染物的主要成分來分類,可以分為酸性廢水、堿性廢水、重金屬廢水、含酚廢水、鹵類廢水等。
根據(jù)實驗室廢水中污染物含量的不同,可以分為高濃度實驗廢水、低濃度實驗廢水和無污染水。其中高濃度實驗廢水一般包括液態(tài)失效試劑、液態(tài)實驗廢棄物或中間產(chǎn)物、各種洗滌液;低濃度實驗廢水包括實驗儀器、實驗產(chǎn)物的低濃度洗滌廢水和實驗室各項保潔衛(wèi)生用水;無污染水則包括實驗過程中用到的冷卻水、水浴及恒溫等加熱用水、其它清潔用水等。
2.實驗室廢水的處理方法及原則
高校實驗室廢水量少,間斷性強,危害性高,污染物的組成不同,從而導致處理的原理和方法不同,因此,處理這類廢水有一定難度。目前處理此類實驗室污水比較成熟的方法有以下幾種。
2.1 絮凝沉淀法[2,3]
此方法適用于含有重金屬離子較多的無機實驗廢水。當確定了廢水中的重金屬離子后,選出合適的絮凝劑,比如石灰、鐵鹽、鋁鹽等,在弱堿性條件下可形成Mn(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3等絮凝狀沉淀,同時這些絮狀沉淀也具有吸附作用,可以在去除重金屬離子的同時,去除部分水中的其他污染物,降低水中化學需氧量,提高廢水的可生化性。
2.2 硫化物沉淀法[4]
此方法主要針對含有鎘、鉛、汞等重金屬較多的實驗室污水,一般是用Na2S或NaHS把廢水中的重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶于水的金屬硫化物,再和Fe(OH)3共沉淀進行分離。具體做法:將廢水的PH值調(diào)到8.0-10.0,向廢水中加入過量的Na2S,使其生成硫化物沉淀,再加入FeSO4作為共沉淀劑,生成的FeS將水中懸浮的金屬硫離子吸附而形成共沉淀,靜置、分離并過濾。
2.3 氧化還原中和沉淀法
此方法的原理是:成離子狀態(tài)的無機金屬離子可以利用一些還原劑將其轉(zhuǎn)化為金屬單質(zhì),再經(jīng)過分離。常用的還原劑有Fe、Zn、NaBH4、等[5]。
2.4 活性炭吸附法[6]
此方法多用于去除用化學或物理方法不能去除的微量溶解狀態(tài)的有機物。具體處理方法:將廢水分為有機和無機兩相并分離,再用活性炭進行二次吸附,這種方法的化學需氧量去除率可達93%,同時活性炭還能吸附部分無機金屬離子。
2.5 焚燒法[7]
此方法適用于可形成乳濁液之類的廢液。但要避免因使用此方法而造成二次污染。例如,只含有碳、氫、氧元素的有機廢物在燃燒時一般不會造成二次污染,而含有鹵素、氮,硫等元素的有機廢物焚燒時將會產(chǎn)生NO、NO2、SO2等多種有毒氣體,此時就應該考慮采用其它的方法。
2.6 處理含重金屬離子實驗廢水的其它方法
在處理含重金屬離子的廢水方法中,除了以上的硫化物和絮凝沉淀法外,還有電解凝聚法、吸附法、磁分離法及還原離心法、離子交換法[8]等。比如利用還原離心法去除重金屬離子時,在6 000r/min條件下反應30min,汞離子的去除率達到100%,鉛離子可達98.3%。
2.7 高濃度有機廢水處理方法
處理高濃度的有機廢水除了可以用上述的焚燒法和活性炭吸附法外,還可以利用溶劑萃取法、氧化分解法、水解法以及生物化學處理法[9]等。例如廈門大學開發(fā)的高濃度有機廢水水解―好氧循環(huán)一體生物處理技術,可實現(xiàn)高濃度有機廢水的高效生物處理。
3.預防和減少實驗廢水的措施
3.1 減少藥品的使用
