高中數(shù)理化習(xí)題中生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的體現(xiàn)

陳杰康 林櫻 朱元榮

(1.福建省南平市建陽(yáng)區(qū)第一中學(xué)高三(11)班 354200；2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院 100012)

近十幾年，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的大背景下，出現(xiàn)了一些嚴(yán)重的環(huán)境污染事件，如松花江重大水污染事件(2005年)、太湖、滇池和巢湖水污染導(dǎo)致的藍(lán)藻水華事件(2007年)、湖南瀏陽(yáng)鎘污染事件(2009年)、福建紫金礦業(yè)潰壩事件(2010年)、廣西龍江鎘污染事件(2012年)、甘肅隴南銻污染事件(2016年)等，尤其是近些年的我國(guó)大部分區(qū)域，尤其是我國(guó)北方地區(qū)面臨嚴(yán)峻的大氣霧霾問題更是讓污染治理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)引起大家的關(guān)注.

2012年，黨的“十八大”報(bào)告就明確提出了大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，把生態(tài)文明建設(shè)放在突出的地位，融入“五位一體”的總體布局中.生態(tài)環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為我國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)之一.2017年，習(xí)近平同志在黨的“十九大”報(bào)告中進(jìn)一步指出，加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國(guó)，主要包括推進(jìn)綠色發(fā)展、著力解決突出環(huán)境問題、加大生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)力度、改革生態(tài)環(huán)境監(jiān)管體制，并進(jìn)一步指出，生態(tài)文明建設(shè)功在當(dāng)代、利在千秋.要牢固樹立社會(huì)主義生態(tài)文明觀，推動(dòng)形成人與自然和諧發(fā)展現(xiàn)代化建設(shè)新格局，為保護(hù)生態(tài)環(huán)境作出我們這代人的努力.

隨著生態(tài)文明建設(shè)的大力推進(jìn)，公眾生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的進(jìn)一步提高，加強(qiáng)公眾的參與，也是落實(shí)生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的必然要求之一.青少年是祖國(guó)的未來，生態(tài)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)也有了一定的提高，是未來大力推進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要力量.然而，據(jù)調(diào)查研究表明，青少年的生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這與中學(xué)生，尤其是高中生的教育和學(xué)習(xí)的目的仍然以升學(xué)考試為第一因素，專注于與升學(xué)考試相關(guān)課程的教學(xué)與學(xué)習(xí).尤其是理科生，關(guān)注數(shù)理化等科目的學(xué)習(xí)，對(duì)于生態(tài)環(huán)境保護(hù)等人文類的教育更是缺乏.目前，在高中生數(shù)理化等科目的一些習(xí)題中體現(xiàn)了環(huán)境污染、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等相關(guān)內(nèi)容.這是一個(gè)讓高中生在繁忙的課程學(xué)習(xí)中，間接了解生態(tài)環(huán)境污染嚴(yán)重性和生態(tài)環(huán)境保護(hù)重要性的良好渠道.本研究旨在對(duì)高中數(shù)理化中涉及環(huán)境污染、生態(tài)環(huán)境保護(hù)的一些習(xí)題對(duì)增強(qiáng)高中生生態(tài)環(huán)境意識(shí)方面進(jìn)行分析并提出建議.

一、材料與題例

例1 (2013 北京高考題)圖1是某市3月1日至14日的空氣質(zhì)量指數(shù)趨勢(shì)圖，空氣質(zhì)量指數(shù)小于100表示空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良，空氣質(zhì)量指數(shù)小于200表示空氣重度污染，某人隨機(jī)選擇3月1日至3月13日中的某一天到達(dá)該市，并停留2天.

(1)求此人到達(dá)當(dāng)日空氣重度污染的概率；

(2)設(shè)X是此人停留期間空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良的天數(shù)，求X的分布列與數(shù)學(xué)期望；

(3)由圖判斷從哪天開始連續(xù)三天的空氣質(zhì)量指數(shù)方差最大？(結(jié)論不要求證明).

例2 (2016廣東茂名一模)空氣污染，又稱為大氣污染，是指由于人類活動(dòng)或自然過程引起某些物質(zhì)進(jìn)入大氣中，呈現(xiàn)足夠的濃度，達(dá)到足夠的時(shí)間，并因此危害了人體的舒適、健康和福利或環(huán)境的現(xiàn)象，全世界也越來越關(guān)注環(huán)境保護(hù)問題.

當(dāng)空氣污染指數(shù)(單位：ug/m3)為0～50時(shí)，空氣質(zhì)量級(jí)別為一級(jí)，空氣質(zhì)量狀況屬于優(yōu)；

當(dāng)空氣污染指數(shù)為50～100時(shí)，空氣質(zhì)量級(jí)別為二級(jí)，空氣質(zhì)量狀況屬于良；

當(dāng)空氣污染指數(shù)100～150時(shí)，空氣質(zhì)量級(jí)別為三級(jí)，空氣質(zhì)量狀況屬于輕度污染；

當(dāng)空氣污染指數(shù)150～200時(shí)，空氣質(zhì)量級(jí)別為四級(jí)，空氣質(zhì)量狀況屬于中度污染；

當(dāng)空氣污染指數(shù)200～300時(shí)，空氣質(zhì)量級(jí)別為五級(jí)，空氣質(zhì)量狀況屬于重度污染；

當(dāng)空氣污染指數(shù)300以上時(shí)，空氣質(zhì)量級(jí)別為六級(jí)，空氣質(zhì)量狀況屬于嚴(yán)重污染.

