綠色化學(xué)理念下的微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

賈蘇明

摘要： 當(dāng)今，綠色化學(xué)理念影響著整個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的進(jìn)行。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是在這種背景下誕生的一種創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。本文通過(guò)對(duì)三個(gè)常見(jiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行微型化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步體現(xiàn)微型化學(xué)試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 綠色化學(xué)理念微型實(shí)驗(yàn)初中化學(xué)教學(xué)

一

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是化學(xué)賴(lài)以形成和發(fā)展的基礎(chǔ)。但是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀令人擔(dān)憂(yōu)，存在如下的問(wèn)題。

（一）由于缺乏實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，實(shí)驗(yàn)條件極其簡(jiǎn)陋，基本實(shí)驗(yàn)不能開(kāi)足。

（二）由于受傳統(tǒng)思想“述而不作”的影響，部分教師的教學(xué)理念陳舊落后，怕準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)麻煩，怕做實(shí)驗(yàn)浪費(fèi)時(shí)間，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)變成了紙上談兵。

（三）重結(jié)果獲得，輕過(guò)程探索；重結(jié)論的正誤，輕科學(xué)方法的掌握、科學(xué)態(tài)度的形成。

（四）部分學(xué)生隨著化學(xué)知識(shí)的增多，懼怕有毒有害氣體，懼怕腐蝕性藥品，懼怕實(shí)驗(yàn)造成的污染，做實(shí)驗(yàn)的興趣隨年級(jí)的升高而降低。

（五）實(shí)驗(yàn)室污染日益嚴(yán)重，“三廢”處理問(wèn)題亟待解決。

二

綠色化學(xué)作為一門(mén)新誕生的前沿學(xué)科，能很好地解決以上一系列問(wèn)題。

（一）用綠色化學(xué)理念指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一項(xiàng)新課題

鑒于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的突出問(wèn)題，順應(yīng)世界綠色化學(xué)發(fā)展的時(shí)代潮流，用綠色化學(xué)理念指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)，是知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)向每位教師提出的新要求，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)新的研究課題，它的實(shí)踐意義在于：

1.有利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

傳統(tǒng)的教學(xué)重視知識(shí)的傳授，忽視能力培養(yǎng)和方法訓(xùn)練，重視繼承、保持和再現(xiàn)，忽視創(chuàng)新和立異，這嚴(yán)重影響了基礎(chǔ)教育的質(zhì)量，制約了學(xué)生的全面發(fā)展。為此教育部提出了旨在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的素質(zhì)教育，消除傳統(tǒng)教學(xué)的弊端。在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，開(kāi)展綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)，用綠色化學(xué)的理念和標(biāo)準(zhǔn)重新審視每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)不符合綠色化學(xué)理念的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的良好契機(jī)。學(xué)生發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的弊端后，運(yùn)用自己的化學(xué)知識(shí)，展開(kāi)豐富的想象，用綠色化學(xué)的要求重新設(shè)計(jì)，這個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程就是一個(gè)創(chuàng)新的過(guò)程。在這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力能夠得到很好的鍛煉和培養(yǎng)。

2.有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力

在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生不僅是認(rèn)識(shí)活動(dòng)的主體，而且是實(shí)踐活動(dòng)的主體，傳統(tǒng)教學(xué)重認(rèn)識(shí)輕實(shí)踐，而用綠色化學(xué)理念指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)生不僅開(kāi)動(dòng)腦筋自己構(gòu)思，還要親自動(dòng)手進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)踐能力會(huì)逐步得到提高。

3.有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)和能力

現(xiàn)代教育理論認(rèn)為：在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師只是引導(dǎo)者、幫助者和指導(dǎo)者。教師的作用是要形成一種學(xué)生獨(dú)立探究的情境，而不是提供現(xiàn)成的知識(shí)，要讓學(xué)生自己去思考，參與知識(shí)獲得的過(guò)程。認(rèn)識(shí)是一個(gè)過(guò)程，而不是一種產(chǎn)品。布魯納在《教學(xué)理論的建設(shè)》中反復(fù)強(qiáng)調(diào)：“所謂學(xué)科的教學(xué)，不是灌輸作為結(jié)果的知識(shí)，而是指導(dǎo)兒童參與形成知識(shí)的過(guò)程?！闭嬲慕滩皇窍?qū)W生直接傳授、給予和灌輸，而是激發(fā)、指導(dǎo)和幫助學(xué)生通過(guò)自己的活動(dòng)去獲得真知，真正的教育過(guò)程是通過(guò)教師的教引起學(xué)生能動(dòng)地學(xué)。教師用綠色化學(xué)理念指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體性學(xué)習(xí)原則。在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中教師只是幫助者和指導(dǎo)者，學(xué)生按綠色化學(xué)的要求，自己去查詢(xún)和搜集資料，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自己驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案。整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程學(xué)生都是自主進(jìn)行的，教師只是一個(gè)引導(dǎo)者。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生的自主意識(shí)和能力會(huì)得到很大提高。

