綠色化學(xué)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的滲透與實(shí)施

姚成立，馬曉艷，李紅英

（合肥師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥230601）

綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的引進(jìn)不僅符合當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的要求，同時(shí)豐富了中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容。如果純粹按照教科書上的實(shí)驗(yàn)步驟操作，可能忽視了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，同時(shí)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)中可能存在的一些安全隱患和環(huán)保問題不重視，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不符合綠色化學(xué)的理念。通過綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生開始接觸與綠色化學(xué)相關(guān)的內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)操作中，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題，并通過交流合作解決問題。在此過程中讓學(xué)生感受到綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性，并在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教會(huì)學(xué)生如何選擇合適的化學(xué)試劑來進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的污染物應(yīng)如何處理，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生正確操作的技能，同時(shí)又可以避免有害物質(zhì)的侵害，讓學(xué)生了解綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的意義，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力，改進(jìn)并設(shè)計(jì)出符合綠色化學(xué)新的實(shí)驗(yàn)方案。

1 綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的必要性

人們的生活離不開化學(xué)，可持續(xù)發(fā)展要求我們發(fā)展綠色化學(xué)。在中學(xué)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要不斷挖掘教材中綠色化學(xué)的要素，將化學(xué)與實(shí)際生活相結(jié)合，不斷為學(xué)生滲透綠色化學(xué)理念[1]。傳統(tǒng)的教學(xué)方式只是單一地跟隨教學(xué)進(jìn)度，在教學(xué)過程中忽視培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識；在新的教學(xué)大綱中，就開始重視綠色化學(xué)，例如人教版高中化學(xué)教材《必修2》在第四章的第二節(jié)專門介紹了環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)，而且課后習(xí)題也設(shè)計(jì)出一些有關(guān)綠色化學(xué)的知識。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》在選修模塊內(nèi)容的設(shè)置上也體現(xiàn)了綠色化學(xué)的理念，例如“實(shí)驗(yàn)化學(xué)”這個(gè)課題已表明綠色化學(xué)教育開始走進(jìn)中學(xué)化學(xué)課堂?；瘜W(xué)離不開實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中滲透綠色化學(xué)理念，不僅可以增強(qiáng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境的意識，同時(shí)可以強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手操作能力[2]。隨著化學(xué)教學(xué)改革的推進(jìn)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)也在不斷改進(jìn)和完善中，越來越多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目符合綠色化學(xué)發(fā)展的要求?；瘜W(xué)所包含的知識范圍很廣，同時(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)也是多種多樣的，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化學(xué)教學(xué)的最基本環(huán)節(jié)，因此化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)學(xué)習(xí)中起著很重要的作用。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不影響結(jié)果的前提下，有意識地帶領(lǐng)學(xué)生改進(jìn)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，使改進(jìn)后的裝置更符合未來發(fā)展的要求，同時(shí)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)更貼近生活，符合學(xué)生的認(rèn)知水平。

2 綠色化學(xué)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透的方法

2.1 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的推廣

隨著新課標(biāo)的改革，學(xué)校教育更多地強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式，注重培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐動(dòng)手操作能力。以往開設(shè)的部分化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目屬于粗放式，具有藥品用量大，安全性低等缺點(diǎn)；而且多數(shù)實(shí)驗(yàn)都由教師操作，學(xué)生觀摩學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性較低，常規(guī)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)不能很好地適應(yīng)新課標(biāo)下化學(xué)教學(xué)的需求[3]。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改革下，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為減少實(shí)驗(yàn)廢棄物，改善化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要方法，逐漸在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中推廣。在以鎂與冷水反應(yīng)的微型實(shí)驗(yàn)中，如果把鎂投入到冷水中看不到氣泡的產(chǎn)生，有的同學(xué)就會(huì)認(rèn)為鎂不跟冷水反應(yīng)，只能跟熱水進(jìn)行反應(yīng)，這是片面的認(rèn)識。然而對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行如下改進(jìn)，可以證明鎂是可以和冷水反應(yīng)的。

