基于綠色化學(xué)理念的高中化學(xué)教學(xué)研究

周怡

摘 要：黨的十九大報告中明確指出：“必須加快生態(tài)文明體系改革，促進(jìn)綠色生態(tài)發(fā)展，建設(shè)美麗中國”?；瘜W(xué)學(xué)科教育體系同時要求確立綠水和綠山為金銀山的概念，明確化學(xué)對現(xiàn)代科社會進(jìn)步和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的重要性，因此綠色化學(xué)理念教育的開展具有重要意義。綠色化學(xué)概念的教學(xué)重點是將學(xué)生的經(jīng)驗與實際的社會問題聯(lián)系起來創(chuàng)造教學(xué)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生積極關(guān)注和參與與化學(xué)有關(guān)的熱點社會問題，并通過多元化的研究培養(yǎng)其創(chuàng)新和實踐技能。增強(qiáng)社會活動的責(zé)任感和決策能力。本文將對綠色化學(xué)理念在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的開展進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：綠色化學(xué);高中;教學(xué)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，化學(xué)工業(yè)的大規(guī)模建設(shè)造成的環(huán)境污染和生態(tài)失衡嚴(yán)重威脅著地球村的可持續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要問題是工業(yè)時代沒有綠色化學(xué)理念的約束。提高公民對綠色化學(xué)的認(rèn)知的最有效方式是通過學(xué)校教育開始的，如將綠色化學(xué)的概念應(yīng)用于實驗教學(xué)并進(jìn)行綠色化學(xué)實驗。因此，綠色化學(xué)領(lǐng)域的教育勢在必行。

一、綠色化學(xué)的概念和內(nèi)涵

綠色化學(xué)，也稱作環(huán)境友好化學(xué)或清潔化學(xué)，倡導(dǎo)使用與化學(xué)有關(guān)的原理和技術(shù)來防止對人類生命、健康和環(huán)境的傷害。減少藥物、催化劑和溶劑的負(fù)面影響以及副產(chǎn)物帶來的危害，將所有原子轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物而不會產(chǎn)生無關(guān)物質(zhì)。綠色化學(xué)旨在整合現(xiàn)有的化學(xué)和生產(chǎn)技術(shù)，從“先污染再清潔”到“從來源清除污染物”。綠色化學(xué)的最終目標(biāo)是停止使用和生產(chǎn)對人體健康和生態(tài)環(huán)境有害的物質(zhì)，而不再需要處理大量廢物。

綠色化學(xué)通過分析并修改了所有化工制造體系以清除污染物并減少排放。從科學(xué)上講，綠色化學(xué)是一種基于可持續(xù)發(fā)展文化的生產(chǎn)理念;從環(huán)境角度來看，綠色化學(xué)旨在從源頭去除污染物;在經(jīng)濟(jì)增長方面，可以更加高效和經(jīng)濟(jì)的確保經(jīng)濟(jì)發(fā)展。綠色化學(xué)是與人類和環(huán)境的和諧共生的產(chǎn)物，對人類和環(huán)境的發(fā)展至關(guān)重要。

二、綠色化學(xué)理念的教育現(xiàn)狀

近年來，隨著新一輪教育課改的深入，許多化學(xué)領(lǐng)域的專家、學(xué)者開始致力于綠色化學(xué)教育，并在高中階段對此進(jìn)行了廣泛的研究。曾春燕在《化學(xué)教學(xué)》上發(fā)表了一篇文章《關(guān)于新化學(xué)課程的討論》，關(guān)于教學(xué)中實施綠色化學(xué)教育的研究在不深入。一些研究人員對教科書中的實驗進(jìn)行了優(yōu)化，例如，陸亞娟和白琳在化學(xué)教育期刊中發(fā)表的文章《氨的制備和綠化研究性質(zhì)實驗》，通過綠色化學(xué)理念進(jìn)行噴泉實驗。馬富強(qiáng)等對“黑面包”實驗的改進(jìn)，將蔗糖和濃硫酸反應(yīng)進(jìn)行了實驗性的改進(jìn)。一般來說，在化學(xué)實驗教學(xué)中，加強(qiáng)對綠色化學(xué)理念的滲透已成為不可或缺的教育要點。

