高中化學實驗教學融入綠色化學理念的策略探析

邢建國

摘 要：將綠色化學理念融入高中化學實驗教學與可持續(xù)發(fā)展時代背景相符合，與素質(zhì)教育及新課標發(fā)展方向相符合，與化學實驗教學改革發(fā)展方向相符合，具有豐富化學實驗策略及教學素材、提升實驗教學有效性、進一步促進學生發(fā)展等重要作用，可以說在教學中融入綠色化學理念已成為教師的重要教學任務。高中化學教師要深入解讀新課標及綠色化學理念，科學設計化學實驗教學方案，培養(yǎng)學生環(huán)保意識等綠色化學觀念，不斷推動化學教育綠色化，最終實現(xiàn)綠色化學理念在教學中的深度落實。

關鍵詞：綠色化學理念；高中化學；實驗教學；應用策略

當前，貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，尋求綠色發(fā)展已成為經(jīng)濟發(fā)展新趨勢，綠色化學理念也隨之應運而生。與此同時，伴隨著素質(zhì)教育改革，化學新課標中明確提出諸多與綠色化學理念息息相關的內(nèi)容，培養(yǎng)學生“綠色化學”觀念及可持續(xù)發(fā)展意識已成為化學課程重要教學目標，新高考也加大了對環(huán)保等內(nèi)容的考查力度，在教學中融入綠色化學理念已成為教師的重要教學任務?；瘜W是一門實驗學科，實驗是學生獲取知識與技能的重要手段，且化學教材中部分實驗也存在現(xiàn)象、器材等實驗要素不符合綠色化學理念的問題。在這一現(xiàn)實背景下，教師要以化學實驗這一重要教學形式及內(nèi)容為切入點，融入綠色化學理念的同時提供實踐平臺，最終實現(xiàn)基于綠色化學理念的核心素養(yǎng)教學目標，學生也將獲得進一步發(fā)展。

一、綠色化學理念及化學實驗教學綠色化綜述

（一）綠色化學理念

綠色化學（Green Chemistry）又稱為環(huán)境友好化學（Environmentally Benign Chemistry），是近幾十年來國際化學界提出的一個新概念，它提倡利用化學的相關原理和技術(shù)，從根源上阻止一些對人們的生命健康和生活環(huán)境產(chǎn)生不利影響的藥品、催化劑和溶劑的使用以及相關副產(chǎn)物的生成，盡量使參加反應的原子全部轉(zhuǎn)化到目標產(chǎn)物中，不產(chǎn)生無關的物質(zhì)。從這一理念我們不難看出，綠色化學的核心理念為少用或不用有毒有害的物質(zhì)，減少或消除有害產(chǎn)物的生成，生產(chǎn)對環(huán)境友好的化學產(chǎn)品，目的在于從源頭上消除化學、化工生產(chǎn)對環(huán)境和人類健康的負面影響。其重要原則為5R原則：減量（Reduction）、循環(huán)利用（Reusing）、回收（Recycling）、再生（Regeneration）、拒用（Rejection），要求在設計流程時就要考慮有關原材料的回收再利用、降低資源用量、減少廢物排放等問題。

（二）化學實驗教學綠色化

所謂化學實驗教學綠色化，就是將綠色化學相關理念寓于實驗教學環(huán)節(jié)，減少實驗室廢物的數(shù)量，降低對環(huán)境與人體危害，提高實驗室固有安全性，進一步促進培養(yǎng)學生的綠色思維、環(huán)保意識與社會責任感，發(fā)展學生利用綠色化學理念解決環(huán)境等與化學相關問題的能力，實現(xiàn)化學教學與學生能力的雙重發(fā)展。在綠色化學理念下，部分化學實驗中危險的藥品、復雜的器械通過落實5R原則得到改進，化學實驗也愈發(fā)呈現(xiàn)出儀器簡單、藥品用量少、實驗用時少、裝置一體化、安全、環(huán)保等特點。

