用綠色化學(xué)理念培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”核心素養(yǎng)

林李云 張新祥

【摘要】本文站在課程育人的高度，提出運用綠色化學(xué)理念培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的教學(xué)主張，并結(jié)合教學(xué)實踐案例，從新授課組織課堂探究性學(xué)習(xí)活動、單元復(fù)習(xí)課組織實驗探究活動的角度，分別探討融入綠色化學(xué)理念、培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的做法。

【關(guān)鍵詞】綠色化學(xué) 科學(xué)態(tài)度 責(zé)任擔(dān)當(dāng)

【中圖分類號】G63 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2022）22-0065-03

“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”是《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《2022版化學(xué)課標(biāo)》）提出的化學(xué)課程要培養(yǎng)的學(xué)生四大核心素養(yǎng)之一，“是指通過化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，在理解科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐步形成的對化學(xué)促進(jìn)社會可持續(xù)發(fā)展的正確認(rèn)識，以及所表現(xiàn)的責(zé)任擔(dān)當(dāng)”。義務(wù)教育化學(xué)課程圍繞核心素養(yǎng)，體現(xiàn)課程性質(zhì)，反映課程理念，確立課程目標(biāo)?！梆B(yǎng)成科學(xué)態(tài)度，具有責(zé)任擔(dān)當(dāng)”是《2022版化學(xué)課標(biāo)》所確定的課程目標(biāo)之一，提倡學(xué)生通過義務(wù)教育化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，“初步形成節(jié)能低碳、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的態(tài)度和健康的生活方式”“樹立人與自然和諧共生的科學(xué)自然觀和綠色發(fā)展觀，具有為建設(shè)社會主義現(xiàn)代化強國、實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興而學(xué)習(xí)化學(xué)的志向和責(zé)任擔(dān)當(dāng)”。

“綠色化學(xué)”，又稱“環(huán)境無害化學(xué)”“環(huán)境友好化學(xué)”“清潔化學(xué)”，由美國化學(xué)會提出，經(jīng)20多年發(fā)展，如今已成為世界上許多國家化學(xué)發(fā)展的主流方向之一，并成為化學(xué)相關(guān)學(xué)科的一個重要思想?！熬G色化學(xué)”的核心是利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境造成的污染和對人類健康造成的不利影響，它使傳統(tǒng)的“末端治理”變成“源頭預(yù)防”，不僅可以通過防止污染物的生成來保護(hù)環(huán)境，還可以提高工業(yè)生產(chǎn)效率、有效降低生產(chǎn)成本。近年來，筆者嘗試將綠色化學(xué)理念融入初中化學(xué)教學(xué)，用于培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”核心素養(yǎng)，同時發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究與實踐能力，積累了一定的實踐經(jīng)驗。

一、基于教材，在課堂教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注現(xiàn)實生活中與人類可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)的“末端治理”環(huán)境問題，滲透“源頭預(yù)防”理念，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識

化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學(xué)科，其特征是從分子層次認(rèn)識物質(zhì)，通過化學(xué)變化創(chuàng)造物質(zhì)?；瘜W(xué)與物理學(xué)一起構(gòu)成物質(zhì)科學(xué)的基礎(chǔ)，二者都是材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、能源科學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要基礎(chǔ)。因此，化學(xué)不僅與現(xiàn)實生活存在著密不可分的聯(lián)系，而且“是推動人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要力量，在應(yīng)對能源危機、環(huán)境污染、突發(fā)公共衛(wèi)生事件等人類面臨的重大挑戰(zhàn)中發(fā)揮著不可替代的作用”。

基于化學(xué)學(xué)科的以上特點，初中化學(xué)教師在傳授學(xué)科相關(guān)知識的同時，為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識，可適當(dāng)選取與人類可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)的學(xué)生身邊的生活素材融入課堂教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生展開相關(guān)的課堂思辨和課下探究活動，使學(xué)生逐漸建立起綠色化學(xué)的基本理念，培養(yǎng)人與自然和諧共處的科學(xué)態(tài)度，習(xí)得相關(guān)的科學(xué)方法。例如，教師在課堂教學(xué)水污染、燃料及其利用、溫室效應(yīng)、臭氧空洞、化學(xué)能的利用等知識時，可基于學(xué)生的認(rèn)知水平，創(chuàng)設(shè)“你了解酸雨嗎？”“誰對這條河的污染負(fù)責(zé)？”“調(diào)查當(dāng)?shù)爻Ｒ姷乃芰蠌U棄物的種類、數(shù)量和危害，提出治理污染的合理建議”“假如我是環(huán)保局局長，我將采用什么方法、重點治理什么污染？”等討論、辯論、調(diào)查研究、角色扮演等相關(guān)的課堂思辨與課后調(diào)研活動，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注現(xiàn)實生活，從“末端治理”出發(fā)，培養(yǎng)“源頭預(yù)防”的意識，在內(nèi)心深處播下一顆保護(hù)綠色生態(tài)人人有責(zé)的“責(zé)任擔(dān)當(dāng)”的種子，積極參與社會問題的思考與決策，在活動中加深對科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境之間關(guān)系的認(rèn)識，培養(yǎng)“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”核心素養(yǎng)。

