前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇化学实验室污水处理方法范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
关键词: 实验室废液处理方法
中图分类号: O6-31 文献标识码: A 文章编号:
随着社会经济的快速发展,特别是工业、科研、教育等事业规模的不断扩大,使得我们城市中的各种实验室的数量不断增加。实验室数量的增加导致排放的废液日益增多,这些废液往往含各种有毒有害物质,由于目前一般的实验室基本上都没有独立的污水处理设施,造成了这些废液都未经处理就进入城市污水管网,有的甚至最后流入江河中或者渗入地下,对环境造成的污染不容忽视。不过,随着人们环保意识的不断增强和相应环保法规的不断完善,化学实验室废水处理也已成为化学实验管理的一项重要工作,因此关于化学实验室废水处理方法的探讨,对于保护我们生活的城市的环境有着积极的意义。
化学实验室产生废液的种类
不同工作性质的化学实验室的废液中污染物的成分不同,总体上按化学性质可分为有机化学污染物和无机化学污染物两大类。有机废液含有常用的有机溶剂、有机酸、醚类、多氯联苯、有机磷化合物、酚类、石油类、油脂类物质,有些甚至是含有剧毒的,如农药、苯并(α)芘、黄曲霉毒素、亚硝胺等;无机废水主要含有重金属、重金属络合物、酸碱、强碱、氰化物、砷化物、硫化物、卤素离子以及其他无机离子等,其中汞、砷、铅、镉、铬等重金属的毒性不仅强,且有在人体中有蓄积性。
化学实验室废液排放的现状及危害
目前我国还没有专门针对实验室废液排放的标准,废液排放遵守《污水综合排放标准》(GB8978-96)。为加强实验室类污染的环境监管,防止实验室类污染危害环境,损害人体健康,从2005年l月1日起,我国已将科研、监测等单位实验室按照污染源进行管理,其污染纳入环境监管范围。但是,由于历史的原因,我们很多化学实验室的废液排放的检测数据还是不够理想,如排放的废液pH值呈偏酸性或者重金属含量超标等现象还是存在。若这些废液未经处理就直接排入了江、河、湖、海,使某些有害污染物质进入水体 ,从而使水的感观性状(色、嗅、味、浊等)、物理化学性能(pH值、氧化还原电位、放射性等)、化学组成(无机组成和有机组成)、生物组成(种群、数量、形态等)和底质状况发生恶化,妨碍了天然水体的正常功能,造成对水生生物及人类生活、生产用水的不良影响。这必将对人类环境造成巨大伤害,因此亟需进行有效地处理。
3、化学实验室废液常见的处理方法
化学实验室废液处理是基础化学实验的组成部分,所以处理方法必须简单易操作,理论上讲它可以分为储存和处理两个阶段。含量较低的污染物用适当方法处理后达到排放标准的予以排放,对于高含量的物质和一些贵金属,可用一定方法浓缩、回收、变废为宝,残液可以排放。
3.1化学实验室有机废液处理方法
实验室有机废液处理方法:实验室能够自行处理的自行回收处理,不能自行处理的可定期交到环保部门统一处理。
(1)包含苯、已烷、二甲苯、甲苯、煤油、轻油、重油、油、切削油、机器油、动植物性油脂及液体和固体脂肪酸等物质的废液:对可燃性物质用焚烧法处理;对难于燃烧的物质及低浓度的废液,用溶剂萃取法或吸附法处理;对含有重金属的机油类废液,要保管好焚烧残渣。
(2)对甲醇、乙醇及醋酸之类溶剂:能被细菌作用而易于分解,可对这类溶液用大量水稀释后排放。
(3)含重金属的有机废液:将其有机质分解后做无机类废液进行处理。
(4)对有机酸或无机酸的酯类及部份有机磷化合物等容易发生水解的物质:加入氢氧化钠或氢氧化钙在室温或加热下进行水解,水解后若废液无毒害时,把它中和稀释后排放;如果含有有害物质时,用吸附等适当的方法加以处理。
(5)含酚废液的处理:低浓度的含酚废液可加入次氯酸钠或漂白粉煮一下,使酚分解为二氧化碳和水。如果是高浓度的含酚废液,可通过醋酸丁酯萃取,再加少量的氢氧化钠溶液反萃取,经调节pH值后进行蒸馏回收,处理后的废液排放。