董素清等人通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)[10],生產(chǎn)1t硫酸產(chǎn)品就排放酸洗廢液2~5t,含硫酸的水洗廢液10~15t。這說明生產(chǎn)實驗所需藥品將造成大量的污染,在實驗中減少藥品的使用也就減少了污染。同時,應該尋求用新的實驗方法代替落后的實驗方法,用新藥品代替現(xiàn)有藥品,盡量用無毒害性的藥品代替舊的有害物質(zhì)。
3.2 實驗藥品進行回收
對實驗室廢棄物進行分類處理并回收再利用,這樣不僅可減小對環(huán)境的污染,還可以減少化學藥品的浪費。郭子英[11]等提出了化學實驗室廢液的回收與利用方法。利用沉淀物的不溶性,可從產(chǎn)生沉淀的實驗廢棄物中回收固體藥品。例如,從氯、溴、碘的性質(zhì)實驗中回收銀化物,從硫酸的性質(zhì)、硫酸根離子的檢驗實驗中回收含鋇的物質(zhì),從硫酸的性質(zhì)實驗中產(chǎn)生的HCl氣體用堿液(NaOH)進行回收等。Osteen,Audrey B等人[12]研究了采用濃縮的方法從實驗室廢水中提取Hg。衍忠[13]根據(jù)廢棄物的一般處理原則,提出了含Hg等7類實驗室常見廢棄物的處理辦法,介紹了6種有機溶劑和3種貴重金屬的回收與提純,為實現(xiàn)實驗室廢物回收利用和提純提供了確實可行的操作。
3.3 預處理
實驗室排放的廢水,一般分為有機廢水和無機廢水。當確定了廢水的性質(zhì)后,再根據(jù)各種離子沉降的特性,選擇合適的絮凝劑(石灰、鐵鹽、鋁鹽等)進行處理。也可以采取氧化還原中和沉淀法、活性炭吸附法、有機化學藥品的提純、蒸餾、離子交換等方法。[14-15]如含Pb、Cd的實驗廢水可以通過加入石灰乳調(diào)節(jié)pH值至6~8之間,從而將生成Pb(OH) 2和Cd(OH) 2沉淀。含Cr6 +廢水可在酸性條件下還原為Cr3 +,在堿性條件下生成Cr(OH)3沉淀,采用這種方法即可除去其中的有毒有害物質(zhì)。絮凝沉淀也是實驗廢水處理的一個可行辦法。
結(jié)語
高等院校實驗室廢水的處理,實質(zhì)上就是采用各種手段和技術,將廢水中的污染物分離或轉(zhuǎn)化為無毒、無害物質(zhì),從而使廢水得到凈化,達到直接排放或便于收集的標準。由于高校實驗室廢液的組成相對復雜,排放量小,排放周期不定,瞬時排放濃度較高,不可能只用一種方法就能把所有污染物去除殆盡,因此處理廢液往往需要幾種方法組合,才能取得較好的處理效果。同時,實驗室廢液的管理是一個很重要的環(huán)節(jié)。因此,在高校,除了需要有關部門加大投入外,每位實驗人員要提高環(huán)境保護和自身防護意識,養(yǎng)成良好實驗習慣,按照規(guī)范操作,盡可能的把實驗廢水造成的危害降到最小,為保護環(huán)境和生態(tài)校園的建設做出自己的貢獻。
參考文獻:
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隨著素質(zhì)教育的推進,實驗已經(jīng)成了化學教學中必不可少的一種輔助教學手段,在化學教學中占據(jù)越來越重要的位置,但同時也帶來了嚴重的環(huán)境污染。據(jù)調(diào)查報道,全省乃至全國有絕大多數(shù)的實驗室處于環(huán)保監(jiān)控真空。由于經(jīng)濟、技術等方面的因素,大多數(shù)實驗室的廢液都是稀釋后直接排入城市生活污水管道,對我們的生活環(huán)境造成嚴重污染。因為污水處理根本治不了試劑污染。據(jù)了解,實驗室的污染主要有生物性污染和化學性污染兩種。其中生物性污染包括生物廢棄物污染和生物細菌毒素污染,如血液、尿、糞便、各種電泳液、特種生物試劑等;而化學性污染則包括有機物污染和無機物污染。部分實驗室甚至存在放射性污染。另外實驗室的工作人員如果沒有環(huán)保意識,對從事的某些實驗操作要求(規(guī)程)不熟悉,缺乏規(guī)范操作,也將會造成實驗室的污染。因此,增加實驗室建設的投入,在改善實驗室條件的同時,還應全面推行綠色化學、清潔實驗,盡量用無毒、低毒試劑替代高毒試劑,使其達到排污要求。