除了身邊的現(xiàn)實生活，教師還應(yīng)有意識地引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會上有關(guān)環(huán)境保護(hù)的重大主題，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生放眼世界、關(guān)注人類可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識。例如，2020年9月22日，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會上向世界承諾：中國將采取更加有力的政策和措施，力爭2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和;同時提出了后疫情時代推動世界經(jīng)濟(jì)綠色復(fù)蘇的設(shè)想，倡導(dǎo)各國樹立創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念，抓住新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的歷史性機遇，推動疫情后世界經(jīng)濟(jì)“綠色復(fù)蘇”，匯聚起可持續(xù)發(fā)展的強大合力。碳排放和綠色復(fù)蘇，與人類在后疫情時代的可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)，與綠色化學(xué)的理念一致，教師可以在教授九年級上冊第六單元“碳和碳的氧化物”的過程中，創(chuàng)設(shè)相關(guān)的研究性學(xué)習(xí)活動，比如引導(dǎo)學(xué)生圍繞100多年來全球二氧化碳濃度變化和2020年后二氧化碳濃度變化的趨勢，探討碳排放與溫室效應(yīng)的關(guān)系、由碳排放和溫室效應(yīng)引發(fā)的一系列環(huán)境問題以及人類為遏制溫室效應(yīng)所采取的重大舉措等。

綜觀初中化學(xué)教材中的相關(guān)知識，可用于培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的生活素材十分廣泛。身邊的素材，如水的凈化、鋼鐵制品的銹蝕、燃燒與滅火、常見的食品添加劑等;重大環(huán)境問題素材，如碳排放、礦物的冶煉、潔凈能源的開發(fā)、化肥的生產(chǎn)與使用以及污水、廢氣、固體垃圾等的危害和處理等。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注現(xiàn)實生活中與人類可持續(xù)發(fā)展相關(guān)的環(huán)境問題，不僅可以使學(xué)生充分認(rèn)識到化學(xué)與環(huán)境科學(xué)、營養(yǎng)科學(xué)、生物科學(xué)和材料科學(xué)等科學(xué)的密切聯(lián)系及其在這些科學(xué)中的基礎(chǔ)作用，使學(xué)生深刻體會到化學(xué)科學(xué)對人類生活和社會進(jìn)步所起到的不可替代的作用，而且可以使課堂教學(xué)內(nèi)容更加富有鮮明的時代氣息，也更有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識。

二、基于學(xué)科本質(zhì)，在單元復(fù)習(xí)階段組織實驗探究活動，將“末端治理”引向“源頭預(yù)防”，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任意識，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究與實踐能力

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，實驗是科學(xué)探究的重要形式和學(xué)習(xí)化學(xué)的重要途徑。在筆者看來，實驗探究還是化學(xué)單元復(fù)習(xí)課最有效最重要的教學(xué)方法：初中化學(xué)教師通過分析課本演示實驗和學(xué)生分組實驗的細(xì)枝末節(jié)，關(guān)注實驗過程有可能帶給環(huán)境的污染問題，踐行綠色化學(xué)的“源頭預(yù)防”理念，借助實驗探究的教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生重新整合單元學(xué)習(xí)內(nèi)容，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任意識，同時發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究與實踐能力。

（一）引導(dǎo)學(xué)生主動探索改進(jìn)教材中有可能帶來環(huán)境污染的演示實驗

化學(xué)教材中的一些演示實驗和學(xué)生分組實驗或多或少都會對環(huán)境帶來一定的污染。教師在單元復(fù)習(xí)課中指導(dǎo)學(xué)生回顧教材演示實驗的細(xì)節(jié)，將綠色化學(xué)的理念融入實驗設(shè)計指導(dǎo)的過程當(dāng)中，組織學(xué)生開展基于綠色化學(xué)理念的實驗設(shè)計與探究活動，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任意識。例如，復(fù)習(xí)九年級上冊第二單元探究空氣中氧氣的含量，教材設(shè)計的演示實驗裝置如圖1所示。運用該裝置進(jìn)行實驗操作需要先在酒精燈火焰上將紅磷點燃，再將點燃后的紅磷迅速伸入瓶中并塞緊膠塞。化學(xué)教師們都明白，紅磷燃燒產(chǎn)生的大量白煙是有毒的，如果逸散到空氣中不僅污染空氣，還會加大實驗誤差。

