“綠色化學(xué)理念”在高中化學(xué)教學(xué)中的融合

韓靜瑜

(江蘇省蘇州市昆山市周市高級(jí)中學(xué) 215300)

“綠色化學(xué)理念”就是在化學(xué)反應(yīng)中采用無(wú)毒無(wú)害的原料與安全的工藝，產(chǎn)生環(huán)境友好型產(chǎn)物，促進(jìn)原子利用率的提升，降低有害副產(chǎn)物與廢物產(chǎn)生的一種具有可持續(xù)發(fā)展的理念.將“綠色化學(xué)理念”融入高中化學(xué)教學(xué)中時(shí)，需要注意教學(xué)氛圍的營(yíng)造和化學(xué)史料的應(yīng)用，尤其是要深挖教材，注重教學(xué)方法的改進(jìn)創(chuàng)新，從而促進(jìn)融合成效的提升.

一、創(chuàng)設(shè)情境，營(yíng)造綠色化學(xué)氛圍

化學(xué)教學(xué)中可以創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情境較多，創(chuàng)設(shè)與學(xué)生日常生活有相關(guān)的情境，對(duì)于強(qiáng)化學(xué)生的代入感有著十分重要的意義.所以只有通過(guò)實(shí)施生活化的情境教學(xué)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)而又生活化的問(wèn)題情境，才可以更好地促進(jìn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)中的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)的培養(yǎng).因?yàn)樵跔I(yíng)造生活化的教學(xué)情境過(guò)程中，由于學(xué)生在感同身受下理解，不僅有助于化學(xué)知識(shí)技能的傳授，而且還能實(shí)現(xiàn)“綠色化學(xué)理念”與高中化學(xué)的融合.因此，著力營(yíng)造良好的教學(xué)情境，致力烘托綠色化學(xué)氛圍，對(duì)于“綠色化學(xué)理念”與高中化學(xué)的融合則顯得尤為必要.

例如在教學(xué)有關(guān)“非金屬及其化合物”的知識(shí)時(shí)，其中所學(xué)習(xí)的“氯”、“氮”、“硫”與生活息息相關(guān).例如，氯氣是一種有毒氣體，但是在自來(lái)水殺菌消毒方面有著較強(qiáng)的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)水中氯氣使用量的控制，就能更好地為人類所用.因?yàn)槁葰鈱儆诙拘詺怏w，使用量不當(dāng)不僅會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)污染，進(jìn)而也會(huì)對(duì)人類健康帶來(lái)危害，因此可以從優(yōu)勢(shì)和不足兩個(gè)視角探究對(duì)其的應(yīng)用，確保“綠色化學(xué)理念”得到有效滲透，促進(jìn)學(xué)生環(huán)保意識(shí)的培養(yǎng).

再如，在教學(xué)有關(guān)“氧化還原反應(yīng)”的相關(guān)知識(shí)時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生思考汽車尾氣排放帶來(lái)的危害，激發(fā)學(xué)生解決環(huán)境問(wèn)題的欲望，引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用所學(xué)的“氧化還原反應(yīng)”知識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車尾氣的無(wú)害化處理.首先鼓勵(lì)學(xué)生從汽車尾氣的成分為切入點(diǎn)，分析其中有毒的成分是什么，并利用化學(xué)知識(shí)去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如何將有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)等，讓學(xué)生在問(wèn)題情境的引導(dǎo)下解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的同時(shí)深化學(xué)生生態(tài)文明意識(shí)，促進(jìn)“綠色化學(xué)理念”與高中化學(xué)教學(xué)的融合.

二、應(yīng)用史料，拓展綠色化學(xué)視野

將化學(xué)史料作為“綠色化學(xué)理念”與高中化學(xué)的融合點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的探究心理，幫助學(xué)生形成尋求新知的欲望.同時(shí)，通過(guò)了解科學(xué)家、了解化學(xué)發(fā)展史，幫助學(xué)生更好地養(yǎng)成科學(xué)探究精神和求知態(tài)度.將化學(xué)生產(chǎn)作為載體，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)其的了解，使得學(xué)生掌握原料選擇方法，評(píng)估其對(duì)環(huán)境帶來(lái)的影響，探索提升原料轉(zhuǎn)化率和強(qiáng)化廢物無(wú)害化處理的途徑，從而尋找到化學(xué)物質(zhì)最佳的生產(chǎn)方式.在整個(gè)過(guò)程中其中包含了大量“綠色化學(xué)理念”的知識(shí)，因此，教師可以將化學(xué)史作為切入點(diǎn)，以化工生產(chǎn)為載體，強(qiáng)化“綠色化學(xué)理念”的滲透，拓展“綠色化學(xué)理念”的融合視野.在這一過(guò)程中，教師需要切實(shí)注重化學(xué)史料的引進(jìn)，并根據(jù)化工生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)生產(chǎn)物質(zhì)發(fā)展的過(guò)程進(jìn)行介紹，并做好導(dǎo)向性問(wèn)題的設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生的思考，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所設(shè)計(jì)問(wèn)題和“綠色化學(xué)理念”的滲透，拓展學(xué)生的綠色化學(xué)視野.