(6)黄曲霉毒素:可用2.5%次氯酸钠溶液浸泡达到去毒的效果。
3.2化学实验室无机废液处理方法
化学实验室无机废液处理方法按其作用原理可分为物理法、化学法、生物法。由于实验室废液的无机成分简单、种类多、数量少,通常采用化学处理法。化学处理法就是利用化学反应的作用来分离,回收废液中各种形态的污染物质。以下是常见无机废液的处理法:
3.2.1.酸、碱废液。化学实验室内最常见就是酸、碱废液。一般废液常用做清洗剂。经大量水洗涮后浓度极稀,可直接排放。浓度较高的酸碱废液平时分开贮存,再中和处理。控制混合液PH值在6.58.5之间,达到排放标准。
3.2.2.汞及含汞废液。测量温度或极谱分析操作失误时,要及时清除散落的汞。用在硝酸汞的酸性溶液中浸过的薄铜片、粗铜丝收集于烧杯中,再用水覆盖。散落于地面难以收集的微小汞珠,应尽快喷上20%三氯化铁的水溶液,干后再清除干净。或撒上硫粉,使其化合成毒性较小的硫化汞后清除干净。
3.2.3.含铬废液的处理。含铬废液主要来源是电镀废水酸洗液及制备有机化合物等,一般这种废液中含有Cr3+和Cr6+两种价态的重金属,Cr6+毒性很大。可以向含铬废液中加入还原剂,如硫酸亚铁、亚酸氢钠、二氧化硫、水合肼或者废铁屑,在酸性条件下还原为CrⅢ,然后加碱如NaOH、Na2CO3等调节pH值,使Cr3+形成低毒的Cr(OH)3沉淀。反应为: Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O然后加入适量碱液调节溶液的PH值,并在适当的温度下加少量的H2O2或通以空气,不断搅拌。最后将溶液中过量的Fe2+氧化为Fe3+,并以Fe(OH)2、Fe(OH)3和Cr(OH)3形式沉淀共同析出。沉淀物经脱水处理后,可得组成符合铁氧体组成的复合氧化物。沉淀经脱水干后可以用焙烧法处理,使其与煤渣一起焙烧,处理后的铬渣可填埋。
3.2.4.含银废液的回收。化学实验室的含银废液主要以AgNO3和Ag(NH3)2+等形式存在。在废液中通过HCl调节PH值,加NaCl得到沉淀,将得到的白色固体用硝酸洗涤后过滤回收。3.2.5.含氰废液的处理。浓度较低的氰化物废液可以加入NaOH调节PH值在10以上,再加入HClO充分搅拌,使有毒的CN变成无毒的CO2和N2。反应为:NaCN+NaOH+HClO=NaCNO+NaCl+H2O2NaCNO+2HClO=2CO+N2+H2+2NaCl总之,化学实验室废液未经无害化处理不能直接排放,实验室内应配备专门的稀释排放无害处理后的废液设施及场地,实验室废液应按照“在混合前尽快处理掉”和“制备人亲自负责安全处理”原则进行。通过对化学实验室废液的有效处理,可以将我们的实验室污染降到最低,以有效的保护我们的城市生活环境。
参考文献:
【关键词】实验废水;处理方法;预防措施
前言
随着我国近年高校招生比例的增大和科技创新能力的提升,高校教学和科研活动愈加频繁,有些实验所用危险化学试剂、剧、雌激素等对环境产生严重污染的药品,所产生的废水多半未经过任何处理就直接排放到下水道中,给环境造成了严重的污染。
同时,各实验室及各实验人员所从事的实验项目不同,且同一实验人员的实验内容也经常变换,虽然各类实验室的废水排放量较少,但排放次数较多,浓度也不定,成分也较复杂,因此对环境的污染也具有多样性。尤为高校中的化学实验室,化学药品上百种,许多试剂及其反应物如各种酸、碱、重金属盐等对人体和环境都是有害的。他们有些很难降解,可以在环境中长期存在;有些则在降解过程中产生二次污染;有些则通过食物链的富集进入人体而造成毒害作用。因此,认真回收和处理实验室污水中的废弃物不仅是实验人员的职责,也是实验室管理的一个重要方面。
1.实验室废水的来源和种类[1]
根据实验室废水中所含主要污染物的性质,可以分为有机废水、无机废水和含病原微生物废水。其中无机废水中含有重金属、重金属络合物、酸碱、硫化物、氰化物以及其它无机离子等;有机废水中含有常用的有机溶剂如有机酸、酚类、醚类油脂类等物质;含病原微生物实验废水主要是生物实验室化验废水、解剖台冲洗废水等。