為解決以上演示實驗中的問題，拓寬學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與實踐、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任核心素養(yǎng)，筆者在單元復(fù)習(xí)階段決定將這個演示實驗改編成學(xué)生四人小組分組實驗，帶領(lǐng)學(xué)生一起改進(jìn)實驗裝置，重點解決紅磷點燃過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問題。筆者先讓學(xué)生想辦法去解決這個問題，學(xué)生想出的辦法是“在密閉容器中點燃紅磷”，但接下來的問題是“如何在密閉的容器中點燃紅磷”，這可難住了學(xué)生。于是筆者對學(xué)生進(jìn)行了點撥，提出了實驗探究的第一個問題：紅磷的著火點比較高，大家想一想，是否可以改用其他類似的物質(zhì)代替它來做實驗？學(xué)生通過查閱資料，想到了紅磷的同素異形體白磷，發(fā)現(xiàn)二者的性質(zhì)存在較大差異（如表1），最令人驚喜的是白磷的著火點只有40攝氏度。那么，第二個關(guān)鍵性的問題便出現(xiàn)了：在密閉的容器中點燃白磷，如何將熱量傳遞給白磷，使其溫度升高到著火點所需的溫度呢？

各組學(xué)生經(jīng)過熱烈討論，結(jié)合已學(xué)物理知識，得出了五種代表性的改進(jìn)方法。如圖2（1）所示，該實驗裝置增加了一個凸透鏡，利用了凸透鏡聚光的原理，將一束經(jīng)過凸透鏡的太陽光聚焦到瓶內(nèi)白磷所在的點，使白磷溫度驟然升高，迅速達(dá)到著火點而燃燒;如圖2（2）—圖2（5）所示，這些改進(jìn)后的實驗裝置則利用了物理學(xué)中的熱傳遞原理及金屬的導(dǎo)電性，通過將其他熱能或電能傳導(dǎo)給白磷使之達(dá)到著火點的溫度從而點燃白磷。

以上五種實驗裝置，不僅解決了白磷點燃過程中燃燒產(chǎn)物污染環(huán)境的問題，而且因相關(guān)反應(yīng)一直處于密閉容器中，減小了實驗誤差，且更方便讀數(shù)，使實驗結(jié)果更準(zhǔn)確。

事實上，環(huán)境污染時常發(fā)生在我們不經(jīng)意的細(xì)枝末節(jié)中。除了演示實驗或分組實驗過程中有可能產(chǎn)生的有害有毒物質(zhì)造成的環(huán)境污染，每一次實驗操作產(chǎn)生的各類固體、液體實驗廢棄物也可能對環(huán)境造成污染。筆者以為，作為學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的引路人，初中化學(xué)教師在實驗教學(xué)中更應(yīng)嚴(yán)格踐行綠色化學(xué)理念，除了努力避免實驗過程中的污染，還應(yīng)對實驗廢棄物進(jìn)行無害化處理，務(wù)必使學(xué)生體會到有害物質(zhì)不能隨意丟棄、不能隨意沖入下水道的道理，在學(xué)生的心中播下一顆“保護(hù)環(huán)境從點滴小事做起”的責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)姆N子，扎扎實實地培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”。

（二）引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計實驗方案解決問題的過程中積極踐行綠色化學(xué)“源頭預(yù)防”的理念

在化學(xué)實驗教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任，時常與發(fā)展學(xué)生的實驗探究能力結(jié)合在一起。在單元復(fù)習(xí)課中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗設(shè)計，效果更明顯。

例如，教師帶學(xué)生復(fù)習(xí)九年級下冊第十單元“酸和堿”的知識，可創(chuàng)設(shè)如下問題情境：琳琳來到實驗室后發(fā)現(xiàn)，上個月做實驗用的氫氧化鈉溶液忘記蓋瓶蓋了。那么，這瓶溶液是否能用、是否變質(zhì)了呢？她心里沒底，于是來請教大家。課堂上，教師就這瓶氫氧化鈉溶液是否變質(zhì)的問題，請學(xué)生們做出猜想并加以驗證。

學(xué)生首先給出了三種假設(shè)：假設(shè)1，該溶液沒有變質(zhì)，溶質(zhì)為氫氧化鈉;假設(shè)2，該溶液部分變質(zhì)，溶質(zhì)為氫氧化鈉和碳酸鈉;假設(shè)3，該溶液完全變質(zhì)，溶質(zhì)為碳酸鈉。于是教師安排學(xué)生“設(shè)計實驗方案，分別驗證以上假設(shè)，簡要敘述實驗步驟和現(xiàn)象，并寫出相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式”。學(xué)生先后設(shè)計了三個實驗探究活動。