例如在教學(xué)有關(guān)“硫及其化合物”的知識(shí)時(shí)，為了幫助學(xué)生掌握如何采用工業(yè)方法來(lái)制備“硫酸”，教師可以給學(xué)生講解歷史上采用的硫酸制備技術(shù)，且每次技術(shù)創(chuàng)新均是以降低尾氣排量和提升有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化率為目的，在每個(gè)階段的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，都融合了“綠色化學(xué)理念”.

第一階段為固體分解工藝，最早在歐洲采用，這一工藝主要是對(duì)膽礬、綠礬進(jìn)行加熱，化學(xué)方程式如下：

兩個(gè)反應(yīng)都生成了SO3，SO3與H2O進(jìn)一步反應(yīng)生成硫酸.從中可以看出，這一工業(yè)方法涉及的問(wèn)題較多，比如在固體加熱時(shí)耗能較高、成本大且副產(chǎn)物較多，這違背了“綠色化學(xué)理念”.因此科學(xué)家需要繼續(xù)探索新的硫酸制備方法.一直到1736年，英國(guó)采用“硝化法”對(duì)之前的硫酸制備工業(yè)進(jìn)行了改進(jìn)，化學(xué)反應(yīng)式如下：

不難看出，NO2主要是起到了催化的作用，在SO2向SO3轉(zhuǎn)化時(shí)，主要是借助氮的氧化物來(lái)實(shí)現(xiàn)，但產(chǎn)物中生成的NOx依舊屬于有毒物質(zhì)，對(duì)環(huán)境帶來(lái)一定的污染，危害了人類的生活.所以基于“綠色化學(xué)理念”來(lái)看，在SO2向SO3轉(zhuǎn)化這一步驟中，使用氧氣進(jìn)行氧化是最優(yōu)的方法，因?yàn)樵谶@過(guò)程中并沒(méi)有其它有害物質(zhì)生成，較為純凈.所以到了第三階段，也就是在現(xiàn)代工業(yè)硫酸制備中，主要采取“接觸法”來(lái)進(jìn)行.接觸法制硫酸工藝中生成的廢渣可用于冶煉金屬，從而契合了“綠色化學(xué)理念”無(wú)毒無(wú)害的要求.

三、挖掘教材，深化綠色化學(xué)認(rèn)知

蘇教版高中化學(xué)教材在編寫(xiě)中充分遵循了“綠色化學(xué)理念”的要求，所以為深化學(xué)生的綠色化學(xué)認(rèn)知，需要切實(shí)注重教材中有關(guān)綠色化學(xué)內(nèi)容的挖掘.比如，蘇教版高中化學(xué)必修二中，把“環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)”作為一個(gè)章節(jié)來(lái)設(shè)置，但是有的部分具有隱性，例如在必修一“非金屬及其化合物”中，雖然沒(méi)有采用綠色化學(xué)的文字來(lái)直接表述，但是其蘊(yùn)含了綠色化學(xué)理念，所以需要教師做好對(duì)其的深度挖掘，以更好地實(shí)現(xiàn)“綠色化學(xué)理念”在高中化學(xué)學(xué)習(xí)中的貫穿.一般而言，顯性的設(shè)置較為簡(jiǎn)單，教師需要在課堂上給學(xué)生滲透綠色化學(xué)的原則、發(fā)展歷程、最新進(jìn)展等作為拓展內(nèi)容，以便于對(duì)教學(xué)內(nèi)容補(bǔ)充.但是在一些隱性的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，就需要教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)做好引導(dǎo).比如在“非金屬及其化合物”中，“氯”、“氮”、“硫”屬于產(chǎn)生毒性氣體的物質(zhì)，所以需要講解毒性氣體的源頭防治要點(diǎn)，促進(jìn)源頭治理、無(wú)毒無(wú)害、綜合利用等“綠色化學(xué)理念”的滲透.再如在教學(xué)“硫及其化合物”時(shí)，針對(duì)其中含不同價(jià)態(tài)硫的物質(zhì)間轉(zhuǎn)換的內(nèi)容，教師首先給學(xué)生介紹自然界中存在的硫的價(jià)態(tài)類型和相關(guān)含硫化合物的性質(zhì)，融合“綠色化學(xué)理念”去探討含硫物質(zhì)間的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化的需要和條件，進(jìn)而針對(duì)性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).