二、高中化學實驗教學中融入綠色化學理念的意義及作用

（一）重要意義

1.與綠色發(fā)展的時代背景相符合

自改革開放以來，我國社會經(jīng)濟發(fā)展日新月異，但經(jīng)濟增長的同時也產(chǎn)生了高污染、高耗能、高排放的發(fā)展困境，甚至成為阻礙我國經(jīng)濟高質(zhì)量、快速發(fā)展的重要因素。在這一現(xiàn)實背景下，我國提出了可持續(xù)發(fā)展理念并出臺相關政策，綠色發(fā)展已成為我國社會經(jīng)濟發(fā)展主旋律，綠色化學理念也隨之在我國得到廣泛運用。學校教育作為宣傳與落實綠色發(fā)展理念的重要陣地，應主動承擔起綠色教育的任務，從年輕一代著手普及綠色理念，培養(yǎng)具有綠色化學理念及可持續(xù)發(fā)展意識的人才，這樣才能為持續(xù)推進我國社會經(jīng)濟綠色發(fā)展提供保障。因此，將綠色化學理念融入高中化學實驗教學符合時代

背景。

2.與素質(zhì)教育改革及新課標發(fā)展方向相符合

在素質(zhì)教育改革背景下，新課標融入了綠色化學理念，提出了如“形成綠色低碳的生活態(tài)度、生成綠色化學觀念及可持續(xù)發(fā)展意識”等內(nèi)容，將綠色化學理念寓于核心素養(yǎng)內(nèi)涵之中。高考考查的方向及內(nèi)容也隨之相應調(diào)整，新高考增加了綠色化學理念相關考查內(nèi)容，如2022年高考全國乙卷第8題中的二氧化碳固定及再利用的方法，有助于我國實現(xiàn)“碳達峰”的目標，向?qū)W生傳遞綠色化學和可持續(xù)發(fā)展思想?？梢?，將綠色化學理念融入高中化學實驗教學與素質(zhì)教育改革及新課標發(fā)展的方向相符合。

3.與化學實驗教學改革發(fā)展的方向相符合

化學是一門以實驗為主的學科，實驗是學生獲取知識與技能的重要途徑。但在可持續(xù)發(fā)展背景下，教材中仍存在一些具有污染性、危險性的化學實驗，部分實驗藥品及器械也不符合綠色化學理念的要求。加之部分學校沒有化學廢物排放與處理系統(tǒng)，直接將化學實驗殘渣傾倒在垃圾桶里、將廢水倒入下水道，造成了環(huán)境污染。新課標要求教師將綠色化學理念融入實驗教學，提升實驗教學的環(huán)保性、安全性。因此，將綠色化學理念融入實驗教學與化學實驗教學改革發(fā)展的方向相符合。

（二）教學作用

1.豐富實驗教學策略及素材

化學與人類社會生產(chǎn)生活息息相關，生活中存在大量運用綠色化學理念的案例，這些案例既為教師提供豐富的教學素材，幫助教師解釋晦澀難懂的化學實驗原理，又為教師改進實驗裝置等要素提供更多的思路?？梢哉f，將綠色化學理念融入教學具有豐富實驗教學策略與素材的重要作用[1]。

2.提升實驗教學有效性

如上文所述，在綠色化學理念下，部分化學實驗中危險的藥品、復雜的器械通過落實5R原則得到改進，化學實驗呈現(xiàn)出儀器簡單、藥品用量少、實驗用時少、裝置一體化、安全、環(huán)保等特點，學生更加容易理解與操作，實驗教學的效率也隨之得到提升。另外，部分生活化、趣味化的儀器拉近了學生與化學之間的距離，提升了學生學習的興趣及效率，實驗教學效率自然得到提升?？梢哉f，將綠色化學理念融入教學具有提升實驗教學有效性的重要作用。

3.進一步促進學生發(fā)展

生活中大量的綠色化學案例不僅拓寬了學生的知識視野，還為學生自主設計、改進實驗提供了更多思路，發(fā)展學生環(huán)保意識及創(chuàng)新思維的同時也讓學生養(yǎng)成著眼于生活實踐的良好學習習慣。通過實驗中的真實感受與實踐，學生進一步感悟并收獲了綠色化學精神及可持續(xù)發(fā)展意識，更加適應未來社會發(fā)展，且在生活中更為積極主動地踐行綠色精神。這表明將綠色發(fā)展理念融入教學將進一步促進學生發(fā)展。

