化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化與學(xué)生探究能力培養(yǎng)的研究

劉晶晶鐵嶺師范高等?？茖W(xué)校，遼寧 鐵嶺 112008

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化與學(xué)生探究能力培養(yǎng)的研究

劉晶晶
鐵嶺師范高等專科學(xué)校，遼寧 鐵嶺 112008

化學(xué)家在研究過程中不可避免地合成出未知性質(zhì)的化合物，只有通過長期應(yīng)用和研究才能熟知其性質(zhì)，這些新物質(zhì)可能已經(jīng)對環(huán)境或人類生活造成影響。傳統(tǒng)的化學(xué)給環(huán)境帶來的污染已經(jīng)十分嚴(yán)重，嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)使各國必須尋找一條不破壞，不危害人類生存的可持續(xù)發(fā)展的道路。早在1990年美國聯(lián)邦政府就通過了“預(yù)防污染行動(dòng)”的法令，綠色化學(xué)的概念首次被使用。1992年，“綠色化學(xué)”成為美國環(huán)保署（EPA）的中心口號，得到全世界的積極響應(yīng)。綠色化學(xué)是利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染，

綠色化學(xué)；探究能力；實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

綠色化學(xué)主張?jiān)谕ㄟ^化學(xué)轉(zhuǎn)換獲取新物質(zhì)的過程中充分利用每個(gè)原子，過程和終端均為零排放或零污染，具有“原子經(jīng)濟(jì)性”。綠色化學(xué)為化學(xué)教育教學(xué)指明了了新的方向。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)和任務(wù)是主動(dòng)地減少和消除實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)污染，而不是被動(dòng)接受環(huán)境污染造成的后果，這在以往的觀念中，具有積極的意義。因此培養(yǎng)環(huán)保理念，倡導(dǎo)綠色化學(xué)成為化學(xué)教育工作者的當(dāng)務(wù)之急?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室是師生學(xué)習(xí)的重要場所，由此產(chǎn)生的環(huán)境污染和對師生健康的直接影響是不可忽視的，因此建設(shè)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，采取切實(shí)可行的有效措施防止和消除實(shí)驗(yàn)室造成的環(huán)境污染，是值得廣大的化學(xué)工作者關(guān)注和思考的。

一、培養(yǎng)環(huán)保理念，倡導(dǎo)綠色化學(xué)

綠色化學(xué)是世界科學(xué)可持續(xù)發(fā)展的需要，自1995年，由中國科學(xué)院化學(xué)部確定了《綠色化學(xué)與技術(shù)》的院士咨詢課題以來，我國的綠色化學(xué)也逐漸活躍起來。近幾年，隨著環(huán)境污染的日益加劇，生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，人們越來越關(guān)注污染問題，綠色化學(xué)觀點(diǎn)的提出，讓許多與化學(xué)息息相關(guān)的行業(yè)都積極響應(yīng)。面對學(xué)術(shù)界綠色環(huán)保的方興未艾，作為化學(xué)教育工作者，除了具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)以外，還應(yīng)將環(huán)境污染、保護(hù)、治理等作為自己的研究方向。將綠色化學(xué)的理念根植于心，牢固樹立可持續(xù)發(fā)展的觀念，“計(jì)利當(dāng)計(jì)天下利，求名應(yīng)求萬世名”，正確處理可持續(xù)發(fā)展和綠色環(huán)保的關(guān)系，將綠色化學(xué)的十二條原則始終貫穿于化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)全過程之中，從一點(diǎn)一滴入手，培養(yǎng)并傳播綠色化學(xué)的理念，綠色化學(xué)強(qiáng)調(diào)的是原子經(jīng)濟(jì)性，即在獲取新物質(zhì)的化學(xué)原料中，充分利用每個(gè)原料原子，實(shí)