4.有利于培養(yǎng)學(xué)生高尚的人文精神

21世紀(jì)是知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)，是一個(gè)日趨激烈的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代，面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)，我們不僅要培養(yǎng)學(xué)生的科技理性，而且要培養(yǎng)學(xué)生高尚的人文關(guān)懷。進(jìn)行綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，同學(xué)之間相互切磋和合作，有助于學(xué)生樹(shù)立合作與交流的思想意識(shí)；用綠色化學(xué)的理念指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以使學(xué)生對(duì)人與自然、人與社會(huì)、人與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展產(chǎn)生深刻的認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生在以后的工作和學(xué)習(xí)中用可持續(xù)發(fā)展觀看待問(wèn)題。

（二）綠色理念下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要求

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的微型化

由于教學(xué)條件的限制，許多學(xué)校的演示實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)的情況不盡如人意，這不利于學(xué)生想象力、直觀思維能力和發(fā)散思維能力的培養(yǎng)。而采用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)后可大大改善這一狀況。由于微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器價(jià)格低廉又可用代用品替代，因此便于每一個(gè)學(xué)生親自動(dòng)手做更多的實(shí)驗(yàn)，去發(fā)明自制一些簡(jiǎn)易代用的儀器，去探索實(shí)驗(yàn)條件的改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革，從而使學(xué)生獲得知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和行為變化協(xié)同發(fā)展，使感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)實(shí)現(xiàn)有機(jī)融和，有利于創(chuàng)造性思維的發(fā)展。如我校學(xué)生洪亮自制的鈉與水反應(yīng)的微型實(shí)驗(yàn)（如圖1）：

圖1

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的清潔化——綠色化學(xué)理念深入人心

在進(jìn)行有些實(shí)驗(yàn)時(shí)，特別是制備實(shí)驗(yàn)，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，嚴(yán)重污染周?chē)沫h(huán)境。例氯氣的制備及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，苯及其同系物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，一個(gè)實(shí)驗(yàn)室20多組學(xué)生做相同的實(shí)驗(yàn)，泄漏或釋放出來(lái)的大量有毒氣體嚴(yán)重污染實(shí)驗(yàn)室，影響實(shí)驗(yàn)室的正常進(jìn)行。若改為微型實(shí)驗(yàn)，則污染程度大大降低。如我對(duì)H■S和SO■的反應(yīng)做了如下改進(jìn)（如圖2所示），減少了有害氣體的排放。

圖2

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易化

這項(xiàng)要求中的“簡(jiǎn)”是指實(shí)驗(yàn)裝置要簡(jiǎn)潔，實(shí)驗(yàn)操作要簡(jiǎn)便，實(shí)驗(yàn)原理要簡(jiǎn)明。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所用的儀器要盡量常規(guī)化，若裝置過(guò)于龐雜，操作太復(fù)雜，就會(huì)降低成功率，挫傷學(xué)生的積極性，而且會(huì)延誤時(shí)間，影響課堂教學(xué)效率。原則中的“易”是指實(shí)驗(yàn)儀器、藥品和其他材料要常見(jiàn)易得，實(shí)驗(yàn)裝置要易裝易拆，實(shí)驗(yàn)要容易成功。顯然，只有符合簡(jiǎn)易性原則的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)才更易推廣應(yīng)用，也更具有實(shí)際價(jià)值。

我對(duì)電解水的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)（如圖3所示），當(dāng)改用微型實(shí)驗(yàn)后，由于電解水出來(lái)的氫氣和氧氣的量不多，所以點(diǎn)燃后爆鳴聲清脆，絕對(duì)安全可靠。

簡(jiǎn)易化是綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的根本原則，對(duì)于同一實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)越簡(jiǎn)單越好，簡(jiǎn)單就是美，盡可能采用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)裝置，用較少的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)藥品、儀器，在較短的時(shí)間內(nèi)完成效果明顯的實(shí)驗(yàn)。恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)既突出實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)，又沒(méi)有冗長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)步驟，充分體現(xiàn)出簡(jiǎn)易性。一個(gè)科學(xué)家最大的本領(lǐng)就在于化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，用簡(jiǎn)單的方法去解決復(fù)雜的問(wèn)題。

近幾年來(lái)，越來(lái)越多的化學(xué)工作者開(kāi)始研究如何用無(wú)毒、無(wú)害的原料，在無(wú)毒的環(huán)境下實(shí)施化學(xué)反應(yīng)，如何使原料分子中盡可能多的原子轉(zhuǎn)化成對(duì)環(huán)境友好的產(chǎn)品，盡可能不產(chǎn)生副產(chǎn)品或廢物，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化。化學(xué)教師應(yīng)該主動(dòng)地將綠色實(shí)驗(yàn)的理念滲透到課堂教學(xué)中，使學(xué)生牢固樹(shù)立綠色實(shí)驗(yàn)和環(huán)境保護(hù)意識(shí)，使他們各個(gè)方面的能力均有所提高。