三、化學實驗教學綠色化的原則分析

結(jié)合綠色化學5R原則分析，高中化學實驗教學綠色化設計應堅持如下原則。

（一）科學性原則

科學性原則指教師既要堅持以學生為本的教育思想，又要以實驗原理、操作流程等實驗教學要素為基礎，保障化學理論知識與實驗原理等要素的一致性，設計出更加貼近學生最近發(fā)展區(qū)的化學實驗，提升實驗教學的趣味性及可操作性，不斷激發(fā)學生參與化學實驗的熱情，從而提升實驗教學有效性。以銅和濃硫酸反應的實驗為例，舊教材中用銅片與濃硫酸反應，實驗的終止不易控制，產(chǎn)生了較多有害氣體。新教材對該實驗進行了改進，將銅片改成了一根伸到試管外的細長銅絲，要想停止反應，把銅絲抽出即可，改進后的實驗更便于學生控制反應的發(fā)生和停止。

（二）綠色化原則

綠色化原則指的是：在綠色化學理念指導下，教師要在選擇反應試劑、檢驗試劑及實驗裝置、控制實驗條件、實驗完成后尾氣處理等各個環(huán)節(jié)都必須考慮綠色化思想，在不影響實驗效果的前提下，通過拒用或代替有毒藥物、減少藥品用量等措施最大限度降低對環(huán)境的污染和資源的浪費。例如，四氯化碳是高中階段比較常見的有機溶劑，多用于萃取實驗中。但是，四氯化碳沸點低且易揮發(fā)，每次學生進行萃取實驗時，室內(nèi)都有一種難聞的刺激性氣味，同時四氯化碳還會破壞臭氧層。在實驗中，我們尋找其他對環(huán)境友好的溶劑來代替[2]。

（三）集約性原則

綠色化學5R原則注重的是資源的“減量”“再生”和“循環(huán)利用”，為貫徹綠色化學理念，教師也要堅持集約性原則，宏觀把握課標所述化學實驗教學目標、過程與方法等要素，結(jié)合教學進度、學生能力素養(yǎng)等教學實際需求，通過整合多個實驗、調(diào)整實驗次序等方法，實現(xiàn)實驗器材及實驗方案的多功能化、一體化創(chuàng)新升級。常見于高中化學實驗教學的組合為氣體的制取和性質(zhì)實驗的組合以及多個性質(zhì)實驗的組合，如人教版必修1中Na2CO3和NaHCO3的性質(zhì)比較實驗，傳統(tǒng)做法是分別做兩個實驗來比較二者的熱穩(wěn)定性，這樣做不僅耗時長，而且現(xiàn)象對比不明顯。若用套管將兩個實驗整合在一起，與傳統(tǒng)方法相比較不僅實驗時間縮短一半，還節(jié)約能源，對比效果更加強烈。

（四）安全規(guī)范原則

安全規(guī)范原則指的是，在實驗教學中，學生與教師都要堅持安全意識和嚴謹求實的科學態(tài)度，將實驗教學安全性放到第一位，遵循實驗操作、常規(guī)實驗儀器標準等流程和原則，提升實驗教學安全性。教師要在實驗教學前對實驗藥品、實驗裝置、操作條件、人為因素、實驗的后處理等方面做出詳細的分析和安全預測，盡可能避免使用危險的化學試劑和具有危險性的實驗操作，提前準備好實驗所需的安全防護措施及意外情況下臨時應對的具體策略，如實驗前為學生闡明存在風險的步驟及安全操作流程，保證師生安全，將事故發(fā)生概率降到最低。

（五）生活化原則

生活化原則指的是，在生本思想的基礎之上，進一步考慮學生的生活實際，從學生生活入手，在不違反實驗規(guī)律、不影響實驗結(jié)果等原則的前提下，將實驗中所用到的儀器、藥品替換成學生生活中的常見物品，如小蘇打、米醋、米酒、礦泉水瓶等。這使學生發(fā)現(xiàn)化學與生活間的聯(lián)系，通過綠色理念在生活中的實踐與運用形成觀察生活、熱愛生活等良好習慣，培育綠色觀念的教學目標也隨之得到實現(xiàn)[3]。

四、高中化學實驗教學中融入綠色化學理念的策略分析

（一）以綠色理念為導向，科學設置化學實驗教學目標

教學目標是化學實驗教學的起點，亦是推動綠色化學理念落實的關鍵所在，可以說所有的教學環(huán)節(jié)都圍繞教學目標展開。為深入落實綠色化學理念，教師要將綠色化學理念寓于化學實驗教學目標之中。首先，教師要解讀綠色化學理念，結(jié)合課標、教材、考綱等要素，從宏觀角度整體把握基于綠色化學理念的教學目標等要素，厘清學生理解與生成綠色觀念后的行為表現(xiàn)，科學設計實驗教學目標[4]。其次，教師要立足教材，找出化學實驗教學中有助于植入綠色理念的內(nèi)容，科學設計基于綠色化學觀念的教學方案，為綠色化學理念的落實提供保障。最后，教師也要在生活化原則的指引下，著眼于學生的生活，尋找生活中的綠色化學教學素材，為更好地詮釋教學目標提供保障。以學習“蒸餾”為例，教師可將珍惜水資源作為落實綠色化學理念的切入點，通過“解決漁民淡水緊缺”等實踐問題進一步介紹相關綠色化學知識，引導學生生成珍惜水資源等綠色觀念。

