哥伦比亚绿色化学高等教育与可持续创新案例研究

《RSC Sustainability》：A case study in green chemistry higher education and sustainable innovation in Colombia

　　绿色化学作为一种推动可持续创新的关键力量，通过重新设计化学产品和工艺来减少对环境和人类健康的影响，同时支持经济发展。教育在实现这一转变中发挥着核心作用，它为未来的专业人士提供了系统思维、解决问题的能力以及与可持续发展目标（SDGs）相一致的可持续性导向的技能。然而，在拉丁美洲，绿色化学的实施仍然不均衡，研究主要集中在少数几个国家，并且主要集中在技术成果上，而综合性的教育和机构方法仍然稀缺。本文通过一个纵向的定性案例研究，记录了2015年至2025年间绿色化学在哥伦比亚Costa大学的高等教育中的系统整合过程。该研究探讨了一种教育模式，将基于问题的教学策略与由教师和环境工程学生组成的绿色化学研究团队联系起来，这些团队进行应用研究以解决当地的环境挑战。数据来源于机构记录、学生项目、学术成果、创新成果以及参与科学和政策导向的活动。结果显示，大约有4000名来自土木与环境工程系的学生通过自然科学与精确科学系提供的基础化学课程接触到了绿色化学的概念，其中约200名学生通过研究项目更深入地学习了绿色化学。这一过程产生了可衡量的教育和创新成果，包括应用研究项目、荣誉认可、国家专利、同行评审的出版物，以及对区域可持续性倡议（如脱碳计划）的直接贡献。该倡议还通过修订实验室实践、与国际组织（如Beyond Benign）的对齐，以及加强教育、政策与实践之间的联系，促进了机构的转型。从拉丁美洲的角度来看，这个案例说明了特定背景下的大学倡议如何通过促进优质教育（SDG 4）、负责任的消费和生产（SDG 12）、清洁水解决方案（SDG 6）、可持续创新（SDG 9）和多方利益相关者合作（SDG 17）来为全球可持续性议程做出贡献。研究结果强调了绿色化学教育作为一种可扩展的、与政策相关的途径，能够赋予全球南方的高等教育机构作为可持续发展催化剂的角色。

这项研究表明，绿色化学教育如何通过将本科学习、应用研究和创新联系起来，成为可持续发展的战略驱动力。通过十年的案例研究，工作展示了基于问题的学习（PBL）和学生主导的研究如何生成可持续性能力、环境负责的技术和与政策相关的知识。该倡议通过促进优质教育（SDG 4）、推动可持续工业创新（SDG 9）、促进负责任的消费和生产（SDG 12）、支持清洁水解决方案（SDG 6）以及加强学术界、工业界和政府之间的合作（SDG 17）来推进联合国可持续发展目标。通过展示一个来自全球南方背景的可扩展教育模式，这项工作突出了高等教育在加速可持续性转型中的变革性作用。

绿色和可持续化学（GSC）作为一种全球公认的方法，旨在促进化学科学领域的创新，同时为实现可持续发展目标做出贡献。为了应对对更清晰的概念框架和指导日益增长的需求，诸如美国化学会绿色化学研究所（其使命是“催化实施创新的化学和工程方法，以实现全球的可持续发展”）和联合国环境规划署（UNEP）等全球组织召集了100多位专家利益相关者，共同制定了十个目标和指导原则，以及《绿色和可持续化学框架手册》，旨在支持GSC原则在教育、研究和政策背景下的整合。同样重要的是绿色化学教育，它为未来的科学家、工程师和政策制定者提供了在现实世界中实施这些原则所需的技能。将绿色化学纳入课程体系，促进了系统思维、生命周期分析和跨学科合作能力的发展，这些能力对于实现可持续发展目标至关重要，特别是那些与负责任的生产、气候行动和生态系统保护相关的目标。通过嵌入绿色化学教育，机构激励了一代致力于可持续性的创新者，确保工业能够适应快速变化的世界的需求，同时保护地球。Paul Anastas和John Warner提出的绿色化学12项原则为预防、原子经济、更安全的溶剂、催化、能源效率、可再生原料、实时监测和本质上更安全的设计提供了规范基础。这些原则为减少产品生命周期中的毒性和废物提供了创新框架。UNEP的绿色和可持续化学（GSC）框架通过十个目标补充了这12项原则，强调危害最小化、无毒循环性、可持续采购、工人和消费者保护以及社会福利，明确将化学创新与2030年议程联系起来。这些方法超越了末端控制，转向了为可持续性而设计，为拉丁美洲提供了政策准备就绪的指导和实用工具。