作為曾經(jīng)的中學化學實驗室的實驗員,結(jié)合自己平時工作的經(jīng)驗,我認為綠色化學實驗室可以嘗試從以下幾個方面做起:
一、選擇污染少的分析方法
在保證實驗效果的前提下,用無毒害、無污染或低毒害、低污染的試劑替代毒性較強的試劑,盡量用無毒、低毒試劑替代高毒試劑。例如,在驗證S2-的還原性實驗時,可以用硫化鹽代替有毒的硫化氫。在一些特定實驗要用到高毒性藥品時,一定要用封閉的收集桶收集廢液。
教師在進行教學實驗時,還要特別注意發(fā)揮教學多媒體的作用。教學多媒體是知識經(jīng)濟的產(chǎn)物,它是信息社會的標志之一,在化學實驗教學中,計算機輔助教學模擬化學實驗(仿真實驗)是一種化學試劑和儀器裝置“零投入”和“廢棄物零排放”的特殊實驗方式,它非常適合于演示實驗。因為演示實驗主要是用于培養(yǎng)學生的觀察能力和用于模仿而非訓練動手操作能力的。某些毒害較大的化學實驗(例如實驗室制取氯氣、硫化氫等有毒氣體的實驗)及一些危險性實驗(例如鋁熱反應)也可以采用這種方式,從而可防止為了學習一點兒知識而付出高昂的環(huán)境代價的做法。
二、改進實驗條件,開展推廣微型實驗
在實驗中改善實驗裝置是有效防止有毒氣體逸散、有毒液體外溢的重要舉措。一些商品化實驗裝置的產(chǎn)生可以大大減少實驗中化學試劑的用量,這在只重培養(yǎng)觀察能力的演示實驗中尤其應大力推廣。
微型實驗是指在微型化的儀器裝置中進行的實驗,其試劑用量是常規(guī)實驗的數(shù)十分之一甚至千分之一。微型實驗雖然用量少,但是現(xiàn)象很清楚,且反應速度較快。因此,開設微型實驗是節(jié)約藥品、減少開支、降低實驗污染的簡便方法。
三、改進實驗方法
改進實驗方法,可以減少試劑使用量。在實驗別是演示實驗中教師應盡量減少用量,只要可以看到現(xiàn)象就可以;分組實驗中更應向?qū)W生灌輸節(jié)約的思想,固體只需覆蓋試管底部,液體取2~3 mL。當然最好是實驗前實驗員將每組的用量加以限制,避免學生造成不必要的浪費,多余藥品造成環(huán)境污染。另外,在一些實驗中可重復使用的藥品要及時回收,例如在做與鈉有關的實驗時,用剩的鈉要及時回收;在進行萃取實驗時,萃取劑要進行回收。在有些實驗中可以利用固體代替液體,以大大減少有毒試劑的使用,減少污染。例如,在進行焰色反應實驗時,就可以直接用固體代替溶液。在滿足實驗要求的情況下,要適當降低采樣量。在有些需要使用溫度計的實驗中盡量使用酒精溫度計,以減少水銀溫度計可能帶來的汞污染。
四、制定實驗室工作計劃
實驗員對實驗室的管理不能只局限于實驗,還應包括實驗室的建設、藥品裝置的添置、及時制訂實驗室教學計劃以及實驗室材料的整理等。對于藥品、儀器的添置,實驗員最好有明確的計劃,對暫時用不上的試劑不要購買,以免時間一長,藥品過期,既浪費又會造成污染。對于有些可回收的試劑要盡量回收,例如利用四氯化碳萃取的實驗中,實驗結(jié)束后應將四氯化碳進行回收再用。對實驗中的產(chǎn)物也可以回收再用;在容量瓶的使用實驗中配制了大量氯化鈉溶液,以前都是直接倒入洗滌池,現(xiàn)在我要求全部回收,用于酸堿鹽的檢驗或焰色反應;在鈉、鎂、鋁的活動性實驗中,以往學生做完鈉與水反應實驗后,不僅要將多余的鈉、鎂、鋁進行回收,對于生成的氫氧化鈉也要求倒入指定燒杯收集起來,用以滴定實驗或酸堿中和實驗。這樣不僅減少污染,而且節(jié)約了大量藥品。