根据实验室废水中所含污染物的主要成分来分类,可以分为酸性废水、碱性废水、重金属废水、含酚废水、卤类废水等。
根据实验室废水中污染物含量的不同,可以分为高浓度实验废水、低浓度实验废水和无污染水。其中高浓度实验废水一般包括液态失效试剂、液态实验废弃物或中间产物、各种洗涤液;低浓度实验废水包括实验仪器、实验产物的低浓度洗涤废水和实验室各项保洁卫生用水;无污染水则包括实验过程中用到的冷却水、水浴及恒温等加热用水、其它清洁用水等。
2.实验室废水的处理方法及原则
高校实验室废水量少,间断性强,危害性高,污染物的组成不同,从而导致处理的原理和方法不同,因此,处理这类废水有一定难度。目前处理此类实验室污水比较成熟的方法有以下几种。
2.1 絮凝沉淀法[2,3]
此方法适用于含有重金属离子较多的无机实验废水。当确定了废水中的重金属离子后,选出合适的絮凝剂,比如石灰、铁盐、铝盐等,在弱碱性条件下可形成Mn(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3等絮凝状沉淀,同时这些絮状沉淀也具有吸附作用,可以在去除重金属离子的同时,去除部分水中的其他污染物,降低水中化学需氧量,提高废水的可生化性。
2.2 硫化物沉淀法[4]
此方法主要针对含有镉、铅、汞等重金属较多的实验室污水,一般是用Na2S或NaHS把废水中的重金属转变为难溶于水的金属硫化物,再和Fe(OH)3共沉淀进行分离。具体做法:将废水的PH值调到8.0-10.0,向废水中加入过量的Na2S,使其生成硫化物沉淀,再加入FeSO4作为共沉淀剂,生成的FeS将水中悬浮的金属硫离子吸附而形成共沉淀,静置、分离并过滤。
2.3 氧化还原中和沉淀法
此方法的原理是:成离子状态的无机金属离子可以利用一些还原剂将其转化为金属单质,再经过分离。常用的还原剂有Fe、Zn、NaBH4、等[5]。
2.4 活性炭吸附法[6]
此方法多用于去除用化学或物理方法不能去除的微量溶解状态的有机物。具体处理方法:将废水分为有机和无机两相并分离,再用活性炭进行二次吸附,这种方法的化学需氧量去除率可达93%,同时活性炭还能吸附部分无机金属离子。
2.5 焚烧法[7]
此方法适用于可形成乳浊液之类的废液。但要避免因使用此方法而造成二次污染。例如,只含有碳、氢、氧元素的有机废物在燃烧时一般不会造成二次污染,而含有卤素、氮,硫等元素的有机废物焚烧时将会产生NO、NO2、SO2等多种有毒气体,此时就应该考虑采用其它的方法。
2.6 处理含重金属离子实验废水的其它方法
在处理含重金属离子的废水方法中,除了以上的硫化物和絮凝沉淀法外,还有电解凝聚法、吸附法、磁分离法及还原离心法、离子交换法[8]等。比如利用还原离心法去除重金属离子时,在6 000r/min条件下反应30min,汞离子的去除率达到100%,铅离子可达98.3%。
2.7 高浓度有机废水处理方法
处理高浓度的有机废水除了可以用上述的焚烧法和活性炭吸附法外,还可以利用溶剂萃取法、氧化分解法、水解法以及生物化学处理法[9]等。例如厦门大学开发的高浓度有机废水水解―好氧循环一体生物处理技术,可实现高浓度有机废水的高效生物处理。
3.预防和减少实验废水的措施
3.1 减少药品的使用
董素清等人通过调查研究发现[10],生产1t硫酸产品就排放酸洗废液2~5t,含硫酸的水洗废液10~15t。这说明生产实验所需药品将造成大量的污染,在实验中减少药品的使用也就减少了污染。同时,应该寻求用新的实验方法代替落后的实验方法,用新药品代替现有药品,尽量用无毒害性的药品代替旧的有害物质。
3.2 实验药品进行回收
