Kemian koulutuksen on muututtava auttaakseen planeettaa: näin


Luokkahuonekemian on annettava oppilaille ja opiskelijoille tiedot ja taidot suunnitella tuotteita tavalla, joka minimoi haitat.Luotto: Kalpak Pathak/Hindustan Times/Getty

Kemistien sukupolvet ovat ottaneet sen, mitä luonnolla on tarjottavanaan, ja muuttaneet sen erittäin hyödyllisiksi tuotteiksi – lääkkeistä väriaineisiin ja lannoitteista elintarvikepakkauksiin. Mutta nykyinen ympäristökriisi sekä hiilidioksidipäästöjen että muovisaasteiden osalta on myös kemian olento. Ja tämä tarkoittaa, että kemistien on suunniteltava uudelleen työmenetelmänsä osana ponnisteluja sen ratkaisemiseksi – mukaan lukien nykyisten ja tulevien sukupolvien kemistien koulutusta. Tämä tapahtuu, vaikkakaan ei läheskään niin nopeasti kuin sen pitäisi.

Sisään Luonto tällä viikolla Etelä-Korean Ulsan Institute of Science and Technology -instituutin kemisti Bartosz Grzybowski ja hänen kollegansa kuvailevat yhtä tällaista yritystä, joka käyttää tekoälyä jäteyhdisteiden uudelleenkäyttöön hyödyllisiksi tuotteiksi. Tuhansiin reaktioihin koulutetut algoritmit ehdottivat tapoja luoda noin 300 tunnettua lääketeollisuudessa ja maataloudessa käytettävää kemikaalia. Niihin kuuluvat antibiootti dapsoni ja keskeinen lihasrelaksantin välituote, cisatrakurium, lääke, jota on käytetty COVID-19-potilaiden hoidossa.

Teos on yksi viimeisimpiä panoksia vihreään kemiaan, liike, joka alkoi 1990-luvulla pyrkimyksistä löytää ympäristöystävällisiä tapoja suorittaa kemiallisia reaktioita käyttämällä esimerkiksi vihreämpiä liuottimia tai vähemmän energiaa kuluttavia reaktio-olosuhteita. Sen jälkeen on tapahtunut edistystä, kuten parannuksia muovin kierrätykseen ja katalyyttien kehittämiseen, jotka voivat hajottaa muutoin tuhoutumattomat materiaalit pienemmiksi, hyödyllisemmiksi molekyyleiksi. Kestävän kemian tutkimuksen odotetaan saavan lisäpotkua, kun neuvottelut ovat käynnissä oikeudellisesti sitovasta kansainvälisestä sopimuksesta, jonka tavoitteena on muovin saastumisen poistaminen.

Mutta jotta tutkimus edistyisi nopeammin, nollaus on tehtävä myös luokkahuoneessa – sekä koulu- että yliopistoopetuksessa. Kemian opetuksen on muututtava niin, että opiskelijoille opetetaan suunnittelemaan lääkkeitä ja maatalouskemikaaleja, kuten lannoitteita, turvallisesti ja kestävästi.

Jotkut yliopistot tarjoavat nyt jatko-opintoja ympäristön, vihreän tai kestävän kemian kursseista, ja koulu- ja perustutkinto-opiskelijakurssit sisältävät yhä enemmän ilmastonmuutoksen kemiaa ja kattavat kemian terveys-, ympäristö- ja sosiaaliset vaikutukset.

Mutta suurempi haaste on antaa oppilaille ja opiskelijoille tiedot ja taidot suunnitella tuotteita tavalla, joka minimoi tai eliminoi haitat. Monissa maissa kestävää kehitystä ei vielä pidetä perus- tai taustakäsitteenä perustutkinto- ja yläkoulujen kemiassa. Monissa maissa koulujen kemian opetussuunnitelmat ovat edelleen samanlaisia ​​kuin ne, joita opetettiin useita vuosikymmeniä sitten.

