綠色化學(xué)理念下的高中化學(xué)實驗教學(xué)探析

文/李榮梅

引 言

實驗是化學(xué)學(xué)習(xí)的基本方式之一，綠色化學(xué)理念倡導(dǎo)在確保實驗順利進(jìn)行的同時，最大限度地降低化學(xué)實驗對周邊環(huán)境的危害。高中化學(xué)課程中的實驗有很多，部分實驗具有危險性或污染性。因此，有些教師較少組織學(xué)生開展實驗活動，用語言講授的方式代替實驗活動，為學(xué)生講解實驗的原理、操作步驟、現(xiàn)象、結(jié)果等，這樣雖然避免了化學(xué)實驗對環(huán)境的污染，但學(xué)生對化學(xué)知識的理解不夠深刻，自身的探究能力、實驗操作能力也難以得到發(fā)展[1]。因此，教師應(yīng)將綠色化學(xué)的理念融入實驗教學(xué)中，既要保障實驗過程的安全性，也要讓學(xué)生經(jīng)歷實驗過程，增強化學(xué)教學(xué)的效果。

一、綠色化學(xué)理念的概念分析

綠色化學(xué)理念指的是運用化學(xué)技術(shù)與知識，從根本上阻止污染性藥品的使用及相關(guān)副產(chǎn)物的產(chǎn)生，盡量讓參與反應(yīng)的物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物，不產(chǎn)生無關(guān)、有害化學(xué)物質(zhì)的發(fā)展理念[2]。綠色化學(xué)理念的提出，改變了以往“先污染，后治理”的思路，要求人們從根源上消除污染，不生成和運用對人體健康、自然環(huán)境有害的物質(zhì)。綠色化學(xué)不僅對化學(xué)實驗教學(xué)有重要的意義，還是未來人類社會發(fā)展的一個基本理念。從科學(xué)的層面來看，綠色化學(xué)是對傳統(tǒng)化學(xué)理念的革新；從環(huán)境保護(hù)的層面來看，綠色化學(xué)理念有助于從根源上解決污染問題；從經(jīng)濟層面來看，綠色化學(xué)理念是推動社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重要保障[3]。

在實驗教學(xué)中，綠色化學(xué)理念主要包括以下要求：（1）減少化學(xué)藥品的用量和廢棄物的產(chǎn)生量；（2）對化學(xué)物品進(jìn)行循環(huán)利用，減少廢物排放；（3）科學(xué)回收原料、副產(chǎn)物、催化劑等；（4）把化學(xué)實驗中的廢棄物轉(zhuǎn)化成可用的物質(zhì)；（5）拒絕使用無法再生、回收和重復(fù)使用的原料。

二、綠色化學(xué)理念對高中化學(xué)實驗教學(xué)的意義

（一）有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

隨著新課程改革的推進(jìn)，知識不再是化學(xué)課堂的核心，科學(xué)素養(yǎng)成為化學(xué)課程的重要培養(yǎng)目標(biāo)?；瘜W(xué)知識的學(xué)習(xí)與發(fā)展都離不開實驗，實驗是提高學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的必要途徑。教師既要講授好課本中的理論知識，也要適當(dāng)?shù)亟M織實驗活動，為學(xué)生提供主動探索和操作的機會，協(xié)調(diào)好理論講授與實驗活動之間的關(guān)系，通過長期的實驗教學(xué)，推動學(xué)生化學(xué)綜合能力的有效發(fā)展。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，師生通常將理論知識當(dāng)作化學(xué)教學(xué)的主要內(nèi)容，過于重視對理論知識的分析，忽略了實驗學(xué)習(xí)的重要性，以至于學(xué)生雖然記住了理論知識，但科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展水平較低，難以運用化學(xué)知識解決千變?nèi)f化的實際問題。在新課程改革背景下，教師逐漸意識到化學(xué)實驗對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要性。綠色化學(xué)理念的融入，可以讓師生更加放心、安全地開展化學(xué)實驗活動，為學(xué)生提供思考探究、動手操作的機會，使他們在主動參與的過程中實現(xiàn)科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。