現(xiàn)“零排放”，既充分利用資源，又從根本上解決污染物排放問題，讓這種理念時(shí)刻伴隨學(xué)生，隨著知識(shí)的積累而得到傳承和發(fā)展。在傳授學(xué)生知識(shí)的同時(shí)，還要引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)科技發(fā)展的負(fù)面性：若保護(hù)不好環(huán)境，發(fā)展也會(huì)受到嚴(yán)重制約。在課堂上，教師可以提出關(guān)注較為廣泛的問題進(jìn)行討論，比如：40年代初期發(fā)生在美國洛杉磯市的“化學(xué)煙霧事件”。光化學(xué)煙霧是大量碳?xì)浠衔锖蛽]發(fā)性有機(jī)物在陽光作用下，與空氣中其他成分起化學(xué)作用而產(chǎn)生的。這種煙霧中含有臭氧、氧化氮、乙醛和其他氧化劑。在1952年12月的一次光化學(xué)煙霧事件中，洛杉磯市65歲以上的老人死亡400多人。由此引出我國社會(huì)關(guān)注度較高的問題——霧霾的成因。光化學(xué)煙霧主要為氣態(tài)污染物，而霧霾則是大氣顆粒物，然而光化學(xué)煙霧最終生成大量的臭氧，增加大氣的氧化性，這導(dǎo)致大氣中的二氧化硫、二氧化氮被氧化并逐漸凝結(jié)成顆粒物，從而增加PM2.5的濃度。也就是說，光化學(xué)煙霧可能成為霧霾的來源之一。因?yàn)檫@種討論與我們每個(gè)人生活都息息相關(guān)，積極指導(dǎo)學(xué)生開展與化學(xué)相關(guān)的綠色環(huán)保行動(dòng)，這既有利于知識(shí)的鞏固，又能增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，使學(xué)生明白，我們生活的地球處處需要保護(hù)環(huán)境。

二、嘗試探索創(chuàng)新，推廣綠色實(shí)驗(yàn)

眾所周知，很多化學(xué)知識(shí)都是以化學(xué)實(shí)驗(yàn)引入并且加以驗(yàn)證的，實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)中的重中之重，如果能在基層教學(xué)過程中，大力推廣綠色實(shí)驗(yàn)，勢必會(huì)將綠色化學(xué)貫穿整個(gè)教學(xué)。傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)所使用的實(shí)驗(yàn)藥品，以及伴隨實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的各種廢棄物，不但對環(huán)境造成污染，對師生的健康或多或少都會(huì)有一些影響。因此，在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，教師應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，Anastas和Warner提出了綠色化學(xué)的12條原則，這些原則可作為實(shí)驗(yàn)化學(xué)家開發(fā)和評估一條合成路線、一個(gè)生產(chǎn)過程、一個(gè)化合物是不是綠色的指導(dǎo)方針和標(biāo)準(zhǔn)。1.防止廢棄物的產(chǎn)生，比先產(chǎn)生后治理要重要；2.合成方法應(yīng)設(shè)計(jì)盡可能將所有起始物嵌入到最終產(chǎn)物中去；3.只要可能，合成反應(yīng)應(yīng)設(shè)計(jì)成反應(yīng)中使用和生產(chǎn)的物質(zhì)對人體和環(huán)境無毒或毒性很小；4.設(shè)計(jì)的化學(xué)產(chǎn)品應(yīng)在保證其應(yīng)有功能的同時(shí)盡量使其無毒或毒性很??；5.盡量不用輔助性物質(zhì)（如溶劑、分離試劑等），當(dāng)不得已使用時(shí)，也應(yīng)使用無毒物質(zhì)；6.能量消耗應(yīng)是越少越好，應(yīng)能為環(huán)境和經(jīng)濟(jì)方面所認(rèn)可，合成方法應(yīng)在常溫、常壓下實(shí)施；7.只要技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上是可行的，盡量選擇可再生的原料；8.應(yīng)盡量避免不必要的派生過程；9.盡量使用具有催化選擇性的試劑；10.化學(xué)產(chǎn)品中的設(shè)計(jì)應(yīng)保留其功能，減少其毒性，當(dāng)完成自身功能后不再滯留于環(huán)境中，使之降解為無毒的物質(zhì)；11.需要開發(fā)實(shí)時(shí)、跟蹤監(jiān)控的分析方法，預(yù)先監(jiān)控有毒物質(zhì)的形成；12.化學(xué)物質(zhì)及其在化工過程使用中的物態(tài)，應(yīng)選擇潛在化學(xué)隨機(jī)事故（包括氣體泄露、爆炸和著火）最小的，等等。

從以上論點(diǎn)可以總結(jié)出，化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的內(nèi)容包括：化學(xué)試劑、溶劑和催化劑的綠色化，盡量選擇低毒和可再生資源，溶劑盡量選擇水溶劑，避免采用有毒有害和揮發(fā)性溶劑，催化劑應(yīng)首選采用無毒害、無腐蝕的物質(zhì)；實(shí)驗(yàn)劑量綠色化，在保證完成化學(xué)反應(yīng)的情況下，盡量使用最小劑量的試劑、溶劑和催化劑；對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的“三廢”進(jìn)行無毒無害化處理，確保污染程度降到最低。