对实验室废弃物进行分类处理并回收再利用,这样不仅可减小对环境的污染,还可以减少化学药品的浪费。郭子英[11]等提出了化学实验室废液的回收与利用方法。利用沉淀物的不溶性,可从产生沉淀的实验废弃物中回收固体药品。例如,从氯、溴、碘的性质实验中回收银化物,从硫酸的性质、硫酸根离子的检验实验中回收含钡的物质,从硫酸的性质实验中产生的HCl气体用碱液(NaOH)进行回收等。Osteen,Audrey B等人[12]研究了采用浓缩的方法从实验室废水中提取Hg。衍忠[13]根据废弃物的一般处理原则,提出了含Hg等7类实验室常见废弃物的处理办法,介绍了6种有机溶剂和3种贵重金属的回收与提纯,为实现实验室废物回收利用和提纯提供了确实可行的操作。
3.3 预处理
实验室排放的废水,一般分为有机废水和无机废水。当确定了废水的性质后,再根据各种离子沉降的特性,选择合适的絮凝剂(石灰、铁盐、铝盐等)进行处理。也可以采取氧化还原中和沉淀法、活性炭吸附法、有机化学药品的提纯、蒸馏、离子交换等方法。[14-15]如含Pb、Cd的实验废水可以通过加入石灰乳调节pH值至6~8之间,从而将生成Pb(OH) 2和Cd(OH) 2沉淀。含Cr6 +废水可在酸性条件下还原为Cr3 +,在碱性条件下生成Cr(OH)3沉淀,采用这种方法即可除去其中的有毒有害物质。絮凝沉淀也是实验废水处理的一个可行办法。
结语
高等院校实验室废水的处理,实质上就是采用各种手段和技术,将废水中的污染物分离或转化为无毒、无害物质,从而使废水得到净化,达到直接排放或便于收集的标准。由于高校实验室废液的组成相对复杂,排放量小,排放周期不定,瞬时排放浓度较高,不可能只用一种方法就能把所有污染物去除殆尽,因此处理废液往往需要几种方法组合,才能取得较好的处理效果。同时,实验室废液的管理是一个很重要的环节。因此,在高校,除了需要有关部门加大投入外,每位实验人员要提高环境保护和自身防护意识,养成良好实验习惯,按照规范操作,尽可能的把实验废水造成的危害降到最小,为保护环境和生态校园的建设做出自己的贡献。
参考文献:
[1]杨志毅,彭丽,李跃华,黄毕生,杨时哲.高校实验室废水的调查及处理方法[J].大理学院学报,2010,(10):32-34.
[2]杨建设,刘琳.实验室废液的处理方法[J].农业技术师范学院学报,1999,(2):58-59.
[3]王家棋,关于化学实验室废液处理的探讨[J].化学教育,1998,(3):30-31.
[4]王敏,郑素芹,段颖.实验室中对汞及其含汞废液的处理[J].黑龙江医药科学,2001,24(3):85.
[5]王敏,郑素芹,段颖.实验室中对汞及其含汞废液的处理[J].黑龙江医药科学,2001,24(3):85.
[6]黄继国,张永.GT―铁氧体法处理含铬废水实验研究[J].长春科技大学学报,2000,
30(1):46-51.
[7]张小晶.生物安全实验室废水处理系统探究[J].环境科学与技术.2005,28(6):86-88.
[8]Shui WaiLin. An innovative method for removing Hg2+ and Pb2+ in concentrations from aqueous media[J].Chemosphere,1999,39(11):1809-1817.
[9]李明川,李淑华.活性炭吸附法处理实验室浓有机废水[J].黎明化工,1991(3):50-53.
[10]董素清,岳冠华.解决学校实验室污染问题的有效手段之一回收循环再利用[J].北京建筑工程学院学报,2002,18(1):24-26.
[11]郭子英,李雪梅.实验室化学废液的回收与利用[J].
[12]Osteen,Audrey B, Febe P. Treatment of radioactive la2boratory waste formercury removal[J]. WaterAir Soil Pollut, 1991,8(56): 63-74.
[13]徐衍忠. 实验室“三废”的处理办法[J].干旱环境监测, 1997,11(13):39-42,45.
[14]李铁龙,金朝晖,宣晓梅等.实验室废水处理初探[J].环境卫生工程, 2004,12(2):73-76.