教師在給學(xué)生設(shè)計(jì)不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化的學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考如何轉(zhuǎn)化，并結(jié)合學(xué)生所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)化過(guò)程及轉(zhuǎn)化時(shí)所需的氧化劑和還原劑予以考量，對(duì)只能提出個(gè)別氧化劑與還原劑的情況的學(xué)生，要做好對(duì)其的指導(dǎo)，強(qiáng)化學(xué)生知識(shí)的總結(jié)和應(yīng)用能力，從一類氧化劑、還原劑的視角對(duì)轉(zhuǎn)化過(guò)程進(jìn)行理解，同時(shí)還要對(duì)轉(zhuǎn)化過(guò)程進(jìn)行模型化地處理，使得學(xué)生對(duì)轉(zhuǎn)化過(guò)程的理解更加清晰和準(zhǔn)確，幫助學(xué)生在模型認(rèn)知能力上得到提升.這樣學(xué)生在轉(zhuǎn)化時(shí)，就能結(jié)合這些不同價(jià)態(tài)含硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化的建模過(guò)程，進(jìn)而掌握其具體轉(zhuǎn)化所需的物質(zhì).例如-2→0轉(zhuǎn)化時(shí)，使用酸性高錳酸鉀溶液來(lái)氧化Na2S；在+4→+6價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)，則使用酸性高錳酸鉀溶液來(lái)氧化Na2SO3；而在+6→+4轉(zhuǎn)化時(shí)，首先是讓濃硫酸和銅片反應(yīng)，再將反應(yīng)生成的氣體通入品紅溶液以驗(yàn)證產(chǎn)物為SO2，再用濃氫氧化鈉溶液吸收該有毒氣體.

由此可見(jiàn)，結(jié)合硫的不同價(jià)態(tài)化合物和常見(jiàn)的氧化劑、還原劑，學(xué)生可以得到多種物質(zhì)轉(zhuǎn)化方式，不僅考察了學(xué)生對(duì)氧化還原反應(yīng)知識(shí)的掌握和學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)的初衷，而且還能在學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)安全細(xì)則與環(huán)境的保護(hù)，確保化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、可行性、安全性、綠色化.再將其與硫相關(guān)化學(xué)知識(shí)融合后，學(xué)生明確了在處理尾氣問(wèn)題時(shí)，主要是針對(duì)有害氣體SO2和H2S進(jìn)行處理，并且指導(dǎo)學(xué)生所選的實(shí)驗(yàn)試劑要與微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則相符，避免浪費(fèi)試劑的現(xiàn)象發(fā)生.此時(shí)師生可以共同探究和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如何轉(zhuǎn)化有毒尾氣，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)循環(huán)使用一些物質(zhì)，彰顯綠色化學(xué)理念，強(qiáng)化學(xué)生的科學(xué)探究能力和自主設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力.

四、改進(jìn)方法，創(chuàng)新綠色化學(xué)教學(xué)

1.以內(nèi)化綠色觀念為導(dǎo)向，強(qiáng)化探究教學(xué)的實(shí)施

利用探究性教學(xué)方法來(lái)內(nèi)化學(xué)生的綠色觀念，主要是教師在化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，注重問(wèn)題情境的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在問(wèn)題情境的引導(dǎo)下形成探究性思維，以綠色化學(xué)思想滲透為主線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè).比如在學(xué)習(xí)有關(guān)氯及其化合物的知識(shí)時(shí)，采取氯氣的發(fā)現(xiàn)化學(xué)史來(lái)導(dǎo)入氯氣性質(zhì)的學(xué)習(xí)，進(jìn)而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)制備氯氣.如何制備氯氣.再設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖，讓學(xué)生從中選擇與綠色化學(xué)理念相符的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)圖.

2.以形成綠色行為為導(dǎo)向，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施

利用實(shí)踐活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生踐行綠色化學(xué)行為，主要是在化學(xué)活動(dòng)中融入綠色化學(xué)理念，達(dá)到潛移默化的效果.比如，參觀煤化工廠時(shí)，結(jié)合所學(xué)知識(shí)啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生處理工業(yè)生產(chǎn)中形成的尾氣，處理含鹽廢水等，從中滲透綠色化學(xué)理念.

3.以培養(yǎng)綠色習(xí)慣為導(dǎo)向，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施

實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的重頭戲，綠化化學(xué)理念的融合，需要在實(shí)驗(yàn)操作流程上做到綠色化，并盡可能地采用綠色化的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，彰顯實(shí)驗(yàn)特色，給學(xué)生提供親身感受和動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，通過(guò)不同的感官來(lái)感知和學(xué)習(xí)綠色化學(xué)內(nèi)容.

綜上所述，“綠色化學(xué)理念”在高中化學(xué)教學(xué)中的融合方法較多，但是其核心就在于強(qiáng)化學(xué)生的綠色化學(xué)思想，引導(dǎo)學(xué)生參與到綠色化學(xué)理念踐行者的行列之中，切實(shí)強(qiáng)化學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任這一核心素養(yǎng)的培養(yǎng).