三、激發(fā)探究精神， 完善綠色化學(xué)

（一）開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，就是以盡可能少的化學(xué)試劑來獲取所需化學(xué)信息的實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù)。雖然它的化學(xué)試劑用量一般只為常規(guī)實(shí)驗(yàn)用量的幾十分之一乃至幾千分之一，但其效果卻可以達(dá)到準(zhǔn)確、明顯、安全、方便和防止環(huán)境污染等目的。近年來，在我國化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革領(lǐng)域中，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)蓬勃發(fā)展，引起國內(nèi)化學(xué)教育界極大關(guān)注。目前微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)開展到分析化學(xué)、物理化學(xué)、醫(yī)用化學(xué)和高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化探索，并取得了驕人的成績，逐漸形成了具有中國特色的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)：微型儀器價(jià)格低廉且配套比較完整，在國際上具有很強(qiáng)的競爭力。此外，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)

驗(yàn)相比，具有明顯的綠色環(huán)保、節(jié)約藥品和節(jié)省時(shí)間的特點(diǎn)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢已經(jīng)在教學(xué)中呈現(xiàn)出來，受到了廣大師生的歡迎。目前，國內(nèi)已有800余所大、中院校開始采用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

（二）探究精神在綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，翻開化學(xué)的歷史，從火的發(fā)現(xiàn)到陶器的發(fā)明，從兵器的鍛造到白酒的釀造，都離不開科學(xué)探究，只要學(xué)生用科學(xué)探究的方式學(xué)習(xí)和研究化學(xué)，就一定能加強(qiáng)對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)、提高科學(xué)素養(yǎng)，且在知識(shí)與技能，過程與方法等方面獲得較大提升?？梢?，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行科學(xué)探索的重要途徑之一。探究化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化有以下幾個(gè)重要的特點(diǎn)，首先就是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，將環(huán)保理念貫穿始終，以試驗(yàn)為依托，分步驟實(shí)現(xiàn)綠色化；其次，在探究性試驗(yàn)時(shí)，教師以“變廢為寶”“節(jié)約減排”等作為指導(dǎo)思想，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行試驗(yàn)、觀察現(xiàn)象、分析結(jié)果，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)置的優(yōu)劣，進(jìn)行綠色化，無害化處理等；再次，教師要牢牢抓住實(shí)驗(yàn)探究是針對問題來開展的一系列活動(dòng)這一本質(zhì)，有針對性地提出問題，在對問題探究的過程中，不僅要求學(xué)生具備一定的邏輯思維能力，還要求學(xué)生具有一定的想象力，敢于大膽地猜想、假設(shè)，甚至是質(zhì)疑。這對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力有重要的作用。另外，教師提供必要和及時(shí)的指導(dǎo)也顯得尤為重要，在探究性試驗(yàn)中，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和支持者。探究實(shí)驗(yàn)成功與否，教師的科學(xué)引導(dǎo)、有效操作、深刻總結(jié)等方面，具有決定性的作用。所以，教師要在探究性實(shí)驗(yàn)中縱覽全局，對細(xì)節(jié)的把握要絲絲入扣，對學(xué)生在探究階段的引導(dǎo)要耐心、細(xì)致和科學(xué)。

綠色化學(xué)是從維護(hù)生態(tài)環(huán)境角度出發(fā)，用低毒無害的綠色實(shí)驗(yàn)，逐漸代替易污染的傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)。是化學(xué)發(fā)展的必然規(guī)律，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的途徑很多，如選擇具有高的原子經(jīng)濟(jì)潛力的化學(xué)反應(yīng)類型，達(dá)到不排放或少排放有害物質(zhì)；控制實(shí)驗(yàn)步驟，防止污染發(fā)生；改變實(shí)驗(yàn)合成線路，實(shí)現(xiàn)“原子經(jīng)濟(jì)性”；建立無苯、無鉛實(shí)驗(yàn)室，等等。綜上所述，實(shí)驗(yàn)綠色化是化學(xué)發(fā)展的良好趨勢，他不僅減少實(shí)驗(yàn)本身對環(huán)境的污染，也減少了對參與實(shí)驗(yàn)的師生健康的危害，通過對實(shí)驗(yàn)綠色化的不斷推陳出新，化學(xué)教育事業(yè)的明日必將燦爛輝煌。

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（責(zé)任編輯：寧沈生）

劉晶晶（1984-），女，遼寧鐵嶺人，鐵嶺師范高等?？茖W(xué)校講師。

2014-11-10

G424.2

A

反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物。