五、進行無污染的清潔
1.創(chuàng)新能力培養(yǎng)思路
1.1 找出存在問題
以往的高校培養(yǎng)模式中,受傳統(tǒng)的“重理論、輕實踐,重知識,輕能力”思想觀念的影響,普遍存在著重視理論教學、忽視實踐教學的現(xiàn)象,具體表現(xiàn)在:實驗教學的目標不是以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為直接教學目標,而是以強化學生對理論知識學習,熟練掌握某種操作技能為目的;實驗教學內(nèi)容過度依附于理論教學,演示性、驗證性的實驗類型較多,綜合性、設計性的實驗較少;實驗教材落后,未跟上現(xiàn)代科學技術的發(fā)展;實驗教學過程強調(diào)模仿和訓練,學生只需要按照實驗教材規(guī)定的實驗方案、儀器、設備和實驗步驟進行實驗操作、觀察和記錄實驗結(jié)果即可,學生在整個實驗過程中只是被動參與,沒有主動思考。
環(huán)境科學與工程是實踐性很強的學科,而且發(fā)展十分迅速,領域在不斷擴大,熱點問題不斷涌現(xiàn),學科水平提升很快,但在本科教學中也普遍存在前述問題,亟待確立新的培養(yǎng)模式,開拓新的培養(yǎng)方法6-]。
1.2 確立創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式
為適應學科發(fā)展和社會服務的要求,南京大學環(huán)境科學與工程實驗教學中心在實驗教學過程中,以學生為本,以培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)、調(diào)動學生潛能、提高學生自主創(chuàng)新能力為目標,不斷改進實驗教學方法和手段°8,摸索出了一套創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式。
該模式可歸納為“頂天”、“立地”式,即:一方面依托國家重點學科、國家重點實驗室、國家工程中心等高水平教學科研平臺和環(huán)境學院高水平的師資隊伍,將實驗教學與科研相結(jié)合,鼓勵學生早期進入實驗室進行科研訓練,實現(xiàn)“頂天”;另一方面將實驗教學與工程應用和社會實踐相結(jié)合,加強暑期學校的生產(chǎn)實習和實踐教學活動,建立穩(wěn)定的校外實習基地和中試基地,開展多種形式的社會實踐活動,鼓勵學生走出象牙塔、關愛自然、服務公眾、回報社會,鍛煉學生切實解決實際問題的能力,實現(xiàn)“立地”。
2.實驗教學與科研相結(jié)合的方式
2.1 科研成果轉(zhuǎn)化為實驗內(nèi)容
