绿色化学实验范文

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1 引言

绿色化学旨在从源头消除污染，是使人类可持续发展的化学，其内容包括新设计或者重新设计化学合成、制造方法和化工产品来根除污染源，是最为理想的环境污染防治方法。初中化学实验教学过程中，无论是演示实验还是学生实验，若处理不当，都会对环境会造成污染。就这一问题，要求对实验进行创新，进行绿色化设计。如何把绿色化学教育更好地贯穿于初中化学教学的全过程之中，是时代给化学教育提出的一个新的研究课题。

2 化学实验绿色化的意义

化学实验绿色化会给学生带来终身的影响，环境质量与学生及其家人的生活息息相关，通过化学实验绿色化的教育，可以使他们关心自己身边的环境，知道自己有能力改变世界，知道健康与环境之间的联系，了解个人利益与环境的关系。让大家知道并不是只有科学家和专业环境工作人员才能够为环境做出贡献，我们每一个人都可以为地球的绿色化做出自己的贡献。只有教师、实验员、学生、学校、社会共同努力，才能够早日真正实现化学实验的绿色化。

3 加强化学实验绿色化制度

3.1 提高实验员的素质是化学实验绿色化实施的前提。

只有了解化学实验绿色化的知识，才能够更好地运用这些知识实现化学实验绿色化。由于化学实验绿色化知识的缺乏，曾经有实验员用四氯化碳擦去黑板上的水笔印记，结果中毒被送进医院；也曾经有实验员不在水中切割白磷，结果着火，差点酿成大祸。只有高素质的实验员，才知道如何更好地保护自己，如何更好地保护环境。所以我们不能忽视实验员的工作，应该大力提高实验员的各方面的素养。为了帮助教师和学生配制实验试剂，制取实验气体，实验员经常接触高浓度、大剂量的液体和气体。首先需要让他们了解了各种试剂的具体危害。这样，即使是出于保护自身健康的需要，他们也能够积极主动地采用绿色化的实验。

3.2 配制低浓度药品。

初中化学实验很多并未指明所用药品浓度的大小，在保证实验成功的前提下，尽量配制较低浓度的药品。这样既能节约药品，又减少了污染。如初中实验中盐酸和氢氧化钠是最常用的药品，一般来说，稀盐酸的浓度为1：4（盐酸和水的体积比），氢氧化钠溶液的浓度为1%，如果是学生实验，还可以进一步稀释。当然也有特殊情况，为了保证实验的成功，也要用较浓的溶液，如在做鉴别葡萄糖演示实验时，氢氧化钠溶液的浓度为10%。做氢氧化钙溶液和碳酸钠溶液反应时，碳酸钠溶液必须是饱和状态，这样现象才会比较明显。

3.3 微型化实验仪器。

微型化学实验，是1982年开始在美国研究试用的一种新型的试验方法。被誉为化学实验的革命。微型化学实验是为减少资源消耗和化学污染而发展起来的一种化学实验的新方法、新技术，为化学实验教学改革开辟一条新的路径。它具有节约药品、节省时间、安全、减少污染、激发学生动手实验的兴趣等优点。所以对一些初中化学实验微型化设计体现绿色化学思想是很有必要的。

例如，在分组实验中药品的用量很大，特别是金属性质和酸碱盐性质实验。虽然在刚开始接触化学实验时就强调实验操作的规范性，但由于初中阶段的学生自律和自控能力较弱，实际操作中药品的用量很难控制，造成的浪费大，污染也大，考虑这些，我们申购了一批15×100规格小试管代替之前用的15×150规格的试管，尽量减少药品的用量从而减少污染。在做氨分子扩散运动分组实验时，科教版教材上用的是一只大烧杯罩住分别装有浓氨水和酚酞试液的小烧杯，实验所需药品量较大，实验耗时较长，且浓氨水有挥发性和刺激性气味，对环境有污染。为了减少环境污染，我们对实验进行微型化设计，用两个格子的塑料药片板代替两个小烧杯，固定在玻璃片上，分别滴加浓氨水和酚酞试液，再用50mL的小烧杯罩住药片板。这样的设计，大大减少了药品的用量、实验时间、环境污染等。该设计如果用于演示实验，可以利用投影，放大实验现象，提高演示实验的效果。