随着素质教育的推进,实验已经成了化学教学中必不可少的一种辅助教学手段,在化学教学中占据越来越重要的位置,但同时也带来了严重的环境污染。据调查报道,全省乃至全国有绝大多数的实验室处于环保监控真空。由于经济、技术等方面的因素,大多数实验室的废液都是稀释后直接排入城市生活污水管道,对我们的生活环境造成严重污染。因为污水处理根本治不了试剂污染。据了解,实验室的污染主要有生物性污染和化学性污染两种。其中生物性污染包括生物废弃物污染和生物细菌毒素污染,如血液、尿、粪便、各种电泳液、特种生物试剂等;而化学性污染则包括有机物污染和无机物污染。部分实验室甚至存在放射性污染。另外实验室的工作人员如果没有环保意识,对从事的某些实验操作要求(规程)不熟悉,缺乏规范操作,也将会造成实验室的污染。因此,增加实验室建设的投入,在改善实验室条件的同时,还应全面推行绿色化学、清洁实验,尽量用无毒、低毒试剂替代高毒试剂,使其达到排污要求。
作为曾经的中学化学实验室的实验员,结合自己平时工作的经验,我认为绿色化学实验室可以尝试从以下几个方面做起:
一、选择污染少的分析方法
在保证实验效果的前提下,用无毒害、无污染或低毒害、低污染的试剂替代毒性较强的试剂,尽量用无毒、低毒试剂替代高毒试剂。例如,在验证S2-的还原性实验时,可以用硫化盐代替有毒的硫化氢。在一些特定实验要用到高毒性药品时,一定要用封闭的收集桶收集废液。
教师在进行教学实验时,还要特别注意发挥教学多媒体的作用。教学多媒体是知识经济的产物,它是信息社会的标志之一,在化学实验教学中,计算机辅助教学模拟化学实验(仿真实验)是一种化学试剂和仪器装置“零投入”和“废弃物零排放”的特殊实验方式,它非常适合于演示实验。因为演示实验主要是用于培养学生的观察能力和用于模仿而非训练动手操作能力的。某些毒害较大的化学实验(例如实验室制取氯气、硫化氢等有毒气体的实验)及一些危险性实验(例如铝热反应)也可以采用这种方式,从而可防止为了学习一点儿知识而付出高昂的环境代价的做法。
二、改进实验条件,开展推广微型实验
在实验中改善实验装置是有效防止有毒气体逸散、有毒液体外溢的重要举措。一些商品化实验装置的产生可以大大减少实验中化学试剂的用量,这在只重培养观察能力的演示实验中尤其应大力推广。
微型实验是指在微型化的仪器装置中进行的实验,其试剂用量是常规实验的数十分之一甚至千分之一。微型实验虽然用量少,但是现象很清楚,且反应速度较快。因此,开设微型实验是节约药品、减少开支、降低实验污染的简便方法。
三、改进实验方法
改进实验方法,可以减少试剂使用量。在实验别是演示实验中教师应尽量减少用量,只要可以看到现象就可以;分组实验中更应向学生灌输节约的思想,固体只需覆盖试管底部,液体取2~3 mL。当然最好是实验前实验员将每组的用量加以限制,避免学生造成不必要的浪费,多余药品造成环境污染。另外,在一些实验中可重复使用的药品要及时回收,例如在做与钠有关的实验时,用剩的钠要及时回收;在进行萃取实验时,萃取剂要进行回收。在有些实验中可以利用固体代替液体,以大大减少有毒试剂的使用,减少污染。例如,在进行焰色反应实验时,就可以直接用固体代替溶液。在满足实验要求的情况下,要适当降低采样量。在有些需要使用温度计的实验中尽量使用酒精温度计,以减少水银温度计可能带来的汞污染。
四、制定实验室工作计划
实验员对实验室的管理不能只局限于实验,还应包括实验室的建设、药品装置的添置、及时制订实验室教学计划以及实验室材料的整理等。对于药品、仪器的添置,实验员最好有明确的计划,对暂时用不上的试剂不要购买,以免时间一长,药品过期,既浪费又会造成污染。对于有些可回收的试剂要尽量回收,例如利用四氯化碳萃取的实验中,实验结束后应将四氯化碳进行回收再用。对实验中的产物也可以回收再用;在容量瓶的使用实验中配制了大量氯化钠溶液,以前都是直接倒入洗涤池,现在我要求全部回收,用于酸碱盐的检验或焰色反应;在钠、镁、铝的活动性实验中,以往学生做完钠与水反应实验后,不仅要将多余的钠、镁、铝进行回收,对于生成的氢氧化钠也要求倒入指定烧杯收集起来,用以滴定实验或酸碱中和实验。这样不仅减少污染,而且节约了大量药品。
五、进行无污染的清洁
1.创新能力培养思路
1.1 找出存在问题