首先，學(xué)生圍繞“變質(zhì)了嗎？”開展實驗探究：向樣品中加入過量的稀鹽酸，觀察是否有氣泡冒出;或向樣品中加入鈣鹽溶液或鋇鹽溶液，觀察是否有白色沉淀物生成。依據(jù)以上實驗現(xiàn)象判斷是否有碳酸根離子存在，從而判斷氫氧化鈉是否變質(zhì)。

其次，在得出氫氧化鈉已經(jīng)變質(zhì)的結(jié)論后，繼續(xù)探究氫氧化鈉是部分變質(zhì)還是完全變質(zhì)。各組學(xué)生先通過討論制定實驗方案，然后組間交流并完善實驗方案，最后展開實驗：向樣品中加入過量的氯化鈣溶液或氯化鋇溶液，觀察到不再產(chǎn)生白色沉淀后，靜置，取上層清液，滴加幾滴酚酞試液或滴加含Cu2+或Fe3+的溶液，依據(jù)所觀察到的實驗現(xiàn)象判斷是否有氫氧化鈉存在。

最后，學(xué)生通過實驗檢驗，發(fā)現(xiàn)溶液中已經(jīng)沒有氫氧化鈉存在，說明溶液已經(jīng)完全變質(zhì)。接下來的問題是，此刻的溶液中全都是碳酸鈉嗎？學(xué)生通過查閱資料可知，向NaOH溶液中通入少量CO2，可得到如下化學(xué)反應(yīng)方程式：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O。繼續(xù)通入過量CO2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3。此刻溶液中的溶質(zhì)是什么呢？教師可引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)開展實驗探究，并撰寫實驗報告。最終學(xué)生撰寫的實驗報告如下。

【猜想與假設(shè)】猜想1，只含有________;猜想2，含有Na2CO3、NaHCO3;猜想3，只含有________。

【設(shè)計實驗】

以上三個實驗探究活動，綜合運用了酸堿鹽的化學(xué)性質(zhì)，設(shè)計的問題由易到難、層層深入，因涉及知識的活學(xué)活用，學(xué)生一個人很難完成，必須借助小組力量共同解決。學(xué)生在教師的指引下查閱資料、設(shè)計實驗方案，在組內(nèi)合作學(xué)習(xí)的過程中通過思維碰撞不斷激發(fā)靈感，避免使用對環(huán)境不友好的試劑，避免在實驗過程中產(chǎn)生對環(huán)境不友好的物質(zhì)，用行動踐行綠色化學(xué)理念。

在單元復(fù)習(xí)課中組織實驗探究活動，這樣的教學(xué)實踐活動不勝枚舉。比如：復(fù)習(xí)氧氣的性質(zhì)時，可以整合二氧化硫是空氣污染物、五氧化二磷是有毒物質(zhì)、二氧化硫等非金屬氧化物能與堿溶液反應(yīng)的知識，讓學(xué)生思考如何避免硫和紅磷的燃燒產(chǎn)物污染空氣;復(fù)習(xí)一氧化碳的化學(xué)性質(zhì)時，強調(diào)尾氣處理裝置，防止有毒氣體逸散到空氣中。這些做法能使有毒物質(zhì)盡量不外逸，以改善學(xué)生實驗的外部環(huán)境，增強學(xué)生的環(huán)保觀念，同時在實驗中對藥品劑量給予限定，這樣既減少了廢液、廢氣、廢渣的產(chǎn)生和排放，也確保了良好的實驗效果。

總之，情感需要慢熏陶，意識需要慢培養(yǎng)，在化學(xué)單元復(fù)習(xí)課教學(xué)和日常新授課教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”核心素養(yǎng)，二者相輔相成。教師只有持之以恒，方能見到實效。筆者堅持一個學(xué)年，學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識明顯增強，綠色化學(xué)的理念深入學(xué)生心中，學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”核心素養(yǎng)得到了有效培養(yǎng)和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]鄭璇.綠色化學(xué)在高?；瘜W(xué)教育中的意義[J].廣東化工，2017，44（22）：176.

注：本文系廣西教育科學(xué)規(guī)劃2021年度“鄉(xiāng)村教師能力素養(yǎng)提升”專項課題“農(nóng)村初中化學(xué)教學(xué)落實核心素養(yǎng)中的社會責(zé)任策略研究”（2021ZJY089）的階段研究成果。

作者簡介：林李云（1979— ），廣西荔浦人，高級教師，主要研究方向為初中化學(xué)教學(xué);張新祥（1977— ），廣西馬山人，一級教師，主要研究方向為初中物理教學(xué)。

（責(zé)編 白聰敏）