“綠色化學(xué)”理念下開展中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的途徑和措施

馬麗薇

通過考察定西市安定區(qū)四所高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的配備情況、實(shí)驗(yàn)室三廢的處理情況、現(xiàn)場(chǎng)觀察實(shí)驗(yàn)課、對(duì)師生進(jìn)行綠色化學(xué)的問卷調(diào)查，總結(jié)出了欠發(fā)達(dá)地區(qū)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化過程中存在的問題和不足，進(jìn)行反思，構(gòu)建出了欠發(fā)達(dá)地區(qū)在“綠色化學(xué)”理念下開展中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的途徑和措施。這有助于教師在今后的教學(xué)中將綠色化學(xué)的思想、知識(shí)、原則等相關(guān)內(nèi)容滲透在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。

一、轉(zhuǎn)變教師陳舊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念

21世紀(jì)，隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，對(duì)資源的過度開采造成環(huán)境的日益惡化，人們向往綠水青山的生活環(huán)境，“綠色化學(xué)”作為一個(gè)新名詞，越來越受到人們的關(guān)注，讓學(xué)生從小了解有關(guān)“綠色化學(xué)”的新觀點(diǎn)、新思想非常必要。化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)課程內(nèi)容的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)的綠色化是化學(xué)綠色化的核心。[1]在調(diào)查中我們發(fā)現(xiàn)，許多化學(xué)教師的教學(xué)觀念和模式都很陳舊。如何在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透“綠色化學(xué)”的概念、思想等知識(shí)理念，是化學(xué)教育工作者面對(duì)的一個(gè)新課題，尤其對(duì)于在化學(xué)教學(xué)活動(dòng)中起主導(dǎo)作用的化學(xué)教師，要樹立終身學(xué)習(xí)的思想理念，更新自己的知識(shí)，提升自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，掌握先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，讓學(xué)生懂得用減量、循環(huán)、回收、再生、拒用來考慮和解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的污染問題，培養(yǎng)他們關(guān)心、保護(hù)、熱愛自然環(huán)境的良好習(xí)慣。

二、實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的綠色化

（一）規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作

規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作，是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，還可減少在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生污染物。

要規(guī)范學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作，需做到以下幾個(gè)方面：

要求學(xué)生熟練掌握儀器的使用規(guī)范，避免錯(cuò)誤操作引起的諸如試管的破裂、硫酸液滴的飛濺灼傷皮膚等事故的發(fā)生，或者在實(shí)驗(yàn)中，有毒氣體外溢，而不知如何處理，對(duì)環(huán)境造成污染。更重要的是，化學(xué)教師要起到言傳身教的示范作用，每一個(gè)化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)都要在課前準(zhǔn)備、試做，杜絕由于不規(guī)范操作或沒注意實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)造成實(shí)驗(yàn)失敗的現(xiàn)象。

教師在學(xué)生實(shí)驗(yàn)課上要給學(xué)生講明藥品的具體用量，對(duì)教材中沒有給出用量的，教師在保證實(shí)驗(yàn)效果的基礎(chǔ)上，給學(xué)生限定一個(gè)具體的最少量數(shù)據(jù)，這樣能方便學(xué)生操作、節(jié)約藥品、減少污染。教師還要提醒學(xué)生注意事項(xiàng)，如銀鏡反應(yīng)中，試管潔凈，水浴加熱，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，廢棄物要集中處理，廢氣進(jìn)行尾氣處理，廢液收集到指定的廢液缸，不能隨便倒入下水道，廢渣不能隨手扔進(jìn)垃圾箱。

做好實(shí)驗(yàn)的課前預(yù)習(xí)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作的時(shí)候，就不會(huì)看一步，做一步，手忙腳亂，漏洞百出。

（二）綠色化改進(jìn)污染環(huán)境的實(shí)驗(yàn)

根據(jù)“綠色化學(xué)”研究的核心5R原則[2]，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化，就要做到：（1）實(shí)驗(yàn)原料、產(chǎn)物、催化劑對(duì)環(huán)境無毒害。（2）盡可能選擇原子利用率高的反應(yīng)。（3）減量、循環(huán)、重復(fù)使用。

在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)或改進(jìn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)滿足上面其中一條，就認(rèn)為達(dá)到了綠色化學(xué)的設(shè)計(jì)要求。

1.實(shí)驗(yàn)裝置綠色化的改進(jìn)