以往的高校培养模式中,受传统的“重理论、轻实践,重知识,轻能力”思想观念的影响,普遍存在着重视理论教学、忽视实践教学的现象,具体表现在:实验教学的目标不是以培养创新人才为直接教学目标,而是以强化学生对理论知识学习,熟练掌握某种操作技能为目的;实验教学内容过度依附于理论教学,演示性、验证性的实验类型较多,综合性、设计性的实验较少;实验教材落后,未跟上现代科学技术的发展;实验教学过程强调模仿和训练,学生只需要按照实验教材规定的实验方案、仪器、设备和实验步骤进行实验操作、观察和记录实验结果即可,学生在整个实验过程中只是被动参与,没有主动思考。
环境科学与工程是实践性很强的学科,而且发展十分迅速,领域在不断扩大,热点问题不断涌现,学科水平提升很快,但在本科教学中也普遍存在前述问题,亟待确立新的培养模式,开拓新的培养方法6-]。
1.2 确立创新能力培养模式
为适应学科发展和社会服务的要求,南京大学环境科学与工程实验教学中心在实验教学过程中,以学生为本,以培养学生综合素质、调动学生潜能、提高学生自主创新能力为目标,不断改进实验教学方法和手段°8,摸索出了一套创新能力培养模式。
该模式可归纳为“顶天”、“立地”式,即:一方面依托国家重点学科、国家重点实验室、国家工程中心等高水平教学科研平台和环境学院高水平的师资队伍,将实验教学与科研相结合,鼓励学生早期进入实验室进行科研训练,实现“顶天”;另一方面将实验教学与工程应用和社会实践相结合,加强暑期学校的生产实习和实践教学活动,建立稳定的校外实习基地和中试基地,开展多种形式的社会实践活动,鼓励学生走出象牙塔、关爱自然、服务公众、回报社会,锻炼学生切实解决实际问题的能力,实现“立地”。
2.实验教学与科研相结合的方式
2.1 科研成果转化为实验内容
南京大学环境科学与工程实验教学中心坚持实验教学内容与我国环保形势和国际学术前沿接轨,鼓励实验教师积极开展科学研究和实验改革研究,将自己的科研成果转化为实验教学的内容。如:早在上世纪90年代,当时的实验室主任孔令仁教授就将自己的“光化学氧化降解有机污染物”的研究成果转化到专业实验课“环境化学实验”中,开发了“萘水溶液中的光化学氧化实验“产生柱法测定萘水的溶解度”等新实验,近年还把新开发的“多功能光降解仪器”应用到教学实验中;杨柳燕教授把国家自然科学基金项目研究成果转化成“环境微生物学实验”中“有机污染物的微生物降解一高效脱酣菌的分离和筛选实验”,并将Ames试验转化为“鼠伤寒沙门氏菌/晡乳动物肝微粒体致突变性实验”;孙成教授把新技术“双波长与导数光谱法”应用到专业基础实验课“环境监测实验”中,开发了新实验“双波长与导数光谱法测定废水中苯酣与2,-二硝基苯酣”;高士祥教授将其主持的国家自然科学基金项目“环糊精对难降解有机污染物的降解机理研究”的部分内容编写成研究性实验一“增溶实验”,应用于低年级学生的开放性实验中,等等。
2.2 本科生创新性实验计划
南京大学自2007年4月起全面启动了大学生创新训练计划,由本科学生个人或创新团队在指导教师的指导下,自主选题、自主设计并完成实验。环境科学与工程实验教学中心在学校投入专项经费、设立创新训练指导中心的基础上,追加投入经费和人员指导,构建了完整的国家、省、校、院系四级大学生创新训练体系,积极组织学生申报,学生也展现出较高的科研热情和良好的实践能力。3年来累计申报通过65项,支持总经费26.7万元。其中2007年获得国家级、省级重点支持的7项,校级项目8项;2008年获得国家级、省级重点支持的7项,校级项目15项;2009年目前已获得省级1项,校级14项。迄今已结题16项,获得国家级优秀3项。
2.3 开放性实验
南京大学环境科学与工程实验教学中心根据低年级学生主要接受化学、生物、物理等基础实验训练的特点,依据学校“优化课内”,“强化课外”的教学原则,为浦口校区一二年级学生开放实验室,设置开放性实验,提高低年级学生对专业的认识。开放实验的内容及手段均综合了多门学科,是集基础知识、学科前沿动态与实际应用为一体的综合性实验。其中包括:小麦受重金属胁迫实验研究、工业废水实验室模拟多级处理实验、浦园室内外环境空气污染检测与控制研究、浦园水体富营养化检测与控制研究等12项实验项目。参加学生120人次/年,并提交相应实验报告及论文6940。
2.4 本科生导师制度
为强化科研与教学的相互渗透,鼓励学生早期进入实验室进行科研训练,环境学院设立了本科生导师制度,吸纳本科生在二三年级即可自主选择导师、参与导师承担的重大课题的研究,并对本科生开放重点实验室、资料室,提倡本科生和研究生合作进行实验和研究活动,鼓励本科生学研结合,积极撰写和发表学术论文。
在本科学习阶段,很多学生受益于创新性实验计划和本科生导师制度,发表了学术论文,参与了专利申请。近年来,本科生37篇,其中SCI论文10篇。