3.4 规范实验操作。

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二、尝试探索创新，推广绿色实验

众所周知，很多化学知识都是以化学实验引入并且加以验证的，实验是化学教学中的重中之重，如果能在基层教学过程中，大力推广绿色实验，势必会将绿色化学贯穿整个教学。传统化学实验所使用的实验药品，以及伴随实验所产生的各种废弃物，不但对环境造成污染，对师生的健康或多或少都会有一些影响。因此，在教学实验中，教师应严格把关，Anastas和Warner提出了绿色化学的12条原则，这些原则可作为实验化学家开发和评估一条合成路线、一个生产过程、一个化合物是不是绿色的指导方针和标准。

1.防止废弃物的产生，比先产生后治理要重要；

2.合成方法应设计尽可能将所有起始物嵌入到最终产物中去；

3.只要可能，合成反应应设计成反应中使用和生产的物质对人体和环境无毒或毒性很小；

4.设计的化学产品应在保证其应有功能的同时尽量使其无毒或毒性很小；

5.尽量不用辅物质（如溶剂、分离试剂等），当不得已使用时，也应使用无毒物质；

6.能量消耗应是越少越好，应能为环境和经济方面所认可，合成方法应在常温、常压下实施；

7.只要技术上和经济上是可行的，尽量选择可再生的原料；

8.应尽量避免不必要的派生过程；

9.尽量使用具有催化选择性的试剂；

10.化学产品中的设计应保留其功能，减少其毒性，当完成自身功能后不再滞留于环境中，使之降解为无毒的物质；

11.需要开发实时、跟踪监控的分析方法，预先监控有毒物质的形成；

12.化学物质及其在化工过程使用中的物态，应选择潜在化学随机事故（包括气体泄露、爆炸和着火）最小的，等等。从以上论点可以总结出，化学实验绿色化的内容包括：化学试剂、溶剂和催化剂的绿色化，尽量选择低毒和可再生资源，溶剂尽量选择水溶剂，避免采用有毒有害和挥发性溶剂，催化剂应首选采用无毒害、无腐蚀的物质；实验剂量绿色化，在保证完成化学反应的情况下，尽量使用最小剂量的试剂、溶剂和催化剂；对实验产生的“三废”进行无毒无害化处理，确保污染程度降到最低。

三、激发探究精神，完善绿色化学

（一）开展微型化学实验

微型化学实验，就是以尽可能少的化学试剂来获取所需化学信息的实验方法与技术。虽然它的化学试剂用量一般只为常规实验用量的几十分之一乃至几千分之一，但其效果却可以达到准确、明显、安全、方便和防止环境污染等目的。近年来，在我国化学实验教学改革领域中，微型化学实验蓬勃发展，引起国内化学教育界极大关注。目前微型化学实验开展到分析化学、物理化学、医用化学和高分子化学实验的微型化探索，并取得了骄人的成绩，逐渐形成了具有中国特色的微型化学实验特点：微型仪器价格低廉且配套比较完整，在国际上具有很强的竞争力。此外，微型化学实验与传统实验相比，具有明显的绿色环保、节约药品和节省时间的特点。微型化学实验的优势已经在教学中呈现出来，受到了广大师生的欢迎。目前，国内已有800余所大、中院校开始采用微型化学实验。

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引言

实验教学是化学教学的重要组成部分，结合当今时代特点，环境保护问题已成热点。绿色化学是在获取新物质的化学过程中充分利用每个原料原子，实现“零排放”，既充分利用资源，又不产生污染，对环境的治理从治标转向治本。

日前，我国环保部参与欧盟亚洲可持续生产和消费项目研讨会会上提出“采用废物跟踪系统，提高电子废物资源利用和环境保护水平”，可见环保问题全球关注。垃圾之多，却未用尽其能，眼看是不环保，实则是有限资源的浪费。中国南方素以水乡为其优势，由于工厂、化肥农药农业、生活、校园实验等排放的污染水，严重超过环境水体容量，打乱水体的自净能力，单方向的水治理困难重重，污水不同程度地影响着民众身心健康，同时治理污水耗重金耗时而且影响基本生活，如今真正能为民众享用的洁净水正急剧削减中，地表水污染引起的土壤污染影响农业的健康耕作，地下水的污染，源头水的保护，水污染污染物的扩散侵袭等一系列水问题引起我们深思。近日，对环境污染事件的关注度日益提高，尤其在水污染防治方面颇为重视。例如华北平原地下水污染防治开展淮水污染重点工程检查正要在2015年初步完成耗资数十亿建立的监测网，耗资巨大，耗时长久，若能减少污染，这些资源的便能得以节约。就高校来说，从实验排污源起，减少污染。