（1）操作步驟。在實(shí)驗(yàn)室里，發(fā)給每位學(xué)生一段鎂條，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)。首先用砂紙打磨鎂條，除去表面的氧化膜并卷成螺旋狀，再放入盛滿水的注射器中（活塞拔出，針頭已用橡膠塞堵?。瑢⑵涞箍墼谑M水的水槽中。

（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。經(jīng)過幾分鐘的反應(yīng)，可觀察到有氣泡不斷冒出，一段時(shí)間后，有白色沉淀生成，注射器的液面下降。反應(yīng)結(jié)束后，打開橡膠塞，將注射器的活塞緩慢內(nèi)推，同時(shí)將燃著的木條靠近針頭，可觀察到氫氣安靜地燃燒，由此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可證明鎂是可以和冷水反應(yīng)的。

（3）改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)所用的儀器容量小，藥品用量少，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，安全性高，無污染，環(huán)保綠色等優(yōu)點(diǎn)；微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的推廣實(shí)現(xiàn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、親自動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)的理念，讓學(xué)生自主地參與知識的獲得過程；同時(shí)學(xué)生還可以在實(shí)驗(yàn)的過程中感受到化學(xué)的奧秘，通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)成敗的原因，培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。通過此微型實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對鎂化學(xué)性質(zhì)的印象；同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和獨(dú)立思考的能力，形成科學(xué)的情感、態(tài)度價(jià)值觀。

2.2 化學(xué)實(shí)驗(yàn)的密閉化、循環(huán)化

在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程中，有些實(shí)驗(yàn)不可避免會(huì)產(chǎn)生污染物。如果不加以處理，直接排放到空氣中，勢必會(huì)危害人的身體健康。如果可以對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行一定的改進(jìn)，使其在一個(gè)相對密閉的環(huán)境中進(jìn)行反應(yīng)，這樣就可以避免污染物的泄漏。例如：在一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)是要事先制取好一氧化碳并收集在貯氣瓶里，此準(zhǔn)備工作比較繁雜，而且產(chǎn)生的有毒氣體如果不謹(jǐn)慎處理,排放到空氣中會(huì)對空氣造成污染，同時(shí)不利于學(xué)生的身體健康。現(xiàn)對此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，采取草酸鈉制取一氧化碳。

（1）實(shí)驗(yàn)原理。草酸鈉受熱分解生成一氧化碳，然后用一氧化碳還原氧化鐵[4]。

（2）實(shí)驗(yàn)操作步驟。首先將適量的草酸鈉晶體放入試管底部，并將試管橫放，塞入一小塊棉花，再把適量干燥的氧化鐵鋪在試管中部，之后用帶導(dǎo)管的橡膠塞塞緊試管口，用鐵架臺將試管固定，將導(dǎo)管通入澄清石灰水中，之后用氣球收集尾氣。然后，用兩盞酒精燈同時(shí)對草酸鈉和氧化鐵加熱，一段時(shí)間后，觀察到澄清石灰水變渾濁，紅棕色的氧化鐵變黑，之后用磁鐵靠在變黑的氧化鐵試管外壁，發(fā)現(xiàn)能被磁鐵吸引，說明氧化鐵被一氧化碳還原生成了鐵。

（3）改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)。通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，使實(shí)驗(yàn)在密閉體系中進(jìn)行反應(yīng)，并將一氧化碳的制取與一氧化碳還原氧化鐵設(shè)計(jì)在一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中，整個(gè)實(shí)驗(yàn)巧妙地設(shè)計(jì)在一個(gè)封閉的體系，既達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，也?shí)現(xiàn)了零污染的綠色化學(xué)理念。

2.3 多媒體輔助教學(xué)

