高中化學(xué)環(huán)保創(chuàng)新實驗的開發(fā)與應(yīng)用

徐建東

摘 要：化學(xué)實驗是化學(xué)教學(xué)和未來考核中的重要組成部分。進(jìn)入高中階段后，化學(xué)實驗的內(nèi)容和復(fù)雜程度都在提升，涉及的各類化學(xué)制劑也在增加，這對于化學(xué)實驗室環(huán)境的影響也相應(yīng)的加大。在當(dāng)前綠色環(huán)保理念主導(dǎo)下，教學(xué)改革中納入環(huán)境保護(hù)原則也是理所當(dāng)然。因此化學(xué)實驗要圍繞環(huán)保這一關(guān)鍵性目標(biāo)進(jìn)行不斷的創(chuàng)新，在化學(xué)實驗資源有效開發(fā)、合理應(yīng)用以及對學(xué)生的科學(xué)引導(dǎo)上下功夫，真正實現(xiàn)化學(xué)實驗污染減量化、環(huán)境友好化、操作規(guī)范化的總體教學(xué)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);實驗教學(xué);環(huán)保創(chuàng)新;高中生視角

高中化學(xué)課程體系中，化學(xué)實驗是必不可少的。化學(xué)實驗是實踐性的操作，必然會需要各類的化學(xué)資源，而很多的化學(xué)反應(yīng)都會對環(huán)境造成影響，有些甚至?xí)茐脑械纳鷳B(tài)環(huán)境，影響人體健康。因此化學(xué)教學(xué)中應(yīng)當(dāng)融入環(huán)保的理念，改變原有的化學(xué)實驗教學(xué)模式，從化學(xué)實驗資源的高效開發(fā)和循環(huán)使用、需求綠色環(huán)保型的化學(xué)實驗保護(hù)措施，以廢物利用、低耗排放、廢棄物治理廢棄物等好的觀念和實際探索方式為主，通過開展課題創(chuàng)新與實踐探究，形成一套具有特色、可操作性強的環(huán)保創(chuàng)新化學(xué)實驗教學(xué)資源庫。

一、高中化學(xué)環(huán)保創(chuàng)新實驗課程的開發(fā)要點

開展化學(xué)實驗環(huán)保創(chuàng)新工作，重點要以教材為核心，圍繞考核的方向和要求，在充分了解學(xué)生當(dāng)前的化學(xué)基礎(chǔ)和環(huán)保認(rèn)識的基礎(chǔ)之上，深入分析傳統(tǒng)化學(xué)實驗過程中存在的難點和堵點，特別是在化學(xué)實驗的環(huán)保方面存在的不足與短板。應(yīng)當(dāng)堅持以問題為導(dǎo)向，以綠色環(huán)保理念創(chuàng)新為引領(lǐng)，重點做到以下幾項工作。

（一）整理高中化學(xué)教材和考試大綱中關(guān)于在環(huán)境保護(hù)、資源回收利用、化學(xué)廢棄物治理和相關(guān)化學(xué)實驗資源高效利用方面的重點內(nèi)容，形成專項的研究課題，在學(xué)生中間開展專題教學(xué)，在強化學(xué)生應(yīng)試知識掌握的同時，也增加他們對化學(xué)實驗環(huán)保創(chuàng)新的理念意識、想法和經(jīng)驗。通過案例或者實驗問題解決教的形式，讓學(xué)生可以在未來的實驗當(dāng)中去主動地探索在確保實驗效果的基礎(chǔ)上如何更好地實現(xiàn)環(huán)保的目標(biāo)，形成新的思路、方法，從而提升個人的化學(xué)實驗環(huán)保創(chuàng)新能力。

（二）做到創(chuàng)新理念宣導(dǎo)與具體的實驗實踐相銜接，在實際的實驗操作過程中，教師帶領(lǐng)學(xué)生一起去分析當(dāng)前的實驗程序、實驗設(shè)備、使用規(guī)則上是否存在一些與環(huán)境保護(hù)理念不相符的問題，并結(jié)合個人的生活經(jīng)驗和平常網(wǎng)絡(luò)、書本等其他渠道獲得的知識，提出改進(jìn)的想法和建議。鼓勵學(xué)生在確保安全的前提下，課外嘗試對一些環(huán)保實驗的創(chuàng)新理念開展嘗試和驗證，向?qū)W生和教師及時分享結(jié)果與反思。