南京大學環(huán)境科學與工程實驗教學中心堅持實驗教學內(nèi)容與我國環(huán)保形勢和國際學術前沿接軌,鼓勵實驗教師積極開展科學研究和實驗改革研究,將自己的科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學的內(nèi)容。如:早在上世紀90年代,當時的實驗室主任孔令仁教授就將自己的“光化學氧化降解有機污染物”的研究成果轉(zhuǎn)化到專業(yè)實驗課“環(huán)境化學實驗”中,開發(fā)了“萘水溶液中的光化學氧化實驗“產(chǎn)生柱法測定萘水的溶解度”等新實驗,近年還把新開發(fā)的“多功能光降解儀器”應用到教學實驗中;楊柳燕教授把國家自然科學基金項目研究成果轉(zhuǎn)化成“環(huán)境微生物學實驗”中“有機污染物的微生物降解一高效脫酣菌的分離和篩選實驗”,并將Ames試驗轉(zhuǎn)化為“鼠傷寒沙門氏菌/晡乳動物肝微粒體致突變性實驗”;孫成教授把新技術“雙波長與導數(shù)光譜法”應用到專業(yè)基礎實驗課“環(huán)境監(jiān)測實驗”中,開發(fā)了新實驗“雙波長與導數(shù)光譜法測定廢水中苯酣與2,-二硝基苯酣”;高士祥教授將其主持的國家自然科學基金項目“環(huán)糊精對難降解有機污染物的降解機理研究”的部分內(nèi)容編寫成研究性實驗一“增溶實驗”,應用于低年級學生的開放性實驗中,等等。
2.2 本科生創(chuàng)新性實驗計劃
南京大學自2007年4月起全面啟動了大學生創(chuàng)新訓練計劃,由本科學生個人或創(chuàng)新團隊在指導教師的指導下,自主選題、自主設計并完成實驗。環(huán)境科學與工程實驗教學中心在學校投入專項經(jīng)費、設立創(chuàng)新訓練指導中心的基礎上,追加投入經(jīng)費和人員指導,構(gòu)建了完整的國家、省、校、院系四級大學生創(chuàng)新訓練體系,積極組織學生申報,學生也展現(xiàn)出較高的科研熱情和良好的實踐能力。3年來累計申報通過65項,支持總經(jīng)費26.7萬元。其中2007年獲得國家級、省級重點支持的7項,校級項目8項;2008年獲得國家級、省級重點支持的7項,校級項目15項;2009年目前已獲得省級1項,校級14項。迄今已結(jié)題16項,獲得國家級優(yōu)秀3項。
2.3 開放性實驗
南京大學環(huán)境科學與工程實驗教學中心根據(jù)低年級學生主要接受化學、生物、物理等基礎實驗訓練的特點,依據(jù)學校“優(yōu)化課內(nèi)”,“強化課外”的教學原則,為浦口校區(qū)一二年級學生開放實驗室,設置開放性實驗,提高低年級學生對專業(yè)的認識。開放實驗的內(nèi)容及手段均綜合了多門學科,是集基礎知識、學科前沿動態(tài)與實際應用為一體的綜合性實驗。其中包括:小麥受重金屬脅迫實驗研究、工業(yè)廢水實驗室模擬多級處理實驗、浦園室內(nèi)外環(huán)境空氣污染檢測與控制研究、浦園水體富營養(yǎng)化檢測與控制研究等12項實驗項目。參加學生120人次/年,并提交相應實驗報告及論文6940。
2.4 本科生導師制度
為強化科研與教學的相互滲透,鼓勵學生早期進入實驗室進行科研訓練,環(huán)境學院設立了本科生導師制度,吸納本科生在二三年級即可自主選擇導師、參與導師承擔的重大課題的研究,并對本科生開放重點實驗室、資料室,提倡本科生和研究生合作進行實驗和研究活動,鼓勵本科生學研結(jié)合,積極撰寫和發(fā)表學術論文。
在本科學習階段,很多學生受益于創(chuàng)新性實驗計劃和本科生導師制度,發(fā)表了學術論文,參與了專利申請。近年來,本科生37篇,其中SCI論文10篇。
2.5 本科畢業(yè)論文和設計與導師科研課題掛鉤
多數(shù)本科生畢業(yè)論文和設計均從導師承擔的課題中選題,使學生有機會接觸學術前沿。根據(jù)近3年的統(tǒng)計,41%的本科生畢業(yè)論文選題來自指導老師承擔的國家級課題,29%來自省部級項目。