隨著科技的進(jìn)步，多媒體技術(shù)不僅給人們的生活帶來了便利，同時(shí)也逐漸運(yùn)用到了教學(xué)中。多媒體作為一個(gè)輔助教學(xué)的工具，給我們的課堂也增加了一份色彩。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，對于有毒和易腐蝕的化學(xué)試劑，或易產(chǎn)生有毒物質(zhì)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，教師都可以運(yùn)用多媒體給學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)過程及現(xiàn)象，這樣既可以節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，又可避免有害物質(zhì)危害學(xué)生的身體健康，實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)理念。在課堂教學(xué)中多媒體的運(yùn)用，打破了傳統(tǒng)教學(xué)方法上的單一，緩解學(xué)生學(xué)習(xí)的疲勞和厭倦感，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的認(rèn)知水平[5]。例如，中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中探究硫在空氣中和氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如果在課堂中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)展示，那么實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的二氧化硫?qū)?huì)擴(kuò)散到空氣中，據(jù)資料顯示，二氧化硫是一種有刺激性、有毒的氣體，少量的二氧化硫吸入會(huì)溶解到人體的血液中，如果學(xué)生不小心吸入了二氧化硫會(huì)出現(xiàn)咳嗽、咽喉痛等癥狀，同時(shí)也會(huì)影響教學(xué)進(jìn)度。為了避免此狀況的發(fā)生，教師可以運(yùn)用多媒體分別播放硫在空氣中和氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過觀看視頻，形成直觀的對比，既節(jié)省時(shí)間又達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。

通過多媒體教學(xué)代替化學(xué)實(shí)驗(yàn)中裝置較為復(fù)雜、操作難度較大、易爆、產(chǎn)生有毒物質(zhì)實(shí)驗(yàn)，既可以達(dá)到教學(xué)目的，又避免了安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也把綠色化學(xué)理念落到實(shí)處。

2.4 化學(xué)實(shí)驗(yàn)中廢棄物的處理

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中難免產(chǎn)生廢棄物，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的污染是學(xué)生最直接接觸的污染源，如果不能引導(dǎo)學(xué)生妥善處理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的廢棄物，那么課堂環(huán)保教育也空為一談。處理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中廢棄物可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，既有助于提高了學(xué)生的環(huán)保意識，同時(shí)增強(qiáng)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的規(guī)范化[6]?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)有相應(yīng)的廢棄物處理規(guī)章，廢棄物主要分為廢液、廢氣和廢渣，不同的廢棄物處理方法也不一樣，但是有些廢棄物可以作為一種課程資源，將廢棄物變廢為寶，循環(huán)再利用。例如與食鹽有關(guān)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，教學(xué)內(nèi)容較多，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室里動(dòng)手操作有關(guān)食鹽實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)也多。每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后都會(huì)有大量的食鹽水被浪費(fèi)，若是將這些無用的食鹽水收集在干凈的大水槽中晾曬，一段時(shí)間后，就可以向?qū)W生演示海水曬鹽的原理、粗鹽的潮解現(xiàn)象、解釋飽和溶液和不飽和溶液概念、探究氯化鈉溶解性隨溫度變化的特點(diǎn)等大量的課程資源，有關(guān)溶液這部分的知識幾乎都能被包含。

通過食鹽水的反復(fù)循環(huán)利用，讓學(xué)生意識到垃圾只是放錯(cuò)了地方的資源，由化學(xué)實(shí)驗(yàn)中廢棄物的再利用啟發(fā)學(xué)生思考生活中的垃圾再利用，充分地將化學(xué)實(shí)驗(yàn)與實(shí)際生活相結(jié)合，激發(fā)他們將來建設(shè)創(chuàng)新性社會(huì)和資源節(jié)約型社會(huì)。

3 結(jié)束語

在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中滲透綠色化學(xué)理念是很必要的，是未來社會(huì)發(fā)展的要求。發(fā)展綠色化學(xué)不是讓我們摒棄原有的化學(xué)課程，而是讓我們通過對化學(xué)實(shí)驗(yàn)的不斷改進(jìn)與完善，通過推廣微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，完善化學(xué)實(shí)驗(yàn)的密閉化、循環(huán)化，多媒體輔助教學(xué)處理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的廢棄物等方法，將化學(xué)實(shí)驗(yàn)和環(huán)境相結(jié)合，達(dá)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)與環(huán)境保護(hù)相統(tǒng)一的目的[7]。同時(shí)可以增強(qiáng)學(xué)生環(huán)保意識，培養(yǎng)學(xué)生探索求真精神和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，因此將綠色化學(xué)理念滲透到中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中很有必要。