三、綠色化學(xué)教育研究意義

（一）實施可持續(xù)發(fā)展的需要

第二次工業(yè)革命提升了世界各地生產(chǎn)力，工業(yè)的快速發(fā)展;在八十年代后期，當(dāng)世界經(jīng)濟(jì)陷入困境、世界經(jīng)濟(jì)不斷放緩時，人們開始意識到工業(yè)快速發(fā)展的負(fù)面影響：一方面，工業(yè)的快速增長，自然資源消耗加劇，資源平衡被打破，人類社會迎來了能源和環(huán)境危機(jī)。此外，工業(yè)化導(dǎo)致了嚴(yán)重的能源和資源危機(jī)，自然界的工業(yè)廢物和殘留物的產(chǎn)量繼續(xù)增加，自然環(huán)境吸收和處置的能力下降，導(dǎo)致臭氧的消耗以及環(huán)境災(zāi)害的頻發(fā)，造成了嚴(yán)重的全球環(huán)境污染問題。中國制定了“可持續(xù)發(fā)展”和“科教興國”戰(zhàn)略、與科教興國戰(zhàn)略、綠色化學(xué)研究相一致，視為未來重要的發(fā)展方向。可以看出，從合理利用資源和維護(hù)生態(tài)平衡的視角來看，綠色化學(xué)最能滿足生態(tài)文明建設(shè)的要求，綜合性教育是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。綠色化學(xué)理念是化學(xué)學(xué)科教育的新內(nèi)容，例如，在氯氣課程中，我們將解釋臭氧層的氣體消耗，并討論如何在綠色化學(xué)的概念下解決一些問題。這不僅有助于學(xué)生理解知識點，而且最重要的是可以提高學(xué)生對環(huán)境保護(hù)理念的深刻認(rèn)知。無論學(xué)生將來做什么，他們都可以為保護(hù)環(huán)境貢獻(xiàn)自己的力量。

（二）貫徹新課改的需要

新課程標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了國家高中課程教育要求：教育體系的開展應(yīng)為學(xué)生怪車可持續(xù)發(fā)展的理念，并提高學(xué)生對公共責(zé)任擔(dān)當(dāng)和積極投入意識。高中化學(xué)注重設(shè)計及其應(yīng)用之間的關(guān)系，需要學(xué)以致用的教育理念，通過綠色化學(xué)教育參與到建立無污染環(huán)境的目標(biāo)。在設(shè)計和推廣化學(xué)反應(yīng)過程中，高中的化學(xué)知識和綠色化學(xué)教育都需要考慮該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和反應(yīng)性能等，尤其是在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面，這方面的出發(fā)點是一致的，反映了新課程改革和綠色化學(xué)教育的連貫性。同時，人教版教科書還包含許多與綠色化學(xué)有關(guān)的內(nèi)容，例如，在“能源變化”中教授氯的性質(zhì)、應(yīng)用利弊以及能源的可持續(xù)發(fā)展和使用方面的問題，還有關(guān)于硫和氮氧化物涉及到的空氣污染以及酸雨、光化學(xué)煙霧和赤潮等的預(yù)防。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)自覺地培養(yǎng)學(xué)生對綠色化學(xué)的認(rèn)識，使學(xué)生掌握參與環(huán)?；顒拥膶嵺`能力，這也是當(dāng)前教育環(huán)境下對化學(xué)學(xué)科的新要求。