3.實驗教學與工程應用和社會實踐相結(jié)合的方式
環(huán)境科學與工程是應用性極強、與社會密切相關的學科,承擔著解決經(jīng)濟發(fā)展中必然伴隨而來的環(huán)境問題的重任。因此,實驗教學中心突出理論教學與實際工程和社會應用的結(jié)合,鼓勵學生走出象牙塔,通過多種方式達到關愛自然、服務公眾、回報社會的目的。
3.1 暑期學校
南京大學自2003年起實行3學期制,在暑期舉辦5周時間的暑期學校,著力培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)。中心承擔了環(huán)境學院“暑期學?!钡慕虒W任務,通過聘請國內(nèi)外學者開設專題課及講座、安排研究型實驗、組織數(shù)學建模等競賽培訓、建立穩(wěn)定的校外實習基地、以及開展多種形式的社會實踐活動,鍛煉學生的實踐能力,并通過指導學生完成實習報告、小學期總結(jié)或撰寫學術小論文等,提高綜合能力。
3.2 教學實習
中心與多家科研院所、企業(yè)、環(huán)保管理部門建立了長期的合作關系,擁有穩(wěn)定的教學實習基地,為學生提供接觸工程和社會的機會。這些基地包括:南京地理與湖泊研究所太湖生態(tài)系統(tǒng)實驗站、中石化揚子石化水廠、南京大學宜興環(huán)??萍佳邪l(fā)中心、江蘇泗洪洪澤湖濕地自然保護區(qū)、江蘇省環(huán)境科學研究院、江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心站、南京市環(huán)境監(jiān)測中心站、常州市環(huán)境保護局、江蘇戈德環(huán)??萍加邢薰尽⒔K三強環(huán)境工程有限公司等。這些實習基地均有良好的設施、穩(wěn)定的指導教師隊伍,教學實習工作規(guī)范化、制度化,能滿足不同專業(yè)教學實習的要求。其中南京大學宜興環(huán)??萍佳邪l(fā)中心為環(huán)境工程專業(yè)的學生提供中試基地,成為實驗教學中重要的組成部分。
3.3 暑期社會實踐
暑期社會實踐是鍛煉學生能力、培養(yǎng)學生人文素養(yǎng)的重要手段,學生經(jīng)過社會實踐的洗禮后能達到“長見識,增才干”的鍛煉效果。中心在學生實踐方面給予了很高的支持力度,連續(xù)3年被評為“南京大學暑期社會實踐先進集體”,多支團隊和個人受到省級和校級表彰。以2008年為例,成功申請暑期社會實踐團隊9個,都非常成功地完成了實踐任務,取得了優(yōu)異的成績,其中“濕地使者行動”綠色蒲公英”等實踐團均引起了當?shù)毓姾兔襟w的關注和稱贊。
3.4 環(huán)保協(xié)會活動
中心通過支持南京大學環(huán)境保護協(xié)會的活動,在學生中開展各類環(huán)境主題活動,同時加強學生對外交流,服務于社會。如開展各類環(huán)保知識講座;組織“綠色”系列活動與南京大學青年志愿者協(xié)會合作在校內(nèi)以及紫金山開展垃圾清理志愿服務;在南京市梅花山以及揚州市開展環(huán)境風險與人身健康調(diào)研系列活動;組織綠色活動、濕地使者行動等品牌活動。
3.5 實驗教學開到海外
為拓展人才培養(yǎng)視野,中心致力于本科生國際交流合作,將實驗教學的課堂開到海外。
(1)本科生赴海外著名大學插班學習。每年均有人數(shù)不等的學生派到美國、澳大利亞、日本、芬蘭和香港等地學習和生活,直接接受國外著名大學的熏陶,培養(yǎng)實驗能力和國際化的眼光。