Kasvatusalalla kemiaa opiskelevat tutkijat kannattavat opetussuunnitelmien perustumista järjestelmäajatteluun. Tämä opettaisi opiskelijat ymmärtämään kemiallisen yhdisteen tai tuotteen muodostavien alkuaineiden välisiä yhteyksiä ja kuinka kvantifioida kemian laajempia vaikutuksia – esimerkiksi talouteen ja yhteiskuntaan, ympäristöön ja ihmisten terveyteen.

Samaan aikaan jotkut kemian opetussuunnitelmien ydinkomponentit ovat myös kypsiä uudelleen harkittavaksi. Orgaaninen kemia on yksi esimerkki, David Constablen mukaan American Chemical Societyn Green Chemistry Institutesta Washington DC:stä ja hänen kollegoistaan ​​(DJC Constable). J. Chem. Educ. 96, 2689–2699; 2019). Orgaanisen kemian kurssit ovat “suurelta osin suuntautuneita hiiliyhdisteiden muutoksiin fossiilisista lähteistä käyttämällä kemiallisia reagensseja ja katalyyttejä”, kirjoittajat kirjoittavat julkaisun erikoisnumerossa. Journal of Chemical Education omistettu kemian koulutuksen uudelleen kuvittelemiseen. Monia tällaisia ​​yhdisteitä on vaikea kierrättää ja käyttää uudelleen – tai kierrätystä pidetään jälkikäteen. Lisäksi mukana olevat reagenssit voivat olla vaarallisia. Tutkijat ehdottavat, että useamman opiskelijan tulisi opiskella elävien organismien tuottamien yhdisteiden kemiaa – biokemian kursseilla opetettavaa aihetta – sekä helpompia kierrättää yhdisteitä. Tämä auttaisi opiskelijoita suunnittelemaan tuotteita, jotka ovat biohajoavia tai jotka voidaan helpommin hajottaa kaikkein hyvänlaatuisimpiin osiin ja jotka ovat valmiita löytämään muita käyttötarkoituksia.

Yliopistot ja kemian ammattiyhdistykset tunnistavat, mitä tarvitaan ja auttavat muutoksen aikaansaamisessa. Imperial College London on keskeyttänyt kaksi pitkäkestoista maisterikurssia – öljytekniikan ja öljygeotieteen. American Chemical Societylla on aktiivinen kestävän kemian koulutuksen tutkimus- ja sitoutumisohjelma, jossa keskitytään vahvasti systeemiajatteluun. Yhdistyneen kuningaskunnan Royal Society of Chemistry (RSC) on sanonut tunnustavansa, että koulukemia ei valmista riittävästi seuraavaa sukupolvea ilmastonmuutoksen ja kestävyyden hallitsemaan maailmaan, ja suosittelee muutoksia koulujen opetussuunnitelmiin.

Viime vuonna RSC toteutti kemian opettajille ja opiskelijoille Yhdistyneessä kuningaskunnassa ja Irlannissa kyselyn, joka paljasti, etteivät kaikki opettajat (etenkään 16-vuotiaita ja sitä vanhempia oppilaita opettavat) ole varmoja siitä, että heillä on kemian opettamiseen tarvittavat ainetiedot. toinen tapa. Mutta kysely paljasti myös, että oppilaat haluavat tietää enemmän. Kouluikäiset vastaajat kertoivat yhteiskunnalle olevansa syvästi huolissaan ilmastonmuutoksesta ja kiinnostuneita kestävään kehitykseen liittyvistä ammateista.

Vaikeiden käsitteiden käyttöönottoon liittyvät haasteet ovat väistämättömiä. Mutta jos opiskelijat ovat halukkaita oppimaan – kuten RSC:n tutkimus ehdottaa – se tekee tehtävästä täyteläisemmän ja varmistaa, että seuraavan sukupolven kemistillä on tiedot ja taidot johtamaan kipeästi kaivattua vallankumousta.

Leave a Comment