拉丁美洲的自然资源、生物多样性、生物质和可再生能源潜力为可持续工业增长创造了独特的机会，然而，该地区也面临着持续的污染挑战和化学安全差距，这些挑战阻碍了包容性发展。绿色化学从源头上解决了这些问题，设计出最小化危害和废物的产品和工艺，同时符合可持续发展目标中关于负责任消费（目标12）、气候行动（目标13）、清洁水（目标6）和生态系统保护（目标14和15）的要求。美国化学会强调了化学在实现可持续发展目标方面的跨领域贡献，从清洁能源到粮食安全，突显了这一学科在可持续经济中的重要作用，这一信息与拉丁美洲的发展背景高度相关。拉丁美洲和加勒比经济委员会（ECLAC）对可持续生物经济的区域愿景将化学视为将生物质转化为增值产品的转化器，将创新、领土发展和脱碳联系起来，其中绿色化学在避免遗憾的替代品和实现无毒循环性方面处于核心地位。国际可再生能源机构（IRENA）的报告强调了该地区未开发的生物能源潜力，以及需要强大的监管框架和合作来扩大受益于绿色化学过程效率、催化剂设计和生命周期评估专长的可持续生物燃料领域。许多来自拉丁美洲机构的贡献展示了生物塑料和生物基聚合物（例如添加剂、加工和生物降解性）的技术路径和挑战，其中绿色化学原则指导了更安全配方和循环应用的发展。拉丁美洲还通过《斯德哥尔摩公约》和《全球化学品框架》（GFC）参与全球化学品治理，该框架工具取代了《国际化学品管理战略方法》（SAICM），增强了该地区监测持久性有机污染物和数据驱动政策决策的能力。这些机制加强了机构能力，并为全面采用绿色化学提供了信息支持。随着SAICM向GFC的过渡，对生命周期管理、信息共享和能力建设的重视持续增加，这些领域是教育和绿色化学专业培训可以带来可衡量收益的领域。值得注意的是，绿色化学教育不再被视为可选组成部分，而是被视为从基础教育到专业培训的跨领域轴线和“核心视角”。这种教育方法得到了成熟机构经验的支撑，证明了早期和逐步将绿色化学纳入课程体系能够增强未来专业人士应对与循环生物经济、人类健康和可持续发展目标相关的复杂挑战的能力，对生产系统的可持续转型产生了直接影响。

转型教育对于大规模部署绿色化学至关重要。绿色化学教育的研究强调了系统思维、跨学科学习和能力建设，以将可持续性纳入课程体系和实验室实践技能中，这对于创造更环保的产品和工艺至关重要。UNEP的项目工作和实践社区明确将教育视为绿色化学转型的推动措施，将教师、学生和专业人士连接到共享资源和目标。最近的出版物表明，当绿色化学教育在各个教育层次和学科中得到整合时，可以加速可持续发展目标的实现，通过现实世界项目和指标强化教学法。来自拉丁美洲和全球网络的案例研究表明，大学通过绿色化学研究、外展活动和课程改革成为加速可持续发展目标的推动力量，展示了学术机构如何培育区域创新生态系统。

在哥伦比亚，绿色化学与应用生物技术和国家战略紧密相连，后者旨在通过负责任和可持续地利用其丰富的生物多样性来促进经济增长。该国在2010年至2020年间在绿色和可持续化学领域的出版物数量上位居拉丁美洲地区前列。各项倡议侧重于利用可再生资源和农业工业废弃物生成创新解决方案，例如从fique植物中回收 bagasse和果汁，将其转化为工业原料（包括生物农药、生物基材料和能源），符合废物预防的原则。在开发更安全的合成工艺方面也取得了进展，例如通过应用生物过程或植物基絮凝剂（如Theobroma cacao L.壳中的粘液）替代手工金矿中的汞和氰化物，回收率达到了95%。生产壳聚糖的生物精炼厂的设计也得到了改进，减少了有毒溶剂的消耗，并实现了75%的能源效率。在能源领域，哥伦比亚对《巴黎协定》的承诺及其向可再生能源的转型符合绿色化学原则，使其成为实现环境目标的同时促进经济发展的战略工具。此外，哥伦比亚在生物燃料生产方面也是主要参与者，其甘蔗乙醇和棕榈油生物柴油的全球变暖潜力（GWP）分别减少了81%和84%，相比化石燃料具有显著优势。研究人员扩展了他们的研究，包括将生物质用于循环经济中的废物管理；使用水提取物（如Moringa oleifera）进行纳米材料的生态合成，用于光催化应用。在农业领域，采用绿色化学原则导致了环保农药和化肥的开发，减少了对生态系统和人类健康的危害。还开发了新型绿色溶剂，如深共晶溶剂（DESs），用于提取生物活性化合物。此外，在教育环境中实施绿色化学，特别是在大学实验室中，已被确定为降低风险的关键步骤。哥伦比亚可以通过采纳绿色化学并鼓励可持续实践，成为拉丁美洲可持续创新的领导者，然而，所有这些新发现都来自学术界。哥伦比亚当前的绿色化学状况正在发展，其解决环境挑战和促进可持续发展的潜力日益得到认可。尽管该国在将绿色化学原则整合到研究、教育和工业方面取得了进展，但仍有很大的增长和实施空间。哥伦比亚的大学和研究中心越来越多地将绿色化学纳入他们的科学议程。例如，哥伦比亚国立大学、安第斯大学、La Salle大学、Costa大学、桑坦德工业大学、Bolivariana宗座大学和安蒂奥基亚大学等许多私立和公立机构都有研究小组或致力于绿色化学或可持续化学的贡献，包括可再生能源、可降解材料、纳米技术和废物减少等主题。例如，Bolivariana宗座大学麦德林分校的CIBIOT研究小组正在积极促进基于生物技术应用研究的绿色化学初创企业的创建。这些努力主要依靠自身资源，有时也得到政府资金（科学技术创新部）或国际合作的支持。