(2)赴美科學實踐之旅。聯(lián)合美國自然科學研究院和美國圣約瑟夫大學于2008年8月共同組織了一支包括2名教授、名博士生、2名碩士生和8名本科生的學習交流團隊,赴美國費城等地參加了為期20天的活動,以引導學生走出校園、邁出國門、接觸世界、開拓視野,在理論聯(lián)系實際的基礎上深入探究環(huán)境問題的根源和本質(zhì),努力探求解決當前環(huán)境問題的有效途徑。
(3)赴名古屋市、常州市污水處理廠參觀比較實踐。2008年8月,05級同學組團聯(lián)系并參觀了日本名古屋市的名古屋市寶神污水、污泥處理場、寶神廢物回收利用中心以及挖留污水處理廠,通過與名古屋污水處理廠與工作人員深入交流,就名古屋市污水處理事業(yè)發(fā)展、現(xiàn)狀、所面臨的難題以及處理工藝等展開討論,同時結(jié)合環(huán)境工程暑期實習前往常州市污水處理廠的生產(chǎn)實踐,比較了兩市污水處理發(fā)展情況,嘗試找出差距,并探究了中國在發(fā)展污水處理時的著力點,如何預防缺乏遠見的發(fā)展模式。
4.結(jié)語
中圖分類號:G632.41
文獻標識碼:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2012.07.043
在提倡素質(zhì)教育的今天,對學生學力成長的研究已經(jīng)有了很大的進展。學力是由顯性學力和隱性學力組成的,顯性學力主要是“知識、理解”和“技能”,而支撐其的隱性學力的主要是“思考力、判斷力、表現(xiàn)力”和“興趣、動機、態(tài)度”。應試教育僅僅關注顯性學力,素質(zhì)教育則關注顯性學力和隱性學力的統(tǒng)一,更加注重“活動—探究—表現(xiàn)”的教學模式?;瘜W實驗在這種模式中有著不可替代的作用,有專家這樣說:化學實驗具有一定的導向,它能激發(fā)學生創(chuàng)新意識;它具有一定心理功能,它能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神;它具有一定方法功能,它能訓練學生創(chuàng)新思維;它具有一定操作功能,它能加強學生的適應能力?;瘜W實驗既是學生學習化學的重要方式,又是學生學習的重要內(nèi)容。在化學教學中,通過實驗不僅可以使學生獲得化學知識,學會實驗技能;更重要的是通過實驗創(chuàng)設生動的學習情景,達到激發(fā)興趣、啟迪思維,培養(yǎng)科學態(tài)度和科學方法的目的,從而將顯性學力和隱性學力的提升有機統(tǒng)一在一起。
但現(xiàn)實情況不容樂觀,化學實驗并沒有得到應有的重視。我們在常州市區(qū)學校所作調(diào)查可知(學生705人):課堂上老師經(jīng)常組織學生進行探究實驗的占20.1%,學校組織化學課外實踐活動的占21.7%,學校開放實驗室由學生做探究實驗占13.5%……雖然新教材在實驗的數(shù)量和質(zhì)量上有所提高,淡化了教師的演示實驗,加強了實驗的自主性和選擇性,但由于重視程度不夠、實驗條件不夠、工作量大、課時緊、高考壓力大、教師怕麻煩等原因,高中化學實驗教學反而有弱化的趨勢。針對這種現(xiàn)狀,我們在加強實驗教學方面作了一些探索和嘗試。
一、加強課堂探究實驗