（二）有助于保障師生人身安全

高中化學(xué)課程中的實驗共有195 個，而涉及污染性物質(zhì)的實驗有169 個，許多化學(xué)實驗可能會對師生的身體健康造成危害。有些化學(xué)實驗中產(chǎn)生的物質(zhì)不會對師生的身體健康造成明顯的影響，但會對周邊的空氣、水源、土壤等造成污染，間接影響人體健康。由此可見，在高中化學(xué)實驗教學(xué)中樹立綠色化學(xué)的理念，不僅有助于節(jié)省資源，優(yōu)化實驗設(shè)計，還是師生身體健康安全的必要保障。

（三）有助于轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)模式

綠色化學(xué)理念的提出由來已久，但在教育教學(xué)領(lǐng)域尚未得到廣泛的普及，教師大多不了解綠色化學(xué)的概念、內(nèi)涵以及對實驗教學(xué)的重要意義，也就談不上將綠色化學(xué)的理念傳遞給學(xué)生。綠色化學(xué)實驗教學(xué)模式的實施，會用到更多生活中的物質(zhì)和材料，如水果、食鹽、食醋、碘酒、塑料杯等，減少化學(xué)藥品的使用。這樣不僅能降低化學(xué)實驗過程的污染性，還能讓學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)知識在生活中的體現(xiàn)和作用，深化學(xué)生對化學(xué)知識的理解和記憶，并激發(fā)學(xué)生學(xué)以致用的意識，使他們能夠?qū)⑺鶎W(xué)的化學(xué)知識運用到生活問題的解決過程中，還能改變教師以理論講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，增強學(xué)生在化學(xué)課堂上的成就感。

三、綠色化學(xué)理念下的高中化學(xué)實驗教學(xué)策略

（一）融入綠色化學(xué)思想，培養(yǎng)環(huán)保安全意識

要想在高中化學(xué)課堂上開展綠色實驗教學(xué)，教師首先要讓學(xué)生了解、認(rèn)可綠色化學(xué)理念，使他們意識到綠色化學(xué)實驗活動的意義。教師在日常課堂教學(xué)中，應(yīng)加強與學(xué)生的交流與溝通，了解他們的思想發(fā)展動態(tài)，尋找共同話題，把握學(xué)生的心理發(fā)展水平，進(jìn)而找到融入綠色化學(xué)思想的契機[4]。教師不能單方面地向?qū)W生講解綠色化學(xué)思想的內(nèi)涵、意義、價值等，而要立足于課本內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在自主觀察、操作、總結(jié)的過程中，感悟綠色化學(xué)思想，使他們清楚地認(rèn)識到綠色化學(xué)理念的重要性，積極配合教師設(shè)計和開展綠色化學(xué)實驗活動，逐漸樹立起強烈的環(huán)保意識。師生共同將環(huán)保作為實驗設(shè)計的重要考量因素，能夠?qū)崿F(xiàn)綠色化學(xué)思想與化學(xué)實驗教學(xué)的有機融合。

例如，在教學(xué)“化石燃料與有機化合物”時，教師可設(shè)計以下問題：“我們生活中常用的燃料有哪些？”“煤的成分是什么？”“人類開發(fā)和使用各種燃料資源，會對生態(tài)環(huán)境造成哪些影響？”讓學(xué)生聯(lián)系自己學(xué)過的知識和生活經(jīng)驗，思考化石燃料資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)本課的學(xué)習(xí)。在掌握了本課的理論知識后，教師可組織學(xué)生開展煤的干餾實驗，讓學(xué)生通過實驗操作分析煤在液化、汽化中的形態(tài)變化，在此基礎(chǔ)上總結(jié)減少煤對環(huán)境污染的辦法，以此來培養(yǎng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境的意識。