哥伦比亚参与国际协议（如《巴黎协定》和可持续发展目标）为推进绿色化学提供了基础。这些承诺鼓励各行业采用可持续实践。该国实施了间接支持绿色化学的环境法规，例如限制一次性塑料和激励可再生能源项目。然而，目前还没有专门针对促进绿色化学的国家政策或框架。这一浪潮改变了化学实践和应用，造福了后代和地球。这不可避免地影响了哥伦比亚的政府政策，使其与可持续发展目标和绿色化学原则保持一致。表1提供了一些例子。表1

哥伦比亚促进或与绿色化学相一致的法规和政策

| 法规/政策 | 年份 | 主要目标 | 与绿色化学的关系 |
|---------|-------|---------|-------------------|
| CONPESa 3868（参考文献30）| 2016 | 管理与化学品使用相关的风险的政策 | 促进全面的化学生命周期管理、风险预防和影响减少 |
| CONPES 3918（参考文献31）| 2018 | 实施可持续发展目标的战略 | 促进反映废物预防、使用可再生原材料、能源效率以及设计危害较小的产品等原则的行动 |
| 法令1496（参考文献32）| 2018 | 实施全球统一制度（GHS）进行分类和标签 | 促进关于化学品危害的透明度和清晰沟通，降低风险 |
| CONPES 3934（参考文献33）| 2018 | 绿色增长政策，以促进可持续性和生物经济 | 促进可持续的生产过程、能源效率以及使用可再生原材料 |
| 法律1950（参考文献34）| 2019 | 哥伦比亚加入经济合作与发展组织（OECD） | 包括改进化学品管理和采用国际最佳实践的承诺 |
| 法律2169（参考文献35）| 2021 | 设定碳中和目标 | 鼓励能源效率和减少污染的过程 |
| 法令1630（参考文献36）| 2021 | 规范工业用途化学品的全面管理 | 建立清单、风险评估和减少计划，与预防原则保持一致 |

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国家经济和社会政策委员会（NCESP，西班牙语为CONPES）由国家规划部（NPD）制定。从2017年到2023年，Colombia Científica作为一个国家政策实验项目运作，展示了协调合作在提升高等教育以及科学、技术及创新（STI）系统方面的有效性。哥伦比亚教育信用和技术海外研究机构（ICETEX）与MinCiencias在世界银行的合作下，启动了一个名为PACES（科学、高等教育和创新计划）的项目。该倡议促成了八个主要联盟的建立，旨在提高学术标准、研究能力，并在哥伦比亚范围内产生社会影响。在PACES框架内，“Ecosistema Científico”组件将Colombia Científica组织成了围绕五个国家战略优先事项（健康、可持续能源、食品系统、生物经济和冲突后地区的社会重建）的八个跨机构联盟。这些联盟汇集了经过认证和未经认证的高等教育机构、国际研究中心以及生产部门的参与者，加强了博士培训、区域研究能力和具有可持续影响的长期合作网络。该倡议不是通过孤立机构运作，而是促进了跨部门合作，将大学、国际合作伙伴、公共机构、工业界和当地社区联系起来。共有39所哥伦比亚大学和来自20个国家的56所外国机构在这些战略优先领域进行了合作，共同应对国家挑战。该计划的一个显著特点是强调应用型、以问题为导向的研究。大学团队开发了具有直接社会意义的解决方案，包括为农村社区提供的可再生能源技术和为依赖河流的地区提供的交通创新方案。这些经验将教学和研究重新定位为解决实际问题的工具，使学生和教师能够在真实的创新环境中工作，而不仅仅是学术环境中。哥伦比亚的国家认证体系（NAS）是一系列政策、策略、流程和组织的集合，其根本目标是确保该体系内的高等教育机构符合最高质量要求，并实现其宗旨和目标。认证是国家基于涉及机构、学术界和国家认证委员会（CNA）的先前评估过程对项目或机构质量的认可。Colombia Científica还针对高等教育体系内的结构性不平等问题进行了改进。未经认证的大学与经过认证的机构配对，以加强治理、研究实践和学术标准。这一策略加速了机构发展，同时扩大了国家级别的合作网络和科学成果共享。项目结束时，成果超出了预期目标。超过1200名研究人员以及1000多名学生和教师参与了高级培训和资助的研究。科学和技术成果超出预期130%以上，包括工业原型、可申请专利的技术、获得的专利以及基于技术的企业的创建。重要的是，大多数参与的未经认证机构实现了或接近实现了国家认证。总体而言，Colombia Científica建立了一个可扩展的模式，用于整合教育、研究和创新政策。其结果展示了战略联盟如何调动当地人才、加强机构能力，并生成符合国家发展目标的解决方案。这些结果为希望利用高等教育作为可持续和包容性创新驱动力的国家提供了可借鉴的经验。这些结果为理解基于大学的绿色化学教育倡议提供了一个结构框架。在加强国家科学生态系统的背景下，Universidad de la Costa的经验展示了如何将公共政策导向转化为整合教学、形成性研究和技术创新的教育实践。