在高校中，通常做完实验就将试剂直接倒入水池中。这样的实验不停地进行着，而实验室很少有三废处理，致使实验室如一污染排放源向外排放着各种污染物（所用的化学药品种类多，消耗量大，而且大部分有腐蚀性或有毒，有的实验还伴随有毒或有害物质的产生）。不仅对水体造成污染，其对土壤、水生生物的副作用更强，尤其笔者深有感触的是所在学校中的湖泊，经常是发黑散臭气，而如在国庆假期之后的几日里能明显感受到湖的清爽，湖面也无明显漂浮的植物，这是由于没有污染行为的发生，可见实验室的绿色化势在必行。

一、绿色成果创意――激发学生兴趣

教师通过引导促使学生通过一些改良实验（如用无毒、弱毒试剂代替有毒试剂进行实验，发现新方法代替原本效率低的方法，等等），使学生感受到绿色化学创新带来的好处，产生学习兴趣，从而真正步入绿色化学实验的学习中。

二、绿色化学之源――网络微型实验

在当今网络迅猛发展的时代，网络化已具备各方面完善的功能。在网络环境下微型化学开放实验的开设具有显著的经济效益、环保效益和教学效果，代表了化学实验改革发展的方向，是贯彻两型社会（资源节约型、环境友好型）发展的战略指导方针。

创新是一个民族生存和发展的基础，是一个国家兴旺发达的不竭的源泉和动力。网络环境下微型化学实验教学模式有如下优点：实验的项目准备、操作等都是以学生为主体，使学生由过去被动“等待”和“接受式”的学习方式，变为“主动”和“探索式”的学习方式；培养了学生学习化学的兴趣，培养了学生实践和创新的能力。便于学生在课堂上进行实验探究和课外进行家庭小实验（而笔者认为学生的主动思考性实验即使有缺陷也远胜过安排性实验），能增强参与意识和动手能力，有利于创新思维的培养。由于微型实验使用剂量少，可以给学生更多的机会动手实验，有利于培养学生娴熟的实验操作技能。

三、绿色实验开展――融会贯通

1.实践绿色化学实验课程教学，提高学生开展绿色化学实验的能力。

（1）以学生为中心，使化学实验成为绿色工程。

要求学生做到“实验源头预防、实验中间控制、实验排放达标”。期间包括避免使用剧毒原料、用绿色溶剂代替易挥发性的有毒有机溶剂、用绿色催化剂替代有毒、易腐蚀的催化剂、对实验中产生的“三废”进行分类处理，等等。

（2）革新常规实验，开展微型、半微型化学实验。

微型化学实验是以尽可能少的试剂，获取与常规实验相当的化学信息的实验原理与技术。其主要优点是：试剂用量大大减少，仅为常规实验的1%～10%，减少了“三废”排放量，以及相关材料和水、电的消耗，降低了实验成本，节约了实验经费，缩短了实验时间，提高了实验的安全性，改善了实验环境，降低了环境的污染。

常规实验的半微量是指在不改变实验方法、不改变操作技术的前提下，采用常规的小容量仪器、药品用量减量，不用额外的经费投入，就可以充分利用实验室现有的资源而进行实验操作的方法，因为成熟的实验技术更容易推广。

2.实践课程教学中形成绿色工程理念，促使学生形成良好的绿色化学行为。

（1）绿色化学观念贯穿实习、实践。

毕业实习、课程实习及社会实践时，要求学生用绿色化学的思维审视生产单位的技术路线、生产工艺、生产管理、产品销售等环节，用绿色工程的12条标准验证各生产环节，总结出符合绿色化学标准的各环节，整理出不符合绿色化学标准的各个环节，并有针对性地提出解决措施。依据“5R”原则考虑和解决化学实验中出现的污染问题，做到实验药品的减量化、循环或回收再利用，选择污染少、装置简单、产物易分离、安全性高的实验方法，在无法避免使用或产生有毒有害物质时，必须采取有效的保护和消害处理措施。通过反复多次地实习实践、归纳总结，强化学生的绿色化学观。