2.5 本科毕业论文和设计与导师科研课题挂钩
多数本科生毕业论文和设计均从导师承担的课题中选题,使学生有机会接触学术前沿。根据近3年的统计,41%的本科生毕业论文选题来自指导老师承担的国家级课题,29%来自省部级项目。
3.实验教学与工程应用和社会实践相结合的方式
环境科学与工程是应用性极强、与社会密切相关的学科,承担着解决经济发展中必然伴随而来的环境问题的重任。因此,实验教学中心突出理论教学与实际工程和社会应用的结合,鼓励学生走出象牙塔,通过多种方式达到关爱自然、服务公众、回报社会的目的。
3.1 暑期学校
南京大学自2003年起实行3学期制,在暑期举办5周时间的暑期学校,着力培养学生综合素质。中心承担了环境学院“暑期学校”的教学任务,通过聘请国内外学者开设专题课及讲座、安排研究型实验、组织数学建模等竞赛培训、建立稳定的校外实习基地、以及开展多种形式的社会实践活动,锻炼学生的实践能力,并通过指导学生完成实习报告、小学期总结或撰写学术小论文等,提高综合能力。
3.2 教学实习
中心与多家科研院所、企业、环保管理部门建立了长期的合作关系,拥有稳定的教学实习基地,为学生提供接触工程和社会的机会。这些基地包括:南京地理与湖泊研究所太湖生态系统实验站、中石化扬子石化水厂、南京大学宜兴环保科技研发中心、江苏泗洪洪泽湖湿地自然保护区、江苏省环境科学研究院、江苏省环境监测中心站、南京市环境监测中心站、常州市环境保护局、江苏戈德环保科技有限公司、江苏三强环境工程有限公司等。这些实习基地均有良好的设施、稳定的指导教师队伍,教学实习工作规范化、制度化,能满足不同专业教学实习的要求。其中南京大学宜兴环保科技研发中心为环境工程专业的学生提供中试基地,成为实验教学中重要的组成部分。
3.3 暑期社会实践
暑期社会实践是锻炼学生能力、培养学生人文素养的重要手段,学生经过社会实践的洗礼后能达到“长见识,增才干”的锻炼效果。中心在学生实践方面给予了很高的支持力度,连续3年被评为“南京大学暑期社会实践先进集体”,多支团队和个人受到省级和校级表彰。以2008年为例,成功申请暑期社会实践团队9个,都非常成功地完成了实践任务,取得了优异的成绩,其中“湿地使者行动”绿色蒲公英”等实践团均引起了当地公众和媒体的关注和称赞。
3.4 环保协会活动
中心通过支持南京大学环境保护协会的活动,在学生中开展各类环境主题活动,同时加强学生对外交流,服务于社会。如开展各类环保知识讲座;组织“绿色”系列活动与南京大学青年志愿者协会合作在校内以及紫金山开展垃圾清理志愿服务;在南京市梅花山以及扬州市开展环境风险与人身健康调研系列活动;组织绿色活动、湿地使者行动等品牌活动。
3.5 实验教学开到海外
为拓展人才培养视野,中心致力于本科生国际交流合作,将实验教学的课堂开到海外。
(1)本科生赴海外著名大学插班学习。每年均有人数不等的学生派到美国、澳大利亚、日本、芬兰和香港等地学习和生活,直接接受国外著名大学的熏陶,培养实验能力和国际化的眼光。
(2)赴美科学实践之旅。联合美国自然科学研究院和美国圣约瑟夫大学于2008年8月共同组织了一支包括2名教授、名博士生、2名硕士生和8名本科生的学习交流团队,赴美国费城等地参加了为期20天的活动,以引导学生走出校园、迈出国门、接触世界、开拓视野,在理论联系实际的基础上深入探究环境问题的根源和本质,努力探求解决当前环境问题的有效途径。
(3)赴名古屋市、常州市污水处理厂参观比较实践。2008年8月,05级同学组团联系并参观了日本名古屋市的名古屋市宝神污水、污泥处理场、宝神废物回收利用中心以及挖留污水处理厂,通过与名古屋污水处理厂与工作人员深入交流,就名古屋市污水处理事业发展、现状、所面临的难题以及处理工艺等展开讨论,同时结合环境工程暑期实习前往常州市污水处理厂的生产实践,比较了两市污水处理发展情况,尝试找出差距,并探究了中国在发展污水处理时的着力点,如何预防缺乏远见的发展模式。
4.结语
中图分类号:G632.41
文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2012.07.043