（二）以綠色理念創(chuàng)新實驗教學策略

1.優(yōu)化化學實驗設計理念，落實綠色化學精神

為有效落實綠色化學理念，教師要優(yōu)化教學實驗設計理念，針對無法滿足綠色環(huán)保要求的實驗要素進行綠色化改造。一是要堅持拒用策略。根據(jù)實驗教學實際需求，盡可能地以無毒、低毒且保障相同實驗效果的試劑替代有毒等具有污染性質(zhì)的試劑。以演示氨氣噴泉實驗為例，教師可用酸奶瓶這一日常生活中隨處可見的物品代替燒杯，可通過擠壓酸奶瓶等策略實現(xiàn)相同的教學效果。二是要堅持減量原則。新教材更加重視化學品的減量使用，改進了部分實驗藥品用量，但“少許”“少量”“一定量”“適量”等量詞依舊存在，很多學生由于對藥品的用量沒有清晰的概念，在這種情況下容易超量使用，這種隨意性與盲目性并不符合綠色環(huán)保的要求。對此教師可結(jié)合實驗原理、目標等要素對書中未明確規(guī)定藥品用量的實驗進行摸索，確定適宜的藥品用量和濃度，使實驗教學定量化，節(jié)約藥品，減少污染物的排放。如配制銀氨溶液，硝酸銀溶液的濃度一般在1%～1.5%即可。三是要堅持組合策略。將兩個或兩個以上獨立的實驗組合在同一個密閉的系統(tǒng)內(nèi)進行，使一個實驗的產(chǎn)物成為下一個實驗的原料，將實驗進行組合可節(jié)省時間和能源，使實驗裝置簡約化；對一些涉及有毒氣體的實驗進行整合，可減少污染的次數(shù)。四是要堅持可控制策略，即基于綠色理念的實驗進程應同樣易于控制。以制取乙炔為例，較之于舊教材以蒸餾水和碳化鈣反應制取這一方式，新教材用飽和食鹽水代替蒸餾水，通過降低水的濃度來減緩反應速率，不會出現(xiàn)大量泡沫易沖進導管而導致氣體的排出和收集不易控制這一現(xiàn)象，實驗反應更易于控制。五是要堅持信息化原則。在信息化背景下，希沃白板5等教學工具為教學提供了諸多便利，通過蒙層、放大等功能為學生演示各種不適宜在課堂演示的實驗，也為學生放大一些不夠明顯的實驗現(xiàn)象。教師可借助信息化工具演示一些不滿足綠色實驗化學原理的實驗，如氫氣與氯氣制備氯化氫氣體（易爆炸）等，以趣味性的實驗動畫強化學生的體驗，消除實驗“三廢”的同時又保障了教學效果。但教師在使用中不可濫用多媒體，這樣既容易分散學生精力，又容易使教學的重點被淹沒，為實驗教學帶來反作用。

2.創(chuàng)新教學策略，強化綠色實驗體驗，發(fā)展綠色化學理念

在落實核心素養(yǎng)背景下，高中化學新課標強調(diào)學生的自主體驗，且綠色化學理念需要教學活動的推動才得到實現(xiàn)，教師在明確基于綠色化學理念的教學目標、教學方案之后，要進一步創(chuàng)新實驗教學策略，強化學生的情感體驗，進一步發(fā)展學生綠色化學觀念。教師一方面可在講解實驗原理時采取情境教學等策略，以生活中綠色實驗相關案例、生動形象的動畫素材等內(nèi)容幫助學生感悟綠色化學理念的含義，使學生認識到綠色化學理念的重要性及與生活間的聯(lián)系，促使學生生成綠色化學理念。另一方面教師可采取任務教學、單元教學等策略，將化學實驗升級為學習任務，鼓勵學生在教師的引導下以團隊合作等形式自主研究、設計書本中實驗的綠色化改進方案，強化學生情感體驗，為學生提供實踐綠色觀念的平臺，進一步發(fā)展學生綠色觀念，實現(xiàn)化學實驗教學綠色化發(fā)展。此外，教師也要創(chuàng)新課后實踐環(huán)節(jié)，為學生設置如家庭小實驗等課后實踐任務，或引導學生參與化學污染防治宣傳等社會實踐活動，深度拓展學生綠色觀念與可持續(xù)發(fā)展意識，引導學生在課下更為積極主動地實踐綠色化學理念，高中化學實驗教學的綠色化發(fā)展也將得到進一步實現(xiàn)[5]。