Universidad de la Costa的使命是“基于思想自由和意识形态多元主义的原则，培养全面发展的人才，具备强烈的责任感，持续追求学术和研究的卓越，利用科学、工程、技术和文化的发展来实现这一目标”。为了实现这一使命，该校的管理委员会制定了与哥伦比亚教育部政策相一致的机构文件，即协议。这些协议使所有部门都能为实现使命和愿景做出贡献。目前，2020年的协议1628号“能力培训模式”为课程改革建立了框架，其中包括绿色化学的纳入。

自然科学和精确科学系，特别是生物学和化学部门，在其课程中推广系统思维、环境正义和可持续发展，并采用了一种最初被称为“课堂项目”的主动学习策略，该策略采用了基于问题的学习（PBL）方法（见对比表2）。在PBL中，学生以问题为起点进行调查、分析和知识构建。这种方法强调发展分析、研究和团队合作技能，更加注重实际应用。简而言之，课堂项目可以包含PBL，但不仅限于此。自2015年以来，这种主动学习策略已被应用于普通化学和有机化学课程中，并在培养学生科学、学术和个人技能方面取得了成功，并自2017年起正式纳入了学校教学大纲。PBL的实施有助于学生更深入地理解绿色化学和可持续性主题，并提高了他们对环境问题的批判性意识。

表2

课堂项目与PBL的对比

| 方面 | 课堂项目 | PBL |
|------|--------|------|
| 定义 | 围绕具体项目组织的综合性教学策略 | 以分析真实或模拟问题为驱动的主动学习方法 |
| 方法 | 广泛且跨学科 | 以问题为中心，注重探究 |
| 持续时间 | 中长期（几周或几个月） | 灵活；短期周期或扩展模块 |
| 最终产品 | 有形的综合成果（报告、原型、提案） | 有充分论证的解决方案或提案 |
| 教师角色 | 整个过程的协调者和促进者 | 通过提问促进认知发展 |
| 学生角色 | 协同设计和开发项目 | 分析问题并提出合理的解决方案 |
| 能力 | 综合的认知、程序和态度能力 | 分析、研究、合作和元认知技能 |

尽管过去十年拉丁美洲关于绿色化学和可持续化学的出版物数量有所增加，但研究产出仍然不均衡，主要集中在少数几个国家，主要是巴西、墨西哥和阿根廷，这三个国家占据了该地区90%以上的出版物。大多数现有研究集中在技术方面，如合成路线、材料开发或特定绿色化学原则的应用，往往强调短期成果。相比之下，尽管对促进可持续发展至关重要，但关注绿色化学的教育、制度和社会维度的综合方法仍然很少。

为了填补这一空白，本研究提供了一个纵向案例研究，记录了绿色化学在哥伦比亚大学教育中系统整合的过程，时间跨度超过十年。通过研究一种连接教学、形成性研究和实验室实践转型的教育策略，本文强调了化学教育作为拉丁美洲绿色化学持续实施的战略驱动力的作用，并为长期教育倡议提供了可借鉴的参考。

本研究采用定性和描述性的纵向方法，时间跨度为2015年至2025年。数据来源于机构记录、本科生研究项目报告、学术成果以及与绿色化学研究相关的创新成果。教育影响通过学生参与度、研究成果、学术认可度和研究生继续学习的连续性等指标进行评估。Universidad de la Costa的机构教学模式基于哲学、认识论和心理教育学原则，反映了人文主义、发展主义和建构主义的方向。这些原则指导学生的全面发展。在该框架下，该模式优先考虑主动学习和整体教育，强调与社会、文化和专业环境的有效互动，以确保教育过程具有强烈的社会相关性。学生的角色处于学习的中心，教师作为中介和促进者，支持学生的学术和个人发展。该模式还将课程视为一个灵活的系统，与能力和更广泛环境的需求和动态相一致。