（2）绿色化学观伴随毕业生终生。

要求学生在进行毕业论文及毕业设计时，从开题报告到论文答辩都必须体现绿色化学观。凡违背绿色化学观及绿色工程理念的毕业论文及毕业设计都视为不合格，要么修改，要么重做。指导老师要严格把关，及时跟踪指导，务必培养出合格的应用型人才。要让绿色化学思想扎根于每一位学生的心田。这既是对学生负责，更是对社会及历史负责。

结语

环境保护是我国的一项基本国策，从源头开始的绿色实验，使清洁生产跟上环保主题前进的步伐。绿色化学实验的进行促进学生在科研、实验的道路上保持绿色、清洁意识，使用绿色材料，开展节约型实验，拥有绿色洁净实验过程，排放低污染值三废。我们要清醒地认识到，化学实验的绿色化是一项大工程，需要学者、生产者持久地进行建设。

参考文献：

[1]唐纯翼.绿色化学观在《环境化学》教学中的实践[J].当代教育论坛，2011（10）：126-127.

[2]张康华，曹小华，谢宝华，陶春元.化学实验教学与绿色化学教育[J].实验室研究与探索，2010，29（5）：123-125.

[3]黄树辉.问题教学法在环境化学中的应用[J].检验医学教育，2008，15（3）：15-172.

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一、绿色化学及其原则

（一）“绿色化学”定义

绿色化学概念最早是在1991年ACS提出的，又称清洁、环境无害、环境友好化学。绿色化学以在使用和生产化学品时有效利用原材料、不产生废物、避免危险和有毒的试剂及溶剂为目标，其最大的特征在于从产品生产的始端就采用科学手段来控制污染，通过“原子经济性”的原则来设计和实施化学转化，在化学转化中充分利用每个原料每一个原子来获得目标产物，并且在生产过程和最终产品使用中均做到零排放和零污染，它既充分利用了资源，又防止了污染。可见，绿色化学是一门从源头上阻止污染的化学，不仅将给传统的化学工业带来革命性变化，是目前化学化工行业的研究热点和前沿课题，是开发从始端到终端解决污染的新兴学科，对保护环境、促进社会可持续发展有着重要的时代和历史意义。

（二）“绿色化学”原则

20世纪90年代对绿色化学提出的12条原则仍然适用于现代化学发展方向，也被国际公认，其指明了该学科的发展方向。近些年，化学研究者以12条原则为指导开展了深入、细致的工作，在绿色化学方面取得了突破性进展和突出的研究成果。绿色化学12条原则可概括为：①防止污染优于污染形成后处理；②设计合成方法时应最大限度地使所用的全部材料均转化到最终产品中；③使反应中使用和生成的物质对人类和环境无毒或毒性很小；④设计化学产品时应尽量保持其功效而降低其毒性；⑤尽量不用辅助剂，需要使用时应采用无毒物质；⑥能量使用应最小，并应考虑其对环境和经济的影响，合成方法应在常温、常压下操作；⑦最大限度地使用可更新原料；⑧尽量避免不必要的衍生步骤；⑨催化试剂优于化学计量试剂；⑩化学品应设计成使用后容易降解为无害物质的类型；11分析方法应能真正实现在线监测，在有害物质形成前加以控制；12化工生产过程中各种物质的选择与使用，应使化学事故的隐患最小。绿色化学从根本上对化学工作者提出了新的要求，要求其以全新的角度来考虑化学研究和生产过程。

二、高校开设“绿色化学实验”重要性

（一）绿色化学实验

“绿色化学实验”必须遵循“绿色化学”提出的十二原则，通过对指导思想、实验仪器、实验装置、实验内容、实验步骤、反应过程等的改变，对常规实验进行改革而形成的化学实验新方法。绿色化学实验对化学药品的使用以重复使用、回收、再生、减量、拒用等为基本原则。