2015年12月某日某省X個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下：

空氣污染指數(shù)(ug/m3)[0,50][50,100][100,150][150,200]監(jiān)測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)1540Y10

(1)根據(jù)所給統(tǒng)計(jì)表和頻率分布直方圖(圖2)中的信息示出X,Y值，并完成頻率分布直方圖；

(2)若A市共有5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中有3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為輕度污染，2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為良，從中任意選取2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，記事件A為“其中至少有一個(gè)為良”，則事件A發(fā)生的概率是多少？

例3 (2016課標(biāo)全國(guó)Ⅲ理)圖3是我國(guó)2008年至2014年生活垃圾無害化處理量(單位：億噸)的折線圖.

(1)由折線圖看出，可用線性回歸模型擬合Y和I的關(guān)系，請(qǐng)用相關(guān)系數(shù)加以說明；

(2)建立Y關(guān)于I的回歸方程(系數(shù)精確到0.01)，預(yù)測(cè)2016年我國(guó)生活垃圾無害化處理量.

附注：參考數(shù)據(jù)：

例4 生產(chǎn)中可用雙氧水氧化法處理電鍍含氰廢水，某化學(xué)興趣小組模擬該法探究有關(guān)因素對(duì)破氰反應(yīng)速率的影響(注：破氰反應(yīng)是指氧化劑將CN-氧化的反應(yīng))．

【相關(guān)資料】

1.氰化物主要是以CN-和[Fe(CN)6]3-兩種形式存在.

2.Cu2+可作為雙氧水氧化法破氰處理過程中的催化劑；Cu2+在偏堿性條件下對(duì)雙氧水分解影響較弱，可以忽略不計(jì).

3.[Fe(CN)6]3-較CN-難被雙氧水氧化，且pH越大，[Fe(CN)6]3-越穩(wěn)定，越難被氧化.

【實(shí)驗(yàn)過程】

在常溫下，控制含氰廢水樣品中總氰的初始濃度和催化劑Cu2+的濃度相同，調(diào)節(jié)含氰廢水樣品不同的初始pH和一定濃度雙氧水的用量，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)實(shí)驗(yàn)?zāi)康某跏紁H廢水樣品體積/mLCuSO4溶液的體積/mL雙氧水的體積/mL蒸餾水的體積/mL①為以下實(shí)驗(yàn)操作參考760101020②廢水的初始pH對(duì)破氰反應(yīng)速率的影響1260101020③76010

(1)請(qǐng)完成以上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表(表中不要留空格).

(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得含氰廢水中的總氰濃度(以CN表示)隨時(shí)間變化關(guān)系如圖4所示.

(3)中和實(shí)驗(yàn)②結(jié)果表明，含氰廢水的初始pH增大，破氰反應(yīng)速率減小，其原因可能是 (填一點(diǎn)即可).在偏堿性條件下，含氰廢水中的CN最終被雙氧水氧化為HCO3-,同時(shí)放出NH3,試寫出該反應(yīng)的離子方程式：____.

(4)該興趣小組同學(xué)要探究Cu2+是否對(duì)雙氧水氧化法破氰反應(yīng)起催化作用，請(qǐng)你幫助他設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證上述結(jié)論，完成下表中內(nèi)容.

(已知：廢水中的CN濃度可用離子色譜儀測(cè)定)

實(shí)驗(yàn)步驟(不要求寫出具體操作過程)預(yù)期實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論

例5 硼鎂泥是一種工業(yè)廢料，主要成分是MgO(占40%)，還有CaO、MnO、Fe2O3、Al2O3、SiO2等雜質(zhì)，以此為原料抽取的硫酸鎂，可用于印染、造紙、醫(yī)藥等工業(yè).從硼鎂泥中提取MgSO4.7H2O的工藝流程如圖5.

已知：NaClO與Mn2+反應(yīng)產(chǎn)生MnO2沉淀.

沉淀物Fe(OH)3Al(OH)3Fe(OH)2開始沉淀pH2.34.07.6完全沉淀pH4.15.29.6

根據(jù)題意回答下列問題：

(1)實(shí)驗(yàn)中需用1.00mol/L的硫酸80.0mL,若用98%的濃硫酸來配制，除量筒、玻璃杯、膠頭滴管外，還需要的玻璃儀器有 、 .

(2)濾渣的主要成分除含有Fe(OH)3、Al(OH)3外，還有 、 .

(3)加入的NaClO可與Mn2+反應(yīng)產(chǎn)生MnO2沉淀，該反應(yīng)的離子方程式為 .在調(diào)節(jié)pH=5-6之前，還有一種離子也會(huì)被NaClO氧化，該反應(yīng)的離子方程式為 .

(4)為了檢驗(yàn)濾液中Fe3+是否被除盡，可選用的試劑是 (填序號(hào)).