四、基于綠色化學(xué)的教育策略

（一）提高教師的理念認(rèn)知

任課教師是開展教學(xué)活動的引導(dǎo)者，也是化學(xué)實驗的組織者，教師應(yīng)不斷提高其專業(yè)資格，對綠色化學(xué)概念進(jìn)行深入的理解和掌握。通過學(xué)習(xí)和教學(xué)活動實踐續(xù)研究和創(chuàng)新更多新穎、科學(xué)的綠色化學(xué)理念滲透的教學(xué)方式，以使學(xué)生正確理解和應(yīng)用綠色化學(xué)知識。此外，化學(xué)教師還應(yīng)注意學(xué)生對綠色化學(xué)意識的形成和發(fā)展。在課堂教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生對綠色化學(xué)的正確認(rèn)識。在實驗過程中，教師應(yīng)就設(shè)備的使用和正確的藥物劑量做出正確的解釋和示范，尤其是讓學(xué)生解釋在發(fā)生毒氣泄漏時如何進(jìn)行操作以及如何規(guī)避危險。同時，對實驗過程進(jìn)行有效指導(dǎo)，限制有毒物質(zhì)的使用，避免化學(xué)藥品的濫用和有毒藥物對師生身心健康的危害，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)、合理地進(jìn)行物質(zhì)回收利用，而不會造成二次污染，從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境與合理利用資源的目標(biāo)。

（二）實踐出真知

通過實驗進(jìn)行教學(xué)是高中化學(xué)學(xué)科的重要教學(xué)手段，綠色化學(xué)實驗是綠色化學(xué)思維在化學(xué)教學(xué)中的直接體現(xiàn)。通常來講，許多化學(xué)實驗在反應(yīng)過程中會產(chǎn)生部分有毒、有害物質(zhì)，因此需使用更少的化學(xué)原料和污染進(jìn)行設(shè)計實驗、小型化實驗并做好密封。

實驗設(shè)計包括許多方面，例如原料和試劑的選擇、設(shè)備的選擇、藥物的劑量以及實驗的過程。本節(jié)重點從原材料、添加劑和設(shè)備的角度為綠色實驗設(shè)計項目提出一些建議。（1）選擇綠色資源。綠色化學(xué)是要從源頭控制污染物，因此如果我們的化學(xué)實驗要生態(tài)化，就必須從原材料的角度出發(fā)，嘗試用清潔的原材料代替有害物質(zhì)。從“實驗安全性”的角度出發(fā)，在《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》的乙炔制備實驗室方法中，該手冊將原料用電石和水替換為電石和氫氧化鈉溶液，從而大大減少了反應(yīng)速度并消除了潛在的安全隱患。關(guān)于使用硫酸銅溶液去除氣態(tài)污染物，但這兩種元素不可能完全反應(yīng)。硫酸銅溶液還包含重金屬銅離子，因此該反應(yīng)仍不符合綠色化學(xué)要求。實驗表明，電石與16%氫氧化鈉溶液反應(yīng)后，收集氣體并用硝酸銀試紙進(jìn)行檢測，檢測出有害氣體硫化氫和磷化氫，污染物氣體含量低于國家標(biāo)準(zhǔn)。盡管這種變化很小，但它也符合實驗的綠色要求。

（三）優(yōu)化綠色化學(xué)課堂教育

考慮到中國中學(xué)教育的現(xiàn)狀，目前沒有單獨的綠色化學(xué)教科書。鑒于高中升學(xué)考試的壓力，在中學(xué)里集中發(fā)展綠色化學(xué)教育是不現(xiàn)實的，但是現(xiàn)有的化學(xué)書中有很多地方解釋了綠色化學(xué)的思想，因此教師可以深入發(fā)掘教材中的實驗，并積極探索綠色化學(xué)領(lǐng)域的思想和知識。綠色化學(xué)研究領(lǐng)域主要集中于綠色材料及其反應(yīng)過程，催化劑、溶劑和產(chǎn)物以及改善能源利用上。因此教師應(yīng)仔細(xì)學(xué)習(xí)教科書，將綠色化學(xué)的基本知識和理念滲透到常規(guī)教學(xué)中，并將其余教科書的內(nèi)容結(jié)合起來進(jìn)行充分?jǐn)U展，以實現(xiàn)素質(zhì)教育的綜合目標(biāo)。

