化學教材中實驗試劑量及實驗插圖的綠色化研究
——以高中必修化學人教版教材為例

單月英,申少華

(1.湖南科技大學 教育學院, 湖南 湘潭 411201；2.湖南科技大學 化學化工學院，湖南 湘潭 411201)

綠色化學是把無毒無害的自然原料最大限度的生產(chǎn)為無毒無害的目標產(chǎn)物，節(jié)能、減排、拒毒、循環(huán)、新能源等均是實現(xiàn)化學綠色化的有效方法[1]。至20世紀起各國政府均密切注視這綠色化學研究的發(fā)展，相比較于美國1990綠色化學的興起及后一系列發(fā)展，中國在20世紀后期才開始發(fā)展[2]。綠色化學思想是化學學科中一個重要的基本思想，目前國家對綠色化學相當重視，不僅把對綠色化學的要求寫進新課標，還大力推行綠色環(huán)保教育。而教師實施綠色化教學是一種貫徹綠色化學思想，提高學生綠色化學意識的有效策略。人教版教科書是現(xiàn)階段在湖南、湖北、河北、江西、寧夏等多省份使用范圍較廣的一種參考教材[2]，化學教師結合課程內(nèi)容進行綠色化教學符合高中化學新課程標準對化學教學提出的新要求。田長明老師對化學試題中一些插圖的細節(jié)問題進行了研究[3]；李瑩瑩老師針對微型實驗在教育教學中存在問題進行深入研究[4]。各位老師均從不同角度對人教版教材進行了研究，借鑒各位教師的優(yōu)秀研究結果及實踐教學需要，研究者針對04人教版高中化學必修教材部分實驗試劑量及實驗插圖進行綠色化改進的實踐研究。改進后的實驗不僅有利于節(jié)約試劑、保護環(huán)境，更有效提高了學生的綠色化學意識。人教版化學是使用范圍較廣的一種參考教材，若在實驗等內(nèi)容中能充分體現(xiàn)出綠色化學思想，對提高學生綠色化學意識有很大幫助。下述內(nèi)容是研究者結合新課標要求及教學需要對教材中部分實驗進行改進實踐的研究過程及效果，希望能給教材相關編輯人員提供建議。

1 綠色化研究

研究者主要從試劑量及實驗插圖兩方面對04人教版教材部分實驗進行綠色化研究，先從實驗改進研究檢測實驗結果，再到班級實踐研究檢測學生的綠色化學意識水平。

1.1 改進研究

改進研究主要是指研究者針對教材中內(nèi)容進行更符合綠色化學理念的教學研究。此處內(nèi)容主要從教材中部分實驗試劑量及實驗插圖兩方面進行改進。

1.1.1 試劑量

試劑量是實驗時所使用試劑的容積。下述實驗均使用規(guī)格為20mL的普通試管。

教材實驗3～7在試管里加入10mL 0.5mol/L Al2(SO4)3溶液，滴加氨水，生成白色膠狀物質(zhì)，繼續(xù)滴加氨水，直到不再產(chǎn)生沉淀為止[5]。

圖1 教材實驗現(xiàn)象

圖2 改進后實驗現(xiàn)象

圖3 改進前后對比實驗現(xiàn)象

圖1是研究者按教材實驗要求做出的實驗現(xiàn)象。實驗過程中由于所取試劑量太多，滴加氨水均生成白色膠狀物時液體容積接近試管三分之二，繼續(xù)滴加氨水至沉淀溶解時液體容積已超過試管三分之二，輕微振蕩加快沉淀溶解時有部分液體灑出，繼續(xù)滴加氨水試管底部的白色沉淀不易完全溶解且試劑量過多不方便振蕩試管。一個實驗消耗硫酸鋁試劑10mL，氨水試劑共近10mL，實驗完產(chǎn)生的廢棄物近20mL。

高中化學必修1中內(nèi)容均屬基礎化學范疇，教材中實驗是需要教師演示、學生實踐操作的內(nèi)容，所需試劑量較多；若能改進實驗不僅易于操作、節(jié)約試劑、減少廢棄物的產(chǎn)生，還能有效貫徹綠色化學思想，提高學生的綠色環(huán)保意識。是以改進實驗具有一定的教學意義。

改進實驗3～7 取2mL 0.5mol/L Al2(SO4)3溶液，滴加氨水，繼續(xù)滴加直至不再產(chǎn)生沉淀。

(若教學條件允許，可選擇10mL的小試管，滴加1mL 0.5mol/lAl2(SO4)3溶液進行此實驗，此實驗現(xiàn)象更清晰且不影響實驗結果，能有效節(jié)約試劑量減少廢棄物。

對于驗證性實驗，可以進行滴定板微型實驗，此方法更簡便易行可操作，更經(jīng)濟環(huán)保。)改進后實驗試劑量明顯減少，滴加氨水反應迅速且現(xiàn)象明顯，如圖2。把教材實驗3-7和改進實驗3-7進行對比，實驗結果如圖3。發(fā)現(xiàn)改進后的實驗現(xiàn)象與教材實驗并無出入，相反，改進后的實驗更方便操作。

1.1.2 實驗插圖

實驗插圖是教材中給學生起指導示范作用的圖片，其務求精準、科學。

1.1.2.1 教材插圖4～圖5

圖4為教材中聞氣體時的正確操作，研究者對其實踐操作，當完全敞開的瓶口靠近鼻翼時刺鼻之氣撲面而來，根本不需手動煽氣體。Cl2是一種有強烈刺激性氣味的有毒氣體，雖然聞氣體時人吸入量少，不至于對身體產(chǎn)生很大危害，逸出瓶外的少量Cl2也不會對環(huán)境造成很大污染，但作為教材中的實驗插圖，準確、科學及綠色化等對學生具有更好的指導示范作用。