在过去十年中，工程专业的普通化学和有机化学课程将实验室活动作为主动学习策略，使学生能够“通过实践来学习”。2015年，引入了课堂项目，让学生探索绿色化学及其12项原则作为应对环境挑战的可持续方法。这一倡议已经发展成为与机构教学模式和国家高等教育标准相一致的策略，通过包含三个阶段的PBL框架实施：知识阶段，介绍学习目标和预期成果；分析阶段，促进独立研究和团队讨论；展示和评估阶段，鼓励批判性反思、形成性评估和同伴评价。该策略从绿色化学衍生的全球可持续解决方案示例开始，之后学生组成四人小组，在16周的学期中协同工作。学生被引入绿色化学的概念和应用，并被鼓励使用美国环保署（EPA）网站和与可持续发展目标相关的材料进行独立研究。教师提出一个当地问题或挑战来引导探究，例如开发管理和处理常见有机废物的创新和可持续解决方案。总体目标是激励一年级学生通过主动学习将自己视为当地环境问题的解决者。虽然在这个早期阶段不要求学生提出高度严谨或决定性的科学提案，但他们需要开发结构合理、有证据支持且可行的想法。每个阶段结束时都会提供持续反馈，有助于形成性和总结性评估。在第一周课程中会提供一份详细说明能力、学习成果、绩效指标和交付成果指南的评分标准，并在整个评估过程中使用。Universidad de la Costa为其学术社区提供了电子图书馆和索引数据库的免费访问权限，包括Scopus、ScienceDirect和Web of Science，以促进研究和知识扩展。学生接受使用这些资源的培训，并被鼓励利用与他们兴趣相关的关键词进行探索。在教师和同学的头脑风暴和反馈之后，每个小组选择一个感兴趣的主题。尽管这些是一年级学生，尚未掌握大量专业技能，但他们被鼓励构思解决紧迫环境问题的方案或设计新型环保产品。这些努力符合绿色化学的原则，使用的材料易于获取，如盐、糖、白醋和小苏打、红卷心菜。这些材料在处理过程中是安全的，不会产生有毒废物，并且可以在室温下使用。在PBL（基于问题的学习）策略的第二阶段，“分析”，学生们会在Scopus、ScienceDirect和Web of Science等科学数据库中进行结构化的搜索，目的是找到关于他们指定主题的全球出版物。此外，他们还会识别主要的研究成果，并讨论在本地环境中创新或复制这些研究的可行性，利用现有的资源并在有限的时间内完成。这是因为需要在学期结束时提出一个解决方案。同时，他们还负责每五周展示一次他们提出的解决方案的改进版本，每个学期间隔（共有三个间隔）都会对此进行评分和反馈。在PBL的第三阶段也是最后阶段，每个小组都需要向全班展示他们的提案，如果可行的话，还要带上一个原型或实验样本。同学和教师通过分析项目的优点和改进机会来提供反馈，每个小组都会收到正式的最终评估。这种教学策略在过去十年中已被用于普通化学和有机化学课程中。普通化学和有机化学课程之间的一个关键区别在于前者更注重培养技能和应用知识。这些技能和知识是互补的，为工程师提供了对环境和日常过程中化学的全面理解。与学生的许多工作都是利用哥斯达黎加大学研究实验室的资源完成的。然而，学生们也有责任自己提供“原材料”（例如生物质），并在家中完成某些步骤。通过体验式学习，学生们探索了生物塑料、生物炭、杀虫剂、农药、天然pH指示剂、水过滤器、天然混凝剂和生物燃料等主题。他们使用了各种废弃物，如土豆、芒果、香蕉和芭蕉皮；椰子壳；以及印楝（Azadirachta indica）和诺丽（Morinda citrifolia）的叶子和种子。考虑到这些学生刚开始接受环境工程专业的培训，他们的成果被认为是非常出色的。许多学生对这种化学及其在可持续解决方案中的应用框架很感兴趣。因此，这种形成性和评估性的活动成为了更大项目的起点：一个学习绿色化学的研究苗床。许多学生在完成普通化学和有机化学课程后，希望继续他们的研究项目。他们希望进行进一步的研究，这将帮助他们满足专业学位的要求。

绿色化学研究苗床在高等教育机构中的发展

哥斯达黎加大学成立于55年前，一直致力于在教学创新方面保持领先地位，以符合其机构使命。该大学的教育模式旨在培养具有全球视野的合格专业人士，符合哥伦比亚教育部的政策和质量标准。在这个机构框架下，绿色化学苗床于2015年启动，最初有17名已经学习了普通化学课程的环境工程专业的学生希望继续在有机化学课程中探索他们的想法。在直接联系了首席教授后，一个“工作组”自发形成了，虽然没有官方资金支持，但可以使用学校的资源和实验室。这标志着一个旨在加强研究技能、批判性思维以及开发针对环境挑战的创新和本地相关解决方案的培训空间的开始。支持这一过程的关键教学策略是实施基于PBL方法的“课堂项目”。这种方法已被证明能有效激励学生，使他们能够在严格的科学框架内探索个人和社会相关的主题。作为一种形成性和评估性的策略，它增强了学生在批判性阅读、定量推理、问题解决、书面和口头交流、英语使用以及数据分析方面的能力。学生们使用西班牙语和英语接触学术数据库、机构报告、科学平台和多媒体资源，确保项目主题基于真实且有记录的环境挑战。在过去十年中，这种教学策略有助于培养可持续性导向的人力资本，近4000名工程专业的学生完成了普通化学和有机化学课程，在这些课程中系统地推广了绿色化学的原则，使他们认识到需要重新思考化学的实践和应用方式，并展示了本科教育在产生环境责任型创新方面的潜力。自2022年以来，哥斯达黎加大学已将绿色化学及其12项原则正式纳入三个工程学科的教学大纲中：普通化学、有机化学和材料科学。从2015年到2025年，大约有200名工程专业的学生参与了绿色化学研究苗床，根据绿色化学的12项原则制定了研究提案。在最初的五年里，学生参与研究苗床主要通过导师与学生之间的一对一指导来支持。随着项目的成熟并符合大学的研究培训框架，一门120小时的研究与创新课程成为了入学的先决条件。这门课程提供了早期研究所需的方法论和概念基础，确保学生进入项目时具备一致的准备水平。它涵盖了机构科学、技术和创新系统的组成部分、科学方法和主要研究范式、定量和定性方法，以及研究问题的制定。学生们还发展了高级信息搜索、参考管理、文献矩阵构建、科学写作和科学交流的能力。课程中还融入了以创新为导向的内容，包括商业模式画布、设计思维、精益创业原则、知识产权基础和技术转移过程。课程最后提供了关于机构研究苗床路径和国家研究项目机会的指导。这种结构化的准备为学生进入绿色化学研究苗床时制定研究提案提供了坚实的方法论和创新基础。近年来，EMMA机构平台通过集中申请提交、资格验证和注册，标准化了研究苗床的录取流程。录取要求完成免费的研究方法课程，选择与大学官方可持续发展研究方向一致的苗床，并获得教员顾问的批准。整个过程以科学、技术和创新副校长的最终批准结束。研究苗床是自愿的课程空间，通过整合教学、研究和推广活动来培养新兴研究人员。学生们与教员导师合作，加强他们的方法论、认知和社会研究技能，同时产生和传播研究成果。这些成果是大学科学培训和质量保证系统中学术进展的指标。虽然由于时间限制和个人责任，并非所有参与者都完成了他们的研究项目，但所有学生都接触到了专注于可持续性和专业相关化学解决方案的研究导向学习体验。自2015年成立以来，绿色化学研究苗床代表了哥斯达黎加大学在哥伦比亚研究苗床网络（REDCOLSI）组织的部门和国家级活动中的形象。学生们经常向通常不熟悉绿色化学变革范围的学术听众展示项目提案和研究成果（图1）。同行评审者的评价一致强调了这些贡献的质量和相关性。REDCOLSI在哥伦比亚通过准备新一代人通过研究、合作和可持续发展来成为变革推动者方面发挥了关键作用。