（三）持續(xù)的開發(fā)環(huán)保實驗資源，開展環(huán)保創(chuàng)新實驗的講座，把當(dāng)前成熟的環(huán)保實驗?zāi)Ｊ?、流程向同學(xué)們進(jìn)行詳細(xì)地介紹。

（四）要對教材中的實驗進(jìn)行深入的剖析，特別是針對具有低碳、節(jié)能、綠色概念的實驗題目，做好更加全面的導(dǎo)入和講授。教師可以嘗試運用導(dǎo)學(xué)案模式，先從實際問題入手，讓學(xué)生了解當(dāng)前的實驗?zāi)Ｊ酱嬖谥鯓拥谋锥耍?fù)面的影響有多大，這樣才會提升對開展環(huán)保實驗創(chuàng)新的重視程度，才會積極主動地投入相關(guān)的探索和學(xué)習(xí)中去。

（五）圍繞實際的化學(xué)實驗項目，對其使用的化學(xué)試劑、實驗設(shè)備設(shè)施、實驗方法開展能耗和污染的分析，加強環(huán)保實驗設(shè)備和實驗方法的探索創(chuàng)新，借鑒好的實驗?zāi)Ｊ?，引進(jìn)效率更高、污染更低的實驗設(shè)備，以提升實驗的環(huán)保程度。

二、高中化學(xué)環(huán)保創(chuàng)新實驗的重點應(yīng)用方法措施

（一）實驗廢棄物科學(xué)再利用

很多化學(xué)實驗在原有的設(shè)計方案中，大多是在經(jīng)過簡要的包裹或者除害后，當(dāng)作廢棄物處理掉了。但是其中有很多的廢液殘渣是具有一定的再利用價值的。比如：在蘇教版教材中關(guān)于氯氣制取實驗中，反應(yīng)結(jié)束后留下的二氧化錳，如果直接廢棄的話，可能會造成資源的浪費，更重要的是會對周圍的環(huán)境造成破壞。針對此種情況，就可以考慮是否可以利用強酸再次與其發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣，這樣可以實現(xiàn)其功用的二次發(fā)揮，從而提升它的利用效率。一方面能夠減少后續(xù)處理回收的成本[1]，另一方面對環(huán)境來說，污染的負(fù)擔(dān)相對減輕了。同時還有很多已經(jīng)形成的廢棄物是可以經(jīng)過簡單加工處理后進(jìn)行回收的。比如：在二氧化硫的轉(zhuǎn)換實驗中，可以用氧化鈣代替其吸收劑，從而轉(zhuǎn)換為污染較小的排出物。利用化學(xué)性質(zhì)的轉(zhuǎn)變來開展試驗過程中的廢棄物的二次利用，比如：可以把廢棄的化學(xué)性質(zhì)未發(fā)生改變的易拉罐作為一些鋁質(zhì)材料應(yīng)用于化學(xué)實驗，以代替從市場中直接購買相應(yīng)的鋁材，比較常見的就是鋁的氧化反應(yīng)，在氧氣中燃燒，形成氧化鋁的實驗操作。