（二）高校开设“绿色化学实验”的重要性

化学是一门实验学科，实验在高校化学教学中起着非常重要的作用，能够很好地培养学生的观察能力、动手能力、分析问题能力和解决问题能力，同时激发学生的创新力。高校化学实验涉及比较多的专业、学科，实验项目内容涵盖化学、化工和环境、生物、医药、医学、农业、检验、食品、护理等相关学科。高校中每天都有大批学生通过各种各样的化学实验来学习、理解各类基础知识，消耗的药品种类繁多、消耗量比较大，时常包含有腐蚀性或有毒药品、往往还会伴随有毒或有害物质的产生。目前，将“三废”直接排入环境的高校实验室还很多，仅有少数设有相应处理设施。虽然单独一个实验室排放三废量不大，但整个国家或地区排放的总量还是相当大的，不容忽视其对环境的累积破环效应，污染环境、破环生态平衡、威胁人类健康等等使社会发展走向不可持续。在高校建设绿色化学实验室，推行绿色化学实验，开展绿色化学研究，宣传绿色化学实验思想，将能够大大减少环境污染，维持生态平衡、保护人类健康，增强环保意识都会产生现实意义和历史意义。

三、高校开设非绿色化学实验的原因

（一）资金投入不足和管理者思想认识不到位

实验教学本身花费就很大，同时一些学校又对实验教学资金投入不足，购买实验药品往往也是唯价格论，能够开设的化学实验很有限，更没有处理实验“三废”的能力，凸显对污染的防治无能为力。此外，实验管理者思想认识不足，缺乏有效的管理方法。实验室管理人员中部分存在环保意识薄弱，更有甚者认为实验室产生的“三废”只是一点点，对环境构不成什么污染，完全认为是小题大作，这就导致在药品使用上存在浪费现象、废物排放处置上比较随意，增大了化学实验对环境的污染。在对学生实验管理上有时也存在不足，部分实验管理者和实验指导老师没有很好的要求学生，同时学生在实验中也缺少相关的环保意识，存在操作不规范，乱倒废液、废渣，任意排放废气等现象。

（二）实验有效指导缺乏、安排不合理

高校化学实验在教学上牵涉面比较广，往往涉及实验计划、实验内容、实验教材等等。很多高校还一直沿用老的实验内容，虽然实验教材经过了多次的修订和改版，但所做实验多年沿袭，疏于创新，在这种情况下实验本身就是非绿色的，所以只要做实验，就会带来污染。同时，通观现行的化学实验教材多数明确指出要求学生掌握实验目的、步骤、现象和结果讨论；然而在实验中使用的原料、试剂、添加剂、催化剂等药品的毒性、危害性，实验过程、后处理等可能产生的“三废”、带来的环境污染以及如何减少“三废”产生或避免污染很少涉及，没有做到人文关怀和环保意识的培养。另外，化学“三废”的种类较多，处理方法各异，耗资较大，再加上大家环保意识缺乏，致使至今还没有较全面的整理。

四、高校化学实验如何实现绿色化

根据绿色化学的十二原则，高校化学实验实现绿色化应从以下几个方面进行改革。（1）采用绿色化的化学试剂，例如选择无毒试剂和可再生资源用作实验试剂；（2）采用绿色化的溶剂，例如选择挥发性小、无害的溶液，避免有毒有害溶剂的使用；（3）采用绿色的催化剂，例如选取无害、无毒、无腐蚀性的催化剂；（4）选择无毒副产物生成或毒副产物生成最小化的反应条件，实现反应条件绿色化；（5）选择不具有原子经济性反应，避免“三废”的产生，实现化学反应绿色化；（6）反应的产物（包括副产物）应无害、无毒、环境友好，实现反应产物绿色化；（7）在保证实验效果的前提下，选择最小剂量的试剂、溶剂、催化剂，实现剂量绿色化；（8）合理分类收集“三废”，并做好无毒、无害化处理，实现“三废”处理绿色化。具体措施如下：