與此同時，教師還要加強基本安全知識的宣傳，可要求學(xué)生在開展實驗活動前認(rèn)真閱讀化學(xué)實驗的安全守則，明白各種安全警示標(biāo)志的意思。在開展具有危險性的化學(xué)實驗時，教師要幫助學(xué)生做好相應(yīng)的防護(hù)措施，如戴上防護(hù)手套、打開通風(fēng)裝置、準(zhǔn)備好滅火器材等。教師要提前強調(diào)相關(guān)的注意事項，比如，在點燃可燃性氣體之前，要進(jìn)行驗純，以防出現(xiàn)爆炸的情況；在加熱玻璃實驗儀器前，要先進(jìn)行預(yù)熱等。教師要注意觀察各個小組的實驗操作過程，及時指出和糾正不當(dāng)?shù)牟僮餍袨?，并講述這些不當(dāng)操作可能對人身安全和生態(tài)環(huán)境造成的危害，讓學(xué)生樹立良好的環(huán)保意識和安全意識。

（二）推進(jìn)微型化學(xué)實驗，減少化學(xué)藥品消耗

化學(xué)實驗對環(huán)境的污染作用，與實驗規(guī)模有著直接的聯(lián)系，實驗規(guī)模越大，產(chǎn)生的廢棄物質(zhì)就越多。因此，綠色化學(xué)實驗教學(xué)可以從規(guī)模上著手，通過縮減化學(xué)藥品用量的方式，降低化學(xué)實驗的污染性[5]。教師可對化學(xué)實驗教學(xué)模式進(jìn)行微縮處理，把原本實驗活動所需的條件和物質(zhì)全部微化，實驗中的器材也可以用生活中的廢棄物品來代替，然后引導(dǎo)學(xué)生按照正確的步驟進(jìn)行操作。這樣可以在確保實驗完整性的情況下，有效降低化學(xué)實驗的污染，同時也能夠減少各種藥品、溶液、催化劑的消耗，在保證教學(xué)效果的情況下，落實綠色化學(xué)的理念。

例如，在組織“金屬焰色反應(yīng)”實驗時，通常教師會指導(dǎo)學(xué)生把鉑絲纏到玻璃棒上，在蘸取氯化鈉溶液后，放在酒精燈上灼燒，操作步驟比較復(fù)雜，并且如果學(xué)生操作不當(dāng)，可能會對自身或他人造成危害。教師可對這一實驗進(jìn)行改良，提前將濾紙浸泡在氯化鈉溶液中再晾干。在實驗活動中，學(xué)生將濾紙放在酒精燈上灼燒和觀察即可，實驗結(jié)果并無不同，但操作過程更加簡單和安全。又如，在探究硝酸性質(zhì)的化學(xué)實驗活動中，為了降低實驗的污染性，教師可用微型試管代替一般規(guī)格的試管，為學(xué)生提供一些細(xì)小的碎銅片，減少濃硝酸的用量，這樣實驗現(xiàn)象與結(jié)果不會發(fā)生變化，可以達(dá)到相同的教學(xué)效果。微型操作實驗的設(shè)計思路很多，比如材料替代、環(huán)節(jié)簡化、縮減用量等。教師要根據(jù)具體的化學(xué)實驗內(nèi)容，選擇恰當(dāng)?shù)母倪M(jìn)方法，通過推行微型操作實驗的方式，達(dá)到節(jié)省化學(xué)藥品、降低實驗污染的目的。

（三）運用網(wǎng)絡(luò)虛擬演示，生動呈現(xiàn)實驗內(nèi)容

高中化學(xué)包含豐富的實驗活動，有些實驗即便經(jīng)過簡化和改進(jìn)，仍然會造成環(huán)境污染。對此，教師可以借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和資源，在課堂上虛擬演示實驗過程，通過視頻播放的形式，為學(xué)生直觀呈現(xiàn)化學(xué)實驗的操作方法、步驟和現(xiàn)象，使其在觀察的過程中理解和掌握化學(xué)實驗，通過視覺、聽覺獲取信息和感受化學(xué)實驗的過程，進(jìn)而理解其中的化學(xué)知識。教師可以借助現(xiàn)代化的教學(xué)設(shè)備，突破課本與課堂的限制，把課外的化學(xué)實驗教學(xué)資源引入課堂，在確保安全的情況下生動形象地呈現(xiàn)化學(xué)實驗。同時，教師也要適時地進(jìn)行提示和講解，收集學(xué)生的反饋，對于學(xué)生不理解、不清楚的地方，可以通過反復(fù)觀看、慢放等視頻功能，引導(dǎo)學(xué)生內(nèi)化知識。