（二）實驗材料的循環(huán)利用

學(xué)生在化學(xué)實驗中不僅會用到純水、酒精等基礎(chǔ)性的資源能源，也會使用很多的試紙、試劑、化學(xué)原材料等資源。在實驗的過程中，教師應(yīng)當(dāng)全力普及節(jié)約理念和節(jié)約意識，讓學(xué)生關(guān)注到在實驗過程中如何從細(xì)節(jié)處做到材料資源的節(jié)約，包括了水的高效利用和循環(huán)使用，化學(xué)試劑的減量使用，對化學(xué)實驗廢棄物的有效回收利用。在這一過程中應(yīng)當(dāng)積極鼓勵學(xué)生去嘗試新的方法能夠讓廢液廢棄固體重新發(fā)揮效能，實驗設(shè)備的重復(fù)使用等。比如：蘇教版教材中有些實驗會用到氯化鐵和硫氰化鉀等物質(zhì)，其回收的液體就能夠反復(fù)利用。還有在教材中關(guān)于強堿弱酸鹽的化學(xué)性質(zhì)測定實驗中，用到了醋酸鈉溶液，觀察分析其水解的性質(zhì)影響，可以把醋酸鈉晶體放到原有的試管中去，可以讓全年級的學(xué)生在做同類實驗時共享這些材料。這樣的細(xì)節(jié)處理措施，一方面可以高效地滿足化學(xué)實驗課中的很多試劑需要，更能夠?qū)崿F(xiàn)多次循環(huán)利用，更加符合綠色環(huán)保實驗的理念[2]。

（三）積極嘗試運用新型化學(xué)實驗材料

化學(xué)實驗中，盡可能地找到一些替代品，來取代那些對環(huán)境污染嚴(yán)重，對人體和動植物有危害性的化學(xué)實驗材料，并且不斷創(chuàng)新材料的使用方法，以便更好地開展相關(guān)實驗，保護(hù)實驗室和周邊環(huán)境，更保護(hù)師生的身體健康。以經(jīng)典的制氧實驗為例，通過高溫加熱高錳酸鉀和氯酸鉀都可以產(chǎn)生氧氣，不過其發(fā)生分解反應(yīng)后生成的其他物質(zhì)具有一定的污染性，需要花費一定的成本去進(jìn)行處理后再行排放。所以有些國家就嘗試更加環(huán)保節(jié)約的制氧試驗，比如：可以通過電解水的方式使其分解為氫氣和氧氣，這樣的分解產(chǎn)物對環(huán)境都是無害的，不過應(yīng)當(dāng)在實驗的便利性和可操作性上下功夫。國內(nèi)的部分教材也在探索將這種方式作為操作性實驗之一。

（四）不斷推動實驗小型化簡約化

小型化微型化的實驗主要有這幾個特點，包括了原料使用減量化、實驗設(shè)施的微型化等，這樣投入的原料越少，那么未來排除的污染物當(dāng)量就會越小，也會節(jié)省一定的實驗時間，提升效率。而小型的儀器則可以更好的控制和操作，耗能也會相對降低，這完全符合化學(xué)實驗環(huán)保創(chuàng)新理念。微型化實驗當(dāng)前已成為了高中化學(xué)實驗教學(xué)中創(chuàng)新改革的一個方向，它的實際所需量耗用成本通常是一般傳統(tǒng)實驗的百分之一，而設(shè)備與能源的消耗也會壓降一半以上[3]，這些顯著的優(yōu)勢應(yīng)促使它將會逐漸地替代原有的高耗能、高污染的傳統(tǒng)化學(xué)實驗。

三、從學(xué)生角度看提升化學(xué)實驗創(chuàng)新素養(yǎng)的具體措施

（一）不斷增強學(xué)生的實驗環(huán)保創(chuàng)新理念

以教材為核心，通過教材內(nèi)大量的實驗案例入手，把之前已經(jīng)向?qū)W生傳導(dǎo)的“廢棄物再利用”“環(huán)保節(jié)能”“循環(huán)高效實驗”的相關(guān)理念，融入具體的實際操作中。學(xué)生經(jīng)過實踐的感知和體會，對于實驗環(huán)保創(chuàng)新的認(rèn)識也更加深刻，對于如何踐行也有了較為明晰的路徑，從而在以后的實驗中身體力行地去把細(xì)節(jié)的環(huán)保理念做到實處，這樣日積月累，才能逐步地養(yǎng)成環(huán)保實驗的習(xí)慣，形成良好的環(huán)保創(chuàng)新的素養(yǎng)，強化環(huán)保實驗的應(yīng)用能力。