依據(jù)不同的課型,對蘇教版高中化學教材中的“活動與探究”、“觀察與思考”等欄目設計出不同的實驗教學流程,進行實驗研究,盡可能多地給學生動手實驗的機會。一般的流程為確立問題提出假設實驗探究分析歸納延伸拓展。①提出有探究價值的問題,并進行猜想和假說。②收集并整理有關資料整合已有信息。③設計實驗方案。④實驗與觀察,獲取事實與證據(jù)。⑤數(shù)據(jù)分析與處理。⑥表達與交流。教師要為學生創(chuàng)設親歷探究過程的平臺,提供學生所需的素材,引導學生順利進行實驗探究學習;強調(diào)學生之間的交流和討論,防止學生疏于反思和評價。這樣堅持下去一定有利于學生自主建構(gòu)學科知識、有利于學生學習科學探究的方法、有利于學生提高實驗的綜合能力、有利于學生養(yǎng)成良好的科學態(tài)度和科學精神。
二、開放課后實驗
利用校本選修課進行趣味實驗、創(chuàng)新實驗實踐。在周六和周日開放實驗室;特別倡導實驗的微型化、綠色化,以身邊的物品做化學實驗。
我校在高一開設了選修課趣味化學實驗,如固體酒精制備、大晶體的制備、彩色焰火、火山爆發(fā)、粉筆炸彈、變色的“花朵”、自制豆腐等;高二開設了選修課創(chuàng)新實驗,主要有課本實驗的改進、感興趣實驗的設計及探索、新型實驗裝置的設計與使用等。高一年級主要是提升學生對化學實驗的興趣,激發(fā)學生學習化學的動機和激情,同時了解常見的實驗儀器、操作和實驗安全等方面的常識。高二年級則在此基礎上著力提高學生的化學實驗能力(包括設計、實施、評價等),全面提升學生的學力。
學生對實驗非常感興趣,也很投入。有學生這樣寫道:“化學的世界是神奇的,不可能輕易完成一個容易的實驗;美妙的化學帶給我們美妙的享受,在感受這的同時,我們知道,學好化學,必須學習會探究它的原理,不怕失敗,勇往直前?!币灿袑W生這樣描述:“當一切都已經(jīng)結(jié)束,然而我們卻戀戀不舍。當?shù)弥@是最后的一節(jié)課,每個人都在盡自己的力量能多完成一些自己喜歡的,或者是還沒有來的及做過的實驗。不是所有的人都愿意在這里終結(jié)。實驗不會終結(jié),堅信的,不會的……”。
三、積極進行全體參與和小組研究相結(jié)合的課外綜合探究活動
我們十分重視在課外活動中培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。主要采用全體參加與小組研究相結(jié)合的活動方式,變少數(shù)人參加為全員參與。
結(jié)合學校的科技節(jié),我們組織學生進行了化學魔術匯演,高一年級各班以班級為單位,各班選出參加的一個小組,側(cè)重趣味性、表演性、觀賞性;高二年級選修化學各班進行自主實驗設計和探究,學生自選感興趣的實驗,設計實驗流程,寫出實驗報告,在老師指導下完成實驗,體驗實驗的艱辛和快樂,最后形成一批實驗報告。學生的潛力是巨大的,給他們一個機會,還你們一大驚喜。
作為學校環(huán)境課程的重要組成部分,我校添置了有關環(huán)境監(jiān)測的儀器和設備,如空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)、污水檢測和處理系統(tǒng);組建學生團隊,進行環(huán)境監(jiān)測實踐活動。
利用社會實踐活動的機會,走向生活,走向社會。我們的學生參觀過污水處理廠、環(huán)境監(jiān)測站,也曾走上街頭和社區(qū)做過調(diào)查走訪。在這些過程中,我想他們收獲的不僅僅是顯性學力,更多的是隱性學力。
教育的終極目的是實現(xiàn)人格的成長,而學力成長是人格成長的”主干工程,化學實驗則是提升學生學力成長的有效途徑。我們每一位化學教師都應該重新審視實驗在化學教學中的地位和作用,盡自己最大的努力,培養(yǎng)學生成為具有創(chuàng)新精神和實踐能力的身心和諧發(fā)展的人。