3.強化廢物無害化末端處理，進一步提升學生綠色環(huán)保意識

在高中階段部分化學實驗會不可避免地產(chǎn)生污染性的“三廢”，加之我國高中入學率逐年提升、各學校實驗條件愈發(fā)完善，化學教學中藥品的用量和“三廢”產(chǎn)生量亦逐年攀升。我國本就存在學生數(shù)量龐大、學校分布廣泛等特點，各地實驗室污染物數(shù)量也越積越多，化學實驗室已成為一個不可忽視的污染源。為落實綠色化學理念，教師要以綠色化學理念為導向，嚴格按照國家相關的法律法規(guī)，做好實驗“三廢”的處理工作，把污染程度降到最低。以酸、堿廢液的處理為例，教師可引導學生用酸處理堿廢液，反之亦然，中和到pH值為6～8后再排放到下水道，盡可能減少對環(huán)境的污染[6]。

（三）創(chuàng)新評價機制，深度落實綠色化學理念

教學評價是實驗教學的重要一環(huán)，具有衡量實驗教學是否實現(xiàn)既定教學目標、是否完成既定實驗任務等重要意義，為教師及學生提供真實有效的教學反饋。通過這些反饋學生清晰地了解到自身綠色觀念等核心素養(yǎng)不足之處，教師也及時捕捉到教學漏洞，對教學做出針對性的調(diào)整，教學的持續(xù)高效開展隨之得到保障。教師要以綠色化學理念為指導創(chuàng)新評價機制，發(fā)揮評價教學導向等重要作用，促進綠色化學理念深度落實。教師首先要堅持終結(jié)性評價與表現(xiàn)性評價并舉的原則，既要關注學生實驗結(jié)果是否滿足綠色化學教學要求，又要關注學生在實驗過程中的表現(xiàn)是否符合綠色觀念的要求，強化綠色化學理念與教學評價體系之間的關系，為發(fā)展學生綠色觀念提供保障。其次，教師要創(chuàng)新教學評價的方式，將師生互評、學生自評、學生互評等多元主體評價模式相結(jié)合，發(fā)揮評價體系的激勵及促進作用，使學生通過教師、伙伴等多個角度了解到自身綠色觀念不足之處，做出自我改進，促進自身綠色觀念發(fā)展。再則，教師要創(chuàng)新收集評價證據(jù)的手段，既要關注學生實驗過程中的表現(xiàn)、實驗質(zhì)量，又要關注學生在實踐中是否主動踐行綠色觀念，發(fā)揮評價機制的激勵作用，不斷促進學生綠色化學觀念發(fā)展[7]。

結(jié)束語

綜上所述，將綠色化學理念融入高中化學實驗教學是落實可持續(xù)發(fā)展理念的重要手段，是素質(zhì)教育及新課標發(fā)展的重要方向，是化學實驗教學改革發(fā)展的重要目標，具有豐富化學實驗策略及教學素材、提升實驗教學有效性、進一步促進學生發(fā)展等重要作用。高中化學教師要宏觀把握綠色化學精神理念，結(jié)合課標及培育核心素養(yǎng)的要求進行深入解讀，以綠色理念為導向，科學設置化學實驗教學目標、策略及評價機制，使化學實驗教學得到改進，不斷推動化學教育綠色化發(fā)展，最終實現(xiàn)綠色化學理念在教學中的有效應用。同時，化學教師自身也要堅持學習，以身作則，通過隨手關閉電源、節(jié)約實驗用水等措施展現(xiàn)自身良好的綠色觀，激勵學生，不斷將最新的綠色化學教學內(nèi)容融入教學中，持續(xù)推動實驗教學綠色化發(fā)展。

參考文獻

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