图1

从定量上看，绿色化学研究苗床的影响是显著的。在过去十年中，完成了十多个研究项目，其中八个明确应用了绿色化学原则。其中五个项目获得了优秀奖，所有项目都涉及环境工程专业的学生。每个项目都是根据学生的个人节奏和技能水平，以高度个性化的方式进行。学生们可以参加工作会议、规划会议，并在整个过程中获得持续的支持。这种个性化的方式由两名导师和每项提案对应的两名学生组成。这两名导师是研究苗床的教员成员，直接指导研究过程的开发，包括提案制定、方法设计、实验实施、数据分析和最终报告的准备，确保学术和方法上的严谨性。学生们会在评审委员会面前展示他们的最终成果。评审委员会成员是环境工程专业的教员，他们的学术经验和主题专长与项目主题相符。他们负责根据预先建立的评估标准评估书面最终报告和口头答辩。学生们可以自主决定工作的重点，导师在整个过程中扮演专家指导的角色，根据需要提供指导和帮助。创新成果包括：在“Hackathon AGSTAR 2021”中获得第一名，提出了一个创业想法（一种有机杀虫剂），这是哥伦比亚“Las estrellas del agro”（农业之星）竞赛的一部分，专注于农业领域的创新，其中科技初创企业（AgTech、FoodTech、AnimalTech）开发了解决方案，最终在2021年11月的Expo AgroFuturo上获得了最佳项目的奖项，将初创企业与生态系统合作伙伴联系起来，以促进拉丁美洲农业的发展（图2）。2022年，一项有机杀虫剂获得了专利，证明了将学术研究转化为实际技术解决方案的潜力。科学传播也得到了扩展，2024年发表了第一篇同行评审的论文，题为“使用香蕉皮去除水溶液中的直接海军蓝染料”，并且有超过30次参与国家级学术推广活动。长期的形成性影响还体现在目前正在进行的两篇硕士论文中，这些论文由哥斯达黎加大学环境工程专业的毕业生撰写，他们是研究苗床的早期成员，现在正在攻读可持续发展硕士学位。为了庆祝十周年，学生们为T恤设计了一个标志（图3）。

图2

“Hackathon AGSTAR 2021”奖项

图3

绿色化学研究苗床标志

一些代表性项目展示了绿色化学原则如何在教育和实际环境中得到应用，包括开发天然pH指示剂、饮用水处理的替代消毒剂，以及利用农业废弃物去除污染物。2017年，研究苗床的第一个本科项目成功完成。该项目从红甘蓝（Brassica oleracea）中提取花青素，作为合成pH指示剂的天然替代品。这一举措符合绿色化学的原则，特别是第一、第四和第十项原则。这种天然指示剂的表现与传统指示剂相当，同时显著减少了有害废物的产生。另一项研究评估了过氧乙酸作为饮用水处理的替代消毒剂，其效率可与次氯酸钠相媲美，同时产生的有害副产品更少，并符合哥伦比亚的饮用水法规。

接下来的项目集中在农业废弃物的利用上，包括使用香蕉皮生产热活化碳来去除水中的纺织染料和新兴污染物；以及使用芒果（Mangifera indica）种子作为生活污水处理的天然混凝剂，结合了符合第六项原则的节能太阳能脱水过程。

每个项目都显示出进一步改进的机会；然而，主要的教育目标已经实现：将本科生对化学作为一门直接与可持续发展和环境责任相关学科的理解进行了转变。绿色化学研究小组的一个令人自豪的例子是第一个加入该小组的学生Beatriz Ferreira-Tilano，她现在是哥斯达黎加大学的环境工程师，并正在她的母校攻读可持续发展硕士学位。她目前担任AtlantiCO2项目的技术负责人，该项目于2025年启动，旨在提高环境意识并支持向有韧性、低碳和碳中和领域的转型。该研究得到了哥伦比亚工业家协会（CRA）、哥伦比亚国家工业家协会（ANDI）的赞助，并与哥伦比亚技术标准和认证研究所（ICONTEC）以及巴托洛梅·德拉斯·卡萨斯研究所（INUBAC）合作开展。