圖4 聞氣體時的正確操作[5]

圖5 改進后操作

研究者在對班級教學實踐演示前把實驗插圖進行了改進，如圖5所示。聞氣體前用玻片蓋住集氣瓶口，聞氣體時再輕輕移動玻片一小部分，用手向鼻翼方向輕煽氣體，聞完氣體后再蓋回玻片。實踐中聞氣體前用玻片蓋住集氣瓶口不會造成大量氣體逸出污染環(huán)境，無形中給學生滲透綠色化學思想，如若是有毒的氣體這樣操作安全環(huán)保。經(jīng)此實驗插圖的改進，強調(diào)操作規(guī)范，后期各實驗中(例如講鹽酸的性質(zhì)章節(jié)內(nèi)容)只要涉及到聞氣體的實驗作，學生均能規(guī)范正確的示范出來，不僅教會學生科學嚴謹?shù)难芯繎B(tài)度而且能潛移默化的給學生滲透綠色化學理念。

1.1.2.2 教材插圖6～圖7

圖6 H2在Cl2中燃燒[5]

圖7 改進后的實驗操作

圖6 是教材中“ H2在Cl2中燃燒”的實驗插圖，研究者對其實踐操作時根據(jù)實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，集氣瓶口氯氣濃度低有部分逸出瓶口，但瓶底氯氣濃度高，當把點燃的H2緩緩深入盛滿Cl2的集氣瓶中時，生成物迅速逸出集氣瓶，污染空氣，此現(xiàn)象雖然明顯但不環(huán)保。因此實驗現(xiàn)象是一個具有指導介紹性質(zhì)的實驗插圖，是以研究者在進行班級教學演示前對實驗操作進行改進以備學生實驗使用。

如圖7所示，在盛滿Cl2的集氣瓶口蓋上玻片，當點燃H2時，再把玻片移開，導管前端深入集氣瓶后再蓋上玻片大部分，再慢慢把導管深入集氣瓶底部。實驗后瓶內(nèi)氣壓變大，蓋玻片有輕微移動，現(xiàn)象十分明顯。反應后逸出物減少，產(chǎn)物處理后再排放減少環(huán)境污染。趁瓶內(nèi)白霧四起加水處理廢棄物成鹽酸，用來中和堿或生活除垢給學生補充如何變廢為寶、節(jié)能減排保護環(huán)境，展現(xiàn)化學知識在生活中的魅力，提高學生生活中的綠色化實踐。

1.2 實踐研究

研究者在改進實驗實踐教學前對所教班級及各方條件均差不多的平行班級從綠色化學理論及實踐等兩方面進行綠色化學教育現(xiàn)狀調(diào)查，調(diào)研結果如表1。

表1 實踐研究前兩班級學生綠色化學教育現(xiàn)狀

據(jù)表1可知，兩班級學生對綠色化學理論認識及生活實踐調(diào)研結果均差不多。學生對綠色化學理論的認識優(yōu)良成績所占比為75%左右，生活中綠色化實踐行動為9%左右。經(jīng)過一學期的改進實驗及綠色化學思想的貫徹，一學期后再次對兩班級綠色化學教育現(xiàn)狀進行調(diào)研，結果如表2。

表2 實踐研究后兩班級學生綠色化學教育現(xiàn)狀

實驗班級學生對綠色化學理論的認識優(yōu)良成績所占比由實驗前的78.95%上升到92.11%，平行班級由實驗前的74.29%上升到77.15%；生活中實踐行動上實驗班級優(yōu)良成績所占比由改進實驗前的10.52%上升到47.37%，平行班級優(yōu)良成績所占比由實驗前的8.57%上升到11.43%。據(jù)實踐前后調(diào)研數(shù)據(jù)比較可知，對化學教材中實驗等進行綠色化教學研究有利于提升學生的綠色化學意識。

1.3 研究效果

對人教版教材實驗試劑量及實驗插圖的綠色化改進教學研究在試劑量、廢棄物、學生的綠色化學意識等方面取得了較明顯的進步。具體研究效果如表3。

表3 綠色化教學研究結果

2 小結

教科書是按照教學大綱編寫的為學生上課和復習用的書，學生往往把書中介紹的內(nèi)容當成模板，從不懷疑。這就要求我們的教科書概念準確、試劑量容積可行、插圖操作規(guī)范等。改進后的實驗不僅有效節(jié)約試劑、減少廢棄物，操作方便且環(huán)保。而且在課堂教學中有力的向?qū)W生貫徹綠色化學理念，提高了學生在生活實踐行動中的綠色化學意識。

[1] 陶華明，殷勇冠，朱全紅.基于"綠色化學"理念的中藥化學實驗教學的探討[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠程教育,2014 ,12 (13):102-103.

[2] 余紅霞，李 攀.綠色化學的研究進展[J].湖南理工學院學報(自然科學版),2009,22(4):77-81.

[3] 田長明.繪制化學插圖應把握的關鍵問題研究[J].教育與裝備研究.2016(08):75-77.

[4] 李瑩瑩.初中化學微型實驗的探究與實踐[J].考試與評價2017(06):132.

[5] 化學課程教材研究開發(fā)中心等.高中化學必修1[M].北京：人民教育出版社，2004：58，83.