全国第十届实验教学创新研讨会论文集-化学新课程实验教学中实施绿色化学教育的策略研究

化学新课程实验教学中实施绿色化学教育的策略研究王春（中国人民大学附属中学北京100080）摘

要

在中学阶段进行绿色化学理念的教育，是培养具有绿色化学和环保意识的高素质人才的根本途径，也是解决环境问题的有效措施。本文以新课程标准下绿色化学的内涵为基础，对如何在化学新课程实验教学中实施绿色化学教育进行了初步的探讨。关键词新课程实验教学绿色化学策略研究绿色化学(GreenChemistry)是利用化学的技术与方法来降低或消除化学产品设计、制造与应用中有害物的使用与产生，使所设计的化学产品或过程与环境更加友好，是一门从源头上阻止污染的化学。绿色化学是化学发展的最高阶段，是未来化学发展的方向。将绿色化学融合于化学课程教材改革和课堂教学改革中，使绿色化学成为化学教育的一个重要组成部分，是当前化学教育的一个重要课题。1新课程标准中的绿色化学现代内涵绿色化学和绿色化学教育绿色化学诞生于上世纪90年代，概念从一提出来，就明确了它的目标，即研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大程度地节约能源，在各环节都实现净化和无污染的反应途径。它的最大特点在于它是从始端就采用实现预防污染的科学手段，因而过程和终端为零排放和零污染，具体体现在“5R”上——减少用量(Reduction)，重复使用(Reuse)，可回收(Recycling)，能再生(Regeneration)，排斥有毒物(Rejection)。绿色化学主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子，具有“原子经济性”。因此，它即能充分利用资源，又能实现防止污染。绿色化学要求尽可能小的负作用，它是一种理念，一种追求人与自然的和谐共处和可持续发展的理念。绿色化学教育，是以可持续发展战略为根本原则和目标，将化学科学的真理性与人文需要的合理性融为一体的教育。实施绿色化学教育的首要任务在于确立可持续发展为化学教育的道德规范和价值准则，促成一种新的统一的绿色教育观念体系，强调人类对环境与发展的责任感，培养学生以“科技与社会”之间和谐发展为基础的道德、伦理和科学价值观念。使它既植根于科学的客观规律，又植根于人类普遍信仰与认同的价值需要，并以此观念体系为指导，来认识化学科学，营造绿色氛围，规范人们行为，最终达到以化学教育为先导带动社会各个领域的可持续发展。新课程标准中的绿色化学内涵新课程标准要求学生应形成科学的自然观和严谨求实的科学态度，更深刻地认识科学、技术和社会之间的相互关系，培养学生的科学素养和科学精神。绿色化学教育改变了传统化学教学中唯科学、唯技术的教学，注重培养学生的科学精神和价值观。新课程标准要求教师能帮助学生获得未来发展所必需的化学知识技能和方法提高学生的科学探究能力，在实践中增强学生的社会责任感，提高学生的实践能力。绿色化学教育是在化学教育中实施可持续发展教育的必要途径，并且通过以绿色化学的标准对现有的化学技术进行筛选，对不符合的技术进行改造和探索，是提高学生科学探究和实践能力的过程。新课程标准要求学生不但要获得化学知识，更要获得社会责任感和科学素养，要具备科学的价值观和实事求是的科学态度，正确理解科学、技术与社会的相互作用。绿色化学不仅是一门学科，它更是一种战略方针，一种指导思想，一种研究政策。通过绿色化学教育，增强绿色意识，认识绿色化学对于人类及其赖以生存的环境可持续发展的重要性，从而理解整个社会可持续发展的重要性，这就是新课程标准中的绿色化学现代内涵。2新课程实验教学中实施绿色化学教育的策略研究深入研究和科学改进教材实验，消除实验污染源，为学生渗透绿色化学意识所谓科学改进实验就是指根据教材中提供的原有实验的基础上，进一步对实验操作、实验装置进行改造，在保证实验方法更科学合理，更安全简便的同时，从保护环境入手,使实验目标更加清晰，力求在源头上消除污染源。化学实验过程中常常会伴随有气体、液体或固体产物的生成，而这些产物中许多是属于有害或有毒的物质，特别是有毒气体不仅会直接影响到师生的健康，而且逸散到空气中还会对大气造成污染。因此，在一些有毒气体性质和制备的实验中,就必须增加尾气处理装置或及时烧掉,把有毒气体转化成无毒或毒性降解物.例如：在利用实验研究金属铜与浓、稀硝酸的反应时，若按照教材的实验操作，将会产生一定量的二氧化氮或一氧化氮气体，严重危害师生身体健康，污染大气环境。