在提倡素质教育的今天,对学生学力成长的研究已经有了很大的进展。学力是由显性学力和隐性学力组成的,显性学力主要是“知识、理解”和“技能”,而支撑其的隐性学力的主要是“思考力、判断力、表现力”和“兴趣、动机、态度”。应试教育仅仅关注显性学力,素质教育则关注显性学力和隐性学力的统一,更加注重“活动—探究—表现”的教学模式。化学实验在这种模式中有着不可替代的作用,有专家这样说:化学实验具有一定的导向,它能激发学生创新意识;它具有一定心理功能,它能培养学生的创新精神;它具有一定方法功能,它能训练学生创新思维;它具有一定操作功能,它能加强学生的适应能力。化学实验既是学生学习化学的重要方式,又是学生学习的重要内容。在化学教学中,通过实验不仅可以使学生获得化学知识,学会实验技能;更重要的是通过实验创设生动的学习情景,达到激发兴趣、启迪思维,培养科学态度和科学方法的目的,从而将显性学力和隐性学力的提升有机统一在一起。
但现实情况不容乐观,化学实验并没有得到应有的重视。我们在常州市区学校所作调查可知(学生705人):课堂上老师经常组织学生进行探究实验的占20.1%,学校组织化学课外实践活动的占21.7%,学校开放实验室由学生做探究实验占13.5%……虽然新教材在实验的数量和质量上有所提高,淡化了教师的演示实验,加强了实验的自主性和选择性,但由于重视程度不够、实验条件不够、工作量大、课时紧、高考压力大、教师怕麻烦等原因,高中化学实验教学反而有弱化的趋势。针对这种现状,我们在加强实验教学方面作了一些探索和尝试。
一、加强课堂探究实验
依据不同的课型,对苏教版高中化学教材中的“活动与探究”、“观察与思考”等栏目设计出不同的实验教学流程,进行实验研究,尽可能多地给学生动手实验的机会。一般的流程为确立问题提出假设实验探究分析归纳延伸拓展。①提出有探究价值的问题,并进行猜想和假说。②收集并整理有关资料整合已有信息。③设计实验方案。④实验与观察,获取事实与证据。⑤数据分析与处理。⑥表达与交流。教师要为学生创设亲历探究过程的平台,提供学生所需的素材,引导学生顺利进行实验探究学习;强调学生之间的交流和讨论,防止学生疏于反思和评价。这样坚持下去一定有利于学生自主建构学科知识、有利于学生学习科学探究的方法、有利于学生提高实验的综合能力、有利于学生养成良好的科学态度和科学精神。
二、开放课后实验
利用校本选修课进行趣味实验、创新实验实践。在周六和周日开放实验室;特别倡导实验的微型化、绿色化,以身边的物品做化学实验。
我校在高一开设了选修课趣味化学实验,如固体酒精制备、大晶体的制备、彩色焰火、火山爆发、粉笔炸弹、变色的“花朵”、自制豆腐等;高二开设了选修课创新实验,主要有课本实验的改进、感兴趣实验的设计及探索、新型实验装置的设计与使用等。高一年级主要是提升学生对化学实验的兴趣,激发学生学习化学的动机和激情,同时了解常见的实验仪器、操作和实验安全等方面的常识。高二年级则在此基础上着力提高学生的化学实验能力(包括设计、实施、评价等),全面提升学生的学力。
学生对实验非常感兴趣,也很投入。有学生这样写道:“化学的世界是神奇的,不可能轻易完成一个容易的实验;美妙的化学带给我们美妙的享受,在感受这的同时,我们知道,学好化学,必须学习会探究它的原理,不怕失败,勇往直前。”也有学生这样描述:“当一切都已经结束,然而我们却恋恋不舍。当得知这是最后的一节课,每个人都在尽自己的力量能多完成一些自己喜欢的,或者是还没有来的及做过的实验。不是所有的人都愿意在这里终结。实验不会终结,坚信的,不会的……”。
三、积极进行全体参与和小组研究相结合的课外综合探究活动
我们十分重视在课外活动中培养学生的科学素养。主要采用全体参加与小组研究相结合的活动方式,变少数人参加为全员参与。
结合学校的科技节,我们组织学生进行了化学魔术汇演,高一年级各班以班级为单位,各班选出参加的一个小组,侧重趣味性、表演性、观赏性;高二年级选修化学各班进行自主实验设计和探究,学生自选感兴趣的实验,设计实验流程,写出实验报告,在老师指导下完成实验,体验实验的艰辛和快乐,最后形成一批实验报告。学生的潜力是巨大的,给他们一个机会,还你们一大惊喜。
作为学校环境课程的重要组成部分,我校添置了有关环境监测的仪器和设备,如空气质量检测系统、污水检测和处理系统;组建学生团队,进行环境监测实践活动。
利用社会实践活动的机会,走向生活,走向社会。我们的学生参观过污水处理厂、环境监测站,也曾走上街头和社区做过调查走访。在这些过程中,我想他们收获的不仅仅是显性学力,更多的是隐性学力。
教育的终极目的是实现人格的成长,而学力成长是人格成长的”主干工程,化学实验则是提升学生学力成长的有效途径。我们每一位化学教师都应该重新审视实验在化学教学中的地位和作用,尽自己最大的努力,培养学生成为具有创新精神和实践能力的身心和谐发展的人。