A.KSCN溶液 B.淀粉-KI溶液

C.H2O2D.KMnO4稀溶液

(5)已知MgSO4、CaSO4的溶解度(g/100g水)如下表：

溫度/℃40506070MgSO430.933.435.636.9CaSO40.2100.2070.2010.193

“除鈣”是指將MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去，根據(jù)上表數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)要說明操作步驟： 、 .

(6)如果測(cè)得提供的硼鎂泥的質(zhì)量為100.0g，得到的MgSO4·7H2O為196.8g，則MgSO4·7H2O的產(chǎn)率為 (相對(duì)分子質(zhì)量：MgO4·7H2O-246；MgO-40).

分析與討論從以上題例可見，高中部分?jǐn)?shù)理化題例中可以很好地促進(jìn)學(xué)生們認(rèn)識(shí)數(shù)理化知識(shí)在生態(tài)環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用，以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)中涉及的數(shù)理化原理.其中，1、2和3是高中數(shù)學(xué)科目中的題例，4和5是高中化學(xué)科目中的題例.

例1和2是關(guān)于高中數(shù)學(xué)在大氣污染方面的應(yīng)用問題.作為高中生在進(jìn)行這兩個(gè)習(xí)題首先關(guān)注的結(jié)題的思路、過程和結(jié)果，其次一些相關(guān)的描述對(duì)解題的學(xué)生提高環(huán)境保護(hù)意識(shí)具有重要作用.但是，例1和2在結(jié)構(gòu)上有區(qū)別，例1直接進(jìn)入解題的關(guān)鍵信息，而例2增加了空氣污染和環(huán)境保護(hù)相關(guān)描述：“空氣污染，又稱為大氣污染，是指由于人類活動(dòng)或自然過程引起某些物質(zhì)進(jìn)入大氣中，呈現(xiàn)足夠的濃度，達(dá)到足夠的時(shí)間，并因此危害了人體的舒適、健康和福利或環(huán)境的現(xiàn)象，全世界也越來越關(guān)注環(huán)境保護(hù)問題.”顯然，例2對(duì)于提高學(xué)生的生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)更具有幫助，而例1主要關(guān)注數(shù)學(xué)本身知識(shí)以及數(shù)學(xué)知識(shí)在環(huán)境污染問題預(yù)測(cè)中的應(yīng)用.

例3是關(guān)于數(shù)學(xué)在生活垃圾方面的預(yù)測(cè)應(yīng)用.與例1類似，缺乏對(duì)生活垃圾及其對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞方面的描述.例如，可以增加我國(guó)垃圾總量的描述，以及我國(guó)垃圾處理率方面的描述，讓學(xué)生直觀感受我國(guó)生活垃圾處理面臨的問題.在進(jìn)一步解題過程，獲得結(jié)果，如例2中要求“預(yù)測(cè)2016年我國(guó)生活垃圾無害化處理量”，將會(huì)間接使學(xué)生去思考我國(guó)生活垃圾處理問題.

例4和5是化學(xué)方面關(guān)于廢水處理和固體廢棄物再利用方面的化學(xué)反應(yīng).例4，只是涉及雙氧水氧化法處理電鍍含氰廢水過程中的一些化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，實(shí)際上對(duì)于提高高中生生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)作用不大.如果增加含氰電鍍廢水的危害，配合后面含氰電鍍廢水的處理的一些原理，可能對(duì)于提高生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)更具效果.例5與例4類似.

另外，如果這些例題通過整個(gè)解題過程、思路，最終獲得的結(jié)果也能提示生態(tài)環(huán)境保護(hù)重要性，這可能對(duì)于提高高中生生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)更具有作用.例4的問題設(shè)置就是一個(gè)例子，未來的生活垃圾處理量增加，對(duì)于我們生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要作用.當(dāng)然，其結(jié)果對(duì)于生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高還不是太明顯.因此，在中央、地方對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的新要求和高度上，進(jìn)一步提高高中數(shù)理化習(xí)題中生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面的知識(shí)十分迫切.

三、結(jié)語(yǔ)與建議

目前，高中生學(xué)習(xí)還是更多關(guān)注考試成績(jī)與升學(xué).在國(guó)家進(jìn)一步提高生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求的大背景下，通過高中課程的學(xué)習(xí)，尤其是高中數(shù)理化習(xí)題中滲透生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面的知識(shí)，對(duì)于提高理科生生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)具有重要意義.目前，這類題目的數(shù)量和比例還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠.一些涉及生態(tài)環(huán)境保護(hù)的數(shù)理化習(xí)題，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，對(duì)于生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面的提示還不足.

鑒于高中生學(xué)習(xí)特點(diǎn)，建議如下：

1.增加涉及生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面的數(shù)理化習(xí)題；

2.在涉及生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面的習(xí)題中，適當(dāng)增加相關(guān)方面如污染趨勢(shì)、污染情況等方面，以及進(jìn)一步修復(fù)和保護(hù)的重要性方面的描述；

3.在解題過程和結(jié)構(gòu)中，突出生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要性，例如可以通過數(shù)據(jù)對(duì)比的方式.

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