目前，自然科学与精确科学系的绿色化学研究小组包括14名活跃的学生和4名导师，其中2名生物学家和2名化学工程师。他们共同致力于研究各种课题，如利用椰子壳生产生物质能源、使用入侵物种（如Eichhornia crassipes）去除制药污染物、校园内的自然解决方案（如“液体树”），以及开发环保型杀虫剂。将绿色化学融入化学课程体系已取得三项重要成果，这些成果直接支持了科斯塔大学的可持续发展研究方向。这一学术策略符合联合国可持续发展目标（SDGs）3和4，促进了当地社区和国家的可持续发展。该计划的初步成果是建立了一个获得国内外认可的研究基地。其次，它推动了化学实验实践的系统性改进，调整了实验指南，以符合废物预防原则（原则1）、减少试剂使用和提升原子经济性原则（原则2），以及选择更安全的溶剂和辅助材料原则（原则5）。例如，所有实验都使用水作为溶剂，糖、柠檬汁、厨房醋、紫甘蓝水等厨房或家中常见的化学物质作为试剂。这些物质在实验中的使用量虽少，但足以观察所研究的化学现象。因此，化学实验规程得到了修改，以优先考虑生物安全并减少环境影响，同时实施了GHS（全球化学品统一分类制度）。所有修订后的实验指南均可在机构知识库中获取，并每年由教师团队进行审查。此外，该大学还计划申请“我的绿色实验室”认证。

自2022年起，科斯塔大学成为“Beyond Benign Green Chemistry Commitment”倡议的签署方，这大大加强了其在学术和研究过程中融入可持续性的努力。自然科学与精确科学系在课程改革、推广负责任的可持续实验实践以及促进教师对绿色化学原则的理解方面发挥了核心作用。通过这一合作，大学获得了全球最佳实践、专业发展机会以及致力于推进可持续化学教育的机构网络的支持。因此，该系和大学提升了创新能力、环境管理能力和长期可持续发展的整合能力。科斯塔大学确实是该国第二个签署该倡议的机构。

本案例的研究结果与《全球化学品展望II》的报告一致，该报告强调需要加强行动，以传播绿色和可持续化学教育的最佳实践，并克服学术界和私营部门中的持续障碍。在哥伦比亚大学建立绿色化学研究基地，是对这些国际建议的具体机构响应。这一举措不仅践行了联合国环境规划署（UNEP）制定的《绿色和可持续化学教育与学习专门手册》中的原则，还展示了如何将全球政策框架转化为本地化教育实践。绿色化学研究基地通过学生主导的研究、跨学科合作以及将绿色化学概念应用于具体的环境和工业挑战，促进了可持续性原则在学术培训中的整合。这些发现表明，这样的基层学术结构在弥合课程意图与实际学习体验之间的差距方面可以发挥关键作用，增强了绿色化学教育对哥伦比亚高等教育系统可持续发展目标的贡献潜力。

哥伦比亚是一个自然资源丰富的国家，拥有许多具有创新潜力的研究人员，尤其是在绿色化学领域。然而，在意识、教育和培训方面仍存在显著差距。人们对绿色化学概念及其与可持续发展的联系缺乏全面理解，关键在于国家的承诺。尽管哥伦比亚在创新和研究方面具有巨大潜力，但国家和私营部门对可持续性项目的资金支持有限。由于缺乏将绿色化学作为可持续发展催化剂的全国性战略，该国实际上已经间接采纳了这一概念。这主要是因为哥伦比亚需要将其发展战略与国际可持续性标准保持一致，而这些标准越来越多地将绿色化学纳入更负责任的化学知识生产和应用框架中。在这方面，绿色化学的若干原则已被纳入国家公共政策，尤其是在CONPES（国家规划委员会）的文件中。CONPES是该国的最高规划机构，发布了这些作为跨部门公共政策工具的文件。这些计划的制定由NPD（国家发展计划局）协调，该机构就与哥伦比亚经济和社会发展相关的问题向政府提供建议。另一方面，应用绿色化学原则的科学出版物日益增多，这一概念正通过科学推广活动、文章发表和国际学术网络建立联系，促进了教师、研究人员和高等教育学生与全球绿色化学界的交流。像“Beyond Benign”组织和“LatinXChem”这样的活动有助于提高人们对哥伦比亚在这一领域工作的认识。“LatinXChem”是一个每年在X平台上举办的活动，为拉丁美洲的化学家们提供了一个分享研究成果的平台，通过免费的多语言（西班牙语、葡萄牙语、英语）在线海报展示会，克服了地理和资金障碍，提升了这个往往被忽视的科学社区的可见度和合作机会。