（一）培养实验人员的绿色化学意识

绿色化学意识的培养是高校绿色化学实验的保证。只有实验管理人员、教师和学生都有很强的绿色化学意识，才能为高校推行绿色化学提供有效的保证。当前，未进行传统化学实验教学内容改革的高校，在绿色化学实验方面的知识还比较缺乏，致使实验人员未能意识到绿色化学实验的重要性。目前实验人员的首要任务是更新观念、培养绿色化学意识，这就要求所有与化学实验有关的人员充分认识绿色化学实验的迫切性和重要性，系统掌握化学基础知识和实验技能，深入研究绿色化学实验理论和最新研究成果，积极实践、共同探讨，尽早实现传统化学实验到绿色化学实验教学的转变。同时，要加强宣传、严格要求、完善教学环节，使学生充分了解绿色化学实验，养成良好的实验习惯，确保化学实验教学中各个环节均实现绿色化。

（二）废除污染、毒性大的化学实验

依据高校化学实验教学的要求，在保证实验教学任务的前提下，修订实验课程教学体系，更新实验教学内容，选择污染小、毒性低、后续处理更环保的实验内容代替污染大、毒性高、“三废”产生多的实验内容，来完成高等学校对学生在化学实验基本操作方面要求的目的。这样不仅避免了实验对环境的污染，还增强了学生的环保意识。

（三）寻找有毒有害试剂、溶剂、催化剂的替代品

化学转化往往存在多种途径，高校化学实验教学应按照无毒或低毒化原则选择实验药品，尽量寻找选择无毒试剂和可再生资源用作实验试剂。选择挥发性小、无害的溶液，避免有毒有害溶剂的使用。例如，能够在水中进行的实验尽量使用水作为溶剂，使用更安全的甲苯代替苯。用无害、无毒、无腐蚀性的催化剂代替强腐蚀性催化剂。例如阳离子沉淀实验中使用硫代乙酰胺替代有毒的硫化氢反应，乙酸乙酯制备中催化剂使用固体酸代替浓硫酸。

（四）推广减量、半微量或微量化学实验

在满足教学大纲要求通过高校化学实验获取化学信息的量，积极推广减量、半微量或微量化学实验。通过试剂用量、辅助材料、水电消耗的减少也可以大大降低实验成本，也就能够缓解学校对实验教学有限投入的压力；其次也能够减少实验过程中比如爆炸、中毒、燃烧等事故的发生，使得实验更具有安全性；同时由于用料的减少，实验中“三废”的排放也将减少，对环境的污染将减小，实验环境条件将会得到一定的改善。在保证高校实验教学效果的前提下，应大力推进微量实验的开发和推广。在没有更好的实验方案的情况下，通过微量实验减少污染也是目前实现化学实验绿色化的一个重要途径。

（五）开展串联实验

传统化学实验教学是在理论课开设的同时或紧跟理论课来开设实验课程，每个实验基本上都是单独开设的、孤立的，因重复实验增加实验投入和“三废”的产生。通过对实验进行分类、整合实验课程，将存在关联的实验进行研究并调整实验内容，打破学科间、实验间的壁垒，开展串联实验。如把无机实验中溶液的配制与分析实验中滴定串联，有机实验中化合物的合成与提纯与仪器分析实验中产品纯度测定串联，合成实验与化学动力学实验串联。经串联以后开设的实验课程，可提高试剂的利用率，减少环境污染，降低实验费用。

（六）开设微波、超声等先进技术实验

在高校化学实验中引入微波、超声波等先进技术，设计、开设相关的实验项目，比如微波辅助提取、微波灼烧、微波消化、超声提取、超声催化。微波、超声波等先进技术实验的开设将大大减少环境污染、提高效率、节约能源，更有助于拓展学生对相关先进科学技术的深入了解，激发学习兴趣，提高学习效率。

（七）建立虚拟仿真化学实验室

伴随着当前信息技术及互联网技术的快速发展，在国家信息化发展战略指导下，虚拟现实技术在教育教学领域和管理过程中的应用正在逐步深入，有力促进了教育模式、教学方法和学习方式的深刻变革。针对放射性、高危险、高污染、学生难以理解的抽象的理论和概念，以及中学化学实验中有毒有害、易燃易爆等真实实验难以开展的实验项目，设计并建设一系列化学虚拟仿真实验项目，通过虚拟仿真实验教学平台实现开放共享。根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，教育部高等教育司已在2013年开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。目前已立项两批国家级虚拟仿真实验教学中心建设项目。