例如，在制取氨的實驗活動中，氯化銨與氫氧化鈣的混合物在加熱時會產(chǎn)生刺激性的氣體。在教授這一實驗時，教師可從網(wǎng)絡(luò)上收集相關(guān)的實驗視頻，在課堂上播放，生動形象地呈現(xiàn)實驗過程，讓學(xué)生對該實驗形成直觀的認(rèn)知。為了深化學(xué)生對這一實驗的理解，教師可適當(dāng)?shù)靥岢鲆恍﹩栴}，如“該化學(xué)實驗的反應(yīng)式是什么？”“該實驗中收集氨的方法是什么？”“裝置中的棉花有什么作用？”讓學(xué)生結(jié)合視頻內(nèi)容思考回答，評價學(xué)生對該實驗的理解情況，及時發(fā)現(xiàn)并糾正學(xué)生在實驗學(xué)習(xí)中的誤區(qū)。

（四）妥善處理化學(xué)物質(zhì)，養(yǎng)成良好實驗習(xí)慣

化學(xué)藥品的處理是實驗活動中的重要工作，但許多學(xué)生將注意力集中在實驗操作過程中，對藥品的處理問題不夠重視，不清楚實驗室守則的相關(guān)要求，將化學(xué)實驗中沒有完全反應(yīng)的原料直接丟掉。這種行為不但浪費了實驗室的資源，還會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。教師本身的言行對學(xué)生有潛在的影響，所以化學(xué)教師要規(guī)范自身的實驗行為，嚴(yán)格遵守實驗室守則，依照規(guī)定保管和使用化學(xué)藥品，在做完實驗后，及時收集剩余的化學(xué)藥品和廢液，按實驗室標(biāo)準(zhǔn)處理，把可再次使用的物品收回容器，運用尾氣吸收裝置收集實驗室氣體，為學(xué)生做好示范。此外，一些化學(xué)實驗會產(chǎn)生具有污染性的“三廢”，教師要指導(dǎo)學(xué)生科學(xué)處理實驗中的廢棄物，盡量將污染性降到最低。比如，對于產(chǎn)生的酸、堿廢液，可通過酸堿中和反應(yīng)，將其pH值調(diào)整到6～8 之間，然后再進(jìn)行排放；又如，對實驗中產(chǎn)生的有機廢氣，可利用活性炭進(jìn)行吸附塔處理，然后再排放到大氣中；對于固體的生成物，則要盡量重復(fù)利用，對無法回收的物質(zhì)進(jìn)行無毒化處理，如鉀、鈉的碎屑，可以滴加乙醇直至不再釋放氫氣，然后再加水稀釋。總之，在實驗教學(xué)結(jié)束后，教師要指導(dǎo)各個小組妥善處理剩余的化學(xué)藥品和廢棄物質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生良好的責(zé)任心和實驗行為習(xí)慣。

結(jié) 語

綜上所述，綠色化學(xué)理念的推廣應(yīng)用是社會發(fā)展的必然趨勢，也是促進(jìn)高中化學(xué)實驗教學(xué)改進(jìn)的重要動力。教師要將綠色化學(xué)理念融入實驗教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生理解和認(rèn)同這一理念，通過推行微型實驗、運用網(wǎng)絡(luò)實驗資源等方式，降低化學(xué)實驗中的藥品用量和廢棄物生成量，并讓學(xué)生掌握處理殘余化學(xué)藥品和廢棄物質(zhì)的正確方法，培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗操作能力和行為習(xí)慣，確?；瘜W(xué)實驗活動科學(xué)、安全、順利地開展，在促進(jìn)學(xué)生化學(xué)水平與實驗?zāi)芰μ岣叩耐瑫r，使他們逐漸樹立綠色化學(xué)的思想觀念，成為符合時代發(fā)展趨勢的人才。