哥伦比亚在自然资源方面十分丰富，拥有许多具有创新潜力的研究人员，特别是在绿色化学领域。然而，在意识、教育和培训方面仍存在显著差距。人们对绿色化学及其与可持续发展的联系缺乏充分理解，关键在于国家的承诺。尽管哥伦比亚在创新和研究方面具有巨大潜力，但国家和私营部门对可持续性项目的资金支持有限。由于缺乏将绿色化学作为可持续发展催化剂的全国性战略，该国在一定程度上采纳了这一概念。这主要是由于哥伦比亚需要将其发展战略与国际可持续性标准对齐，而这些标准越来越多地将绿色化学作为更负责任地生产和应用化学知识的框架。在这方面，绿色化学的若干原则已被纳入国家公共政策，尤其是在CONPES的文件中。CONPES是该国的最高规划机构，发布了这些文件。这些计划的制定由NPD协调，该机构就与哥伦比亚经济和社会发展相关的问题向政府提供建议。另一方面，应用绿色化学原则的科学出版物日益增多，这一概念正通过科学推广活动、文章发表和国际学术网络建立联系，促进了教师、研究人员和高等教育学生与全球绿色化学界的交流。像“Beyond Benign”组织和“LatinXChem”这样的活动有助于提高人们对哥伦比亚在这一领域工作的认识。

哥伦比亚是一个自然资源丰富的国家，拥有许多具有创新潜力的研究人员，尤其是在绿色化学领域。然而，在意识、教育和培训方面仍存在显著差距。人们对绿色化学及其与可持续发展的联系缺乏充分理解，关键在于国家的承诺。尽管哥伦比亚在创新和研究方面具有巨大潜力，但国家和私营部门对可持续性项目的资金支持有限。由于缺乏将绿色化学作为可持续发展催化剂的全国性战略，该国实际上已经间接采纳了这一概念。这主要是由于哥伦比亚需要将其发展战略与国际可持续性标准对齐，而这些标准越来越多地将绿色化学纳入更负责任的化学知识生产和应用框架中。在这方面，绿色化学的若干原则已被纳入国家公共政策，尤其是在CONPES的文件中。CONPES是该国的最高规划机构，发布了这些文件。这些计划的制定由NPD协调，该机构就与哥伦比亚经济和社会发展相关的问题向政府提供建议。另一方面，应用绿色化学原则的科学出版物日益增多，这一概念正通过科学推广活动、文章发表和国际学术网络建立联系，促进了教师、研究人员和高等教育学生与全球绿色化学界的交流。

结论与未来展望

绿色化学正在逐步被纳入哥伦比亚大学的化学和工程课程中，主要通过选修课程、研讨会和研究项目实现。尽管这些努力反映了机构对可持续性的日益重视，但全国范围内的课程标准化缺失仍限制了其系统性影响。除了学术和工业环境外，公众对绿色化学的理解仍然有限，这凸显了需要更广泛的教育和政策推动。哥伦比亚的经验表明，高等教育机构在推动可持续创新方面发挥着核心作用，特别是在循环生物质利用、环境负责的化学过程和水处理解决方案等领域。这些努力的推广得益于基层学术组织和国际组织（如“Beyond Benign”和“LatinXChem”）的支持。尽管取得了进展，但仍存在结构性挑战，包括资金有限、政策框架碎片化以及行业参与度低等问题。这些因素限制了大规模实施和技术转移。在这方面，科斯塔大学的绿色化学研究基地展示了以学生为中心的持续研究项目如何成为可持续创新的孵化器。通过问题导向的学习、应用研究和外部合作，该案例展示了绿色化学对实现可持续发展目标的直接贡献，包括促进优质教育（SDG 4）、通过绿色化学实践促进负责任的消费和生产（SDG 12）、推动与可持续工业发展相一致的应用创新（SDG 9）、支持清洁水和卫生解决方案（SDG 6），以及加强学术界、工业界和政府之间的合作（SDG 17）。科斯塔大学将继续努力将绿色化学的理念融入校园和当地社区，通过科学活动和其他方式实现这一目标。为此，制定一个将教育战略与科学、技术和创新政策相协调的全国性路线图至关重要，特别是那些由Minciencias（科学技术部）和教育部主导的政策。这样的路线图有助于加速绿色化学在哥伦比亚的普及。该路线图应促进课程创新、教师发展以及支持所有教育机构绿色化学项目的持续资金机制。整合数字工具、加强机构间和国际合作框架、以及提升基于研究的教育模式（包括学生主导的研究小组和创新驱动的学习环境），有助于缩小知识生成与公共政策实施之间的差距。在此期间，建议在中小学开展更多关于绿色化学的推广活动。这种教学策略旨在确保学生在进入大学时，能够将绿色化学视为一个成熟的范式，而不是一个新概念。这样，他们将更有能力提出具有更大影响力的可持续战略和解决方案。通过这种方式，哥伦比亚可以利用高等教育作为可持续发展的战略驱动力，将绿色化学教育不仅视为应对全球环境挑战的手段，也视为科学创新、环境责任、环境正义以及拉丁美洲长期社会和经济发展的催化剂。

利益冲突

本研究未发现任何利益冲突。

数据来源

本研究的数据来源于科斯塔大学（CUC）的官方网站、记录和知识库。这些数据包括课程大纲、实验指南、学生研究项目、内部报告以及公开可获得的学术成果（如论文和出版物）。相关背景信息可以在哥伦比亚政府的官方网站和专业数据库中找到。所有这些文件均可获取（详见文章中的参考文献）。这些图片属于通讯作者（Claudia Herrera-Herrera）的个人摄影作品集，她是科斯塔大学（Universidad de la Costa, CUC）绿色化学研究项目的创始领导者。这些图片均为绿色化学研究项目的原始资料，参考编号分别为24、27以及49–53。