（二）相關(guān)化學(xué)實驗實例分析

以從蘇教版教材中關(guān)于氧化還原反應(yīng)的相關(guān)實驗為例來說。氧化還原反應(yīng)是高中無機化學(xué)中的一個重要章節(jié)，其中有個最為常見和經(jīng)典的實驗就是一氧化碳與氧化鐵發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。在該項實驗中，教材中提到為了防止剩余的一氧化碳和反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳會進(jìn)入環(huán)境和人體內(nèi)，造成一氧化碳中毒，所以要用一個塑料袋來罩住排氣口，讓其進(jìn)入并密封收集。但是實際情況是一氧化碳是要連續(xù)不間斷地從玻璃導(dǎo)管中通過，流速和流量控制難度大，這樣的話就容易使得塑料袋因為大量氣體涌入而產(chǎn)生破裂，有毒的一氧化碳?xì)怏w就會跟著散入空氣當(dāng)中去?；蛘咚芰洗谑占欢ǔ潭群?，同樣也要把一氧化碳釋放到空曠地域造成一定的污染。如何從根本上解決這一問題呢？這時教師就要引導(dǎo)學(xué)生去在分析一氧化碳的化學(xué)性質(zhì)，一氧化碳在化學(xué)工業(yè)中的污染處理方法就是利用了它易燃燒的特性，所以可以架設(shè)一套讓一氧化碳燃燒的實驗裝置，將其通過導(dǎo)管再引到酒精燈的噴口處，使其充分燃燒后，形成了沒有毒性的二氧化碳，這樣即使沒有徹底地做到減排，但是很大程度上減少了實驗的污染性。此外這種做法可以讓一氧化碳作為廢棄物實現(xiàn)再利用，燃燒產(chǎn)生的熱能可以進(jìn)一步地催化還原反應(yīng)[4]，讓氧化鐵更快地被一氧化碳還原，提高了實驗的速率，并且會減少能源和材料消耗。

在實驗進(jìn)行過程中，教學(xué)理念要更新，教學(xué)方法更要不斷地探索創(chuàng)新。比如：在毒性較大的一些實驗當(dāng)中，可以嘗試運用混合法來把需要多次展開的實驗整合成為一次，這樣污染的控制與處理就會更加容易。如在鈉在氯氣和銅在氯氣中燃燒為例，二者都會用到氯氣，因為氯氣是有毒氣體，因此可以讓二者的實驗歸并，把光潔的銅絲插入到小塊的鈉單質(zhì)中，中途注意要把鈉周邊的氧化成分清除干凈，而后再把鈉放在酒精上灼燒，待其幾乎熔化后快速伸入到氯氣中，并及時觀察其燃燒現(xiàn)象。這種方式就會在很大程度上減少了氯氣污染環(huán)境的概率，體現(xiàn)了實驗環(huán)保性的理念。

結(jié)束語

由此看來，在未來的化學(xué)實驗教學(xué)改革當(dāng)中，把環(huán)保創(chuàng)新的理念和方法引入其中并不斷地強化完善是其重要的改革方向之一。它在減少污染物排放，提升化學(xué)實驗效率，壓降化學(xué)實驗成本，激發(fā)學(xué)生獨立思考和創(chuàng)造力方面都有著極為關(guān)鍵的推動作用。所以科任教師應(yīng)當(dāng)加大教學(xué)創(chuàng)新和探索力度，把環(huán)保創(chuàng)新做實做好。

參考文獻(xiàn)

[1]張紅，任淑霞，馬志廣，等.融入綠色環(huán)保理念的物理化學(xué)實驗綜合設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2018，35（06）：54-56+72.

[2]管俊峰.環(huán)保意識在高中化學(xué)實驗中的滲透探研[J].成才之路，2018（18）：80.

[3]陳蒙.綠色化學(xué)與環(huán)保理念推進(jìn)大學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)[J].化工管理，2017（34）：36-37.

[4]竺凌.高中化學(xué)環(huán)保創(chuàng)新實驗的開發(fā)與應(yīng)用[J].實驗教學(xué)與儀器，2016（S1）：170-171.