例如，在碘水萃取實驗中，所用的CCl4萃取劑可能引起癌癥，若剩余試驗材料直接丟棄，在造成資源浪費的同時也會威脅環(huán)境健康。因此需向?qū)W生講解有機(jī)溶液多數(shù)含有毒性，要經(jīng)過化學(xué)處理后才能再利用或丟棄。這樣，實驗中的CCl4可以用濃NaOH溶液洗滌，然后分離后在進(jìn)行處理。在此過程中介紹綠色溶劑的具體性質(zhì)和特征，如超臨界流體。其中，離子液體是由無機(jī)陰離子和有機(jī)陽離子組成的有機(jī)鹽，室溫下多為液態(tài)，故而也可稱為室溫離子液體。它具有無毒、不易燃并且具有熱穩(wěn)定性良好的性質(zhì)，同時也有良好的溶解性、可回收性等特征。在實驗過程中，它對固體表面的吸附能力高，活性高，幾乎不會對環(huán)境造成污染，因此在工業(yè)生產(chǎn)中非常受歡迎。

在氯的性質(zhì)和用途課程中，通過向?qū)W生講授氯可以用作消毒劑和漂白劑的化工材料，同時還應(yīng)注意的是氯制品在消毒過程中會產(chǎn)生含氯致癌物。目前國外已經(jīng)不再采用氯氣處理飲用水，而是通過Cl02綠色消毒劑，該消毒劑在世界范圍內(nèi)被認(rèn)為是安全且無毒的。二氧化氯與水反應(yīng)，不產(chǎn)生氯化酶，并且可以通過氧化反應(yīng)減少有毒物質(zhì)，殺菌效果良好，是同等質(zhì)量氯氣的9.6倍，是NaClO的2倍。此外，可以教授有關(guān)綠色氧化劑（如臭氧和過氧化氫）的知識。

（四）帶領(lǐng)學(xué)生實地參觀

綠色化學(xué)是化學(xué)學(xué)科適應(yīng)社會發(fā)展自然產(chǎn)生的新理念，其實踐應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。一方面，通過現(xiàn)場參觀訪問，學(xué)生可以提高自身發(fā)現(xiàn)和分析問題的能力，從而激發(fā)解決問題的思維，將教科書知識轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H的核心素養(yǎng)，運(yùn)用所學(xué)知識激發(fā)學(xué)生的好奇心并提高綠色化學(xué)教育效果。此外，學(xué)生會切身感覺到環(huán)境污染帶來的危機(jī)和損害來并了解保護(hù)內(nèi)部環(huán)境的重要性，養(yǎng)成愛護(hù)自然的良好習(xí)慣，為周圍的人樹立榜樣。例如，安排學(xué)生在學(xué)校清潔塑料廢物，展示視覺污染和白色污染的潛在危害，例如水土污染、火災(zāi)隱患等，然后研究塑料回收技術(shù)，讓學(xué)生享受參與環(huán)境保護(hù)的過程。也可以帶領(lǐng)學(xué)生參觀造紙廠，并介紹造紙業(yè)的生產(chǎn)廢品，解釋如何處理廢物以及廢物管理不當(dāng)造成的財務(wù)損失。通過現(xiàn)場體驗，提高學(xué)生對綠色化學(xué)的認(rèn)知，了解研究和開發(fā)環(huán)境友好的化學(xué)過程以及消除這些污染來源的益處。簡而言之，通過學(xué)生調(diào)查和時間以及老師的指導(dǎo)和學(xué)生參與，提高學(xué)生環(huán)保意識，提升新課程標(biāo)準(zhǔn)下化學(xué)學(xué)科的教育效果。

結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)問題日益突出，人們的環(huán)境保護(hù)意識不斷提高，因此在這個大環(huán)境下開始對指導(dǎo)人類發(fā)展的化學(xué)學(xué)科提出新要求。綠色化學(xué)是高等級化學(xué)，是可以定義化學(xué)技術(shù)和社會之間相互作用的科學(xué)，這是化學(xué)快速發(fā)展的全新階段。綠色化學(xué)是挽救當(dāng)前環(huán)境和資源危機(jī)的理想方法。它是國際化學(xué)研究中的開創(chuàng)性科學(xué)，也是高中化學(xué)教育的新方向，開展綠色化學(xué)教學(xué)對提高學(xué)生的環(huán)保意識具有積極作用，是未來社會和諧發(fā)展的基礎(chǔ)保障。

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