如果从绿色化学的角度出发，把此实验进行改进，（如图1所示），既可明显地观察到发生的现象，掌握铜与浓、稀硝酸反应的实质，又能避免二氧化氮或一氧化氮气体的逸出，从而消除对环境污染的危害，并通过教学逐步向学生渗透绿色化学的意识。图1铜与浓、稀硝酸反应改进装置图精心组装和整合教材实验，减少污染次数，为学生弘扬绿色化学思想组装整合实验是指通过调整实验的操作，把几个分散的实验组合成一个整体，连续做一个系列实验，同时使一个实验的产物成为下一个实验的原料。这种教学方法不仅能渗透绿色化学教育的思想，而且还能较好的检查学生的操作技能和实验教学效果，增强学生的经济和环境保护意识。譬如，在无机化学学习中,有关元素及其化合物的知识，大多是通过实验来给学生提供感性认识的。笔者通过调查发现，在实际教学中，多数教师和学生所做的实验，均为“一个实验只用来说明物质的某一个性质”，要想完整地学习某一物质的整体知识，就必须通过若干个这样的单一实验来进行。这样做不仅多损耗了药品，浪费了时间，而且还增加了有毒物质扩散到环境中的机会。组装整合实验后，就可以较好地解决上述问题。例如,在讲授氨气的性质和制法时，教师往往会利用喷泉实验说明氨气的溶解性及溶于水后溶液呈碱性的知识，然后再进行氨气的实验室制法的讲授，这样会多次制取氨气，会使氨气多次污染空气。若将二者进行有机结合（如图2所示），通过整合实验装置进行实验演示，然后进行装置的分析讲解，既能达到讲授知识的目的，又能很好的避免氨气对环境的多次污染，在教学中为学生很好的弘扬了绿色化学的思想。图2氨气的制法及性质验证组合实验装置图积极推行微型化学实验，有效控制环境污染，为学生增强绿色化学观念微型化学实验与常规实验相比具有节省药品、实验现象明显、污染程度低或没有、安全等优点，开展微型实验充分体现了现代绿色化学教育观念，具体体现在于：微型化学实验在提高学生智力和创新能力的同时，有利于增强学生的资源意识和环保意识；由于试剂用量的尽量减少，也就尽可能地减少了实验“三废”；将预防化学污染的思想贯穿于化学教育的全过程中。例如：在研究二氧化硫的化学性质时，若用许多较为复杂的装置去研究，往往会在实验过程中逸散大量的二氧化硫这种有毒气体到空气中，对环境造成极大的污染。若借助注射器将实验进行微型化改进，利用医用青霉素试剂瓶进行实验（如图3所示），不仅可以观察到明显的实验现象，而其可以避免有毒气体的逸散，很好地在教学过程中增强了学生的绿色化学理念。SO2SO2石蕊石蕊石蕊碘水KMnO4溶液品红品红微热空气SO2石蕊SO2石蕊SO2石蕊图3二氧化硫的性质研究微型装置图努力开发原子经济反应，合理选择物质制备路线，为学生树立绿色化学理念原子经济性这一概念最早是1991年美国Stanford大学的著名有机化学家Trost提出的，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物,实现废物的“零排放”。他用原子利用率衡量反应的原子经济性，认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子,使之结合到目标分子中达到零排放。绿色化学的原子经济性的反应有两个显著优点：一是最大限度地利用了原料,二是最大限度地减少了废物的排放。在新课程教学过程中就可以借助一些实验方案评价与设计类试题为学生逐步渗透绿色化学理念。例如：在探究硫酸铜晶体的制备方案时，教师可以引导学生提出各种制备方案，然后进行评价分析，最后从原子经济性角度分析得出最佳方案为方案四。（如下表所示）方案一：“铜—浓硫酸”加热法制备△相关反应：△Cu+2H2SO4==CuSO4+SO2↑+2H2O实验分析：实验在制备目标产物过程中污染严重方案二：“铜—稀硫酸—硝酸”联合法制备相关反应：Cu+2HNO3+H2SO4==CuSO4+2NO2↑+2H2O实验分析：实验反应物剂量不易控制，污染严重方案三：“铜—空气”两步法制备△相关反应：△2Cu+O2==2CuOCuO+H2SO4==CuSO4+H2O实验分析：避免了污染气体产生，但原料会有损失方案四：“铜—空气”一步法制备△相关反应：△2Cu+O2+2H2SO4==2CuSO4+2H2O实验分析：既避免了污染气体产生，又符合原子经济性总之，在新课程的化学课堂教学过程中，教师应注重充分利用新教材中的绿色化学素材，及时联系绿色化学发展的最新成就，针对学生的兴趣特点，采用不同的教学策略开展绿色化学教育，使学生了解绿色化学原理、树立绿色化学意识，逐步实现绿色化学教育的目标。参考文献[1]周宁怀.微型无机化学实验[M].北京:科学出版社,2000.