“綠色化學(xué)”理念是實(shí)現(xiàn)污染物的零排放。根據(jù)這一理念，中學(xué)化學(xué)教材中許多有關(guān)物質(zhì)的制取、性質(zhì)檢驗(yàn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，都可重新設(shè)計(jì)。比如，儀器的改進(jìn)，用碘錘做碘升華的實(shí)驗(yàn)，也可用來做氯化銨的受熱分解。再如高一化學(xué)第四章，有關(guān)濃H2SO4性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，用濃H2SO4與蔗糖反應(yīng)，證明濃H2SO4的強(qiáng)氧化性與脫水性，課本中濃H2SO4與蔗糖的用量分別是25mL，6藥匙，反應(yīng)物用量很大，導(dǎo)致生成大量有毒的SO2氣體，且直接排放到空氣中，污染環(huán)境。那么，如何在保證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的前提下，從“化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化”的角度設(shè)計(jì)此實(shí)驗(yàn)?zāi)?？?jīng)過師生討論，改進(jìn)方法如下：將用于反應(yīng)的燒杯放在裝有少量氫氧化鈉溶液的玻璃水槽內(nèi)，燒杯下要墊一個(gè)稍高于液面的大理石小墊塊，再在小燒杯上面倒扣一個(gè)大號(hào)燒杯。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容綠色化的改進(jìn)

中學(xué)化學(xué)課本中的大量實(shí)驗(yàn)都體現(xiàn)了“綠色化學(xué)”的思想內(nèi)涵，但還有少部分實(shí)驗(yàn)，我們需進(jìn)一步討論，重新設(shè)計(jì)。作為中學(xué)化學(xué)教師，我們要有改革和創(chuàng)新的精神，大膽實(shí)踐，不能墨守成規(guī)，固步自封，在保證完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的的前提下，改進(jìn)污染環(huán)境的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。比如，在探究鐵鹽與亞鐵鹽的氧化性與還原性實(shí)驗(yàn)時(shí)，把氯水氧化Fe2+換成用雙氧水氧化Fe2+，既達(dá)到了氧化Fe2+的目的，又避免了在制備氯水的過程中對(duì)環(huán)境造成污染。

三、妥善處理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的廢棄物

（一）妥善處理實(shí)驗(yàn)廢棄物

保護(hù)環(huán)境，要從小事做起，從身邊做起?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的“廢氣、廢液、廢渣”已成為環(huán)境污染的主要元兇之一。比如，醛類、苯的同系物等有毒物質(zhì)會(huì)致癌;銀鏡反應(yīng)的廢液，富集放久后會(huì)轉(zhuǎn)變成氮化銀而發(fā)生爆炸;重金屬鹽直接排放到水中，污染水質(zhì)，人與牲畜長(zhǎng)期飲用后，會(huì)在體內(nèi)富集，造成中毒。因此，要妥善處理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的三廢，不亂排亂放，重新回收使用，變廢為寶，對(duì)不能再重新使用的、對(duì)環(huán)境有害的廢棄物，一定要無害化處理。

（二）合理、循環(huán)利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢棄物

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的根本目的，就是通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證或探討物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，或推導(dǎo)證明一些化學(xué)定律或基本原理，如質(zhì)量守恒定律、勒夏特列原理等，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析解決問題的能力、動(dòng)手操作能力等，實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐瓿?，?shí)驗(yàn)產(chǎn)物不像化工生產(chǎn)中的產(chǎn)品一樣可以利用，而是成了廢棄物，一般被直接排放或傾倒，沒有發(fā)揮重新利用的價(jià)值，消耗原料的同時(shí)還會(huì)污染環(huán)境。充分利用資源，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，就要改變這種線性非循環(huán)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑貥?gòu)“原料—產(chǎn)品—再生原料”的環(huán)狀模式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的循環(huán)利用。所謂循環(huán)利用，就是把化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的產(chǎn)物再生利用，使它們?cè)谘h(huán)的鏈條中重新發(fā)揮自己的作用，延長(zhǎng)它們的使用周期，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)廢棄物的零排放，節(jié)約自然資源。比如，把探討鋁片與稀HCl反應(yīng)放熱的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)完畢后，將生成的氯化鋁溶液全轉(zhuǎn)入試劑瓶，貼上標(biāo)簽，用于以后制備氫氧化鋁的實(shí)驗(yàn)，而在探討鋁兩性的實(shí)驗(yàn)中，也可繼續(xù)使用。

四、改進(jìn)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式

（一）播放多媒體教學(xué)視頻或開展計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，來代替有毒害的化學(xué)實(shí)驗(yàn)

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，因?yàn)檠菔緦?shí)驗(yàn)主要驗(yàn)證物質(zhì)的性質(zhì)或化學(xué)定律，用于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。所以，對(duì)于有毒害藥品、用量大或易燃易爆的演示實(shí)驗(yàn)，可利用播放多媒體視頻來代替。這樣就實(shí)現(xiàn)了化學(xué)試劑的“零投入”或廢棄物“零排放”，如SO2、NO2等有毒氣體的制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)等。這樣做的好處是，既讓學(xué)生獲得了需要的化學(xué)信息，又節(jié)約了藥品，安全可靠，避免了對(duì)環(huán)境造成污染。

計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)就是利用計(jì)算機(jī)軟件來模擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)，它對(duì)耗費(fèi)大量人力物力、實(shí)驗(yàn)效果又不明顯的化學(xué)反應(yīng)具有重要的意義，如氯水在光照下的分解實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)受氣候條件的限制，即使在強(qiáng)光照射下，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也不明顯，從氯氣的制備到將氯氣溶于水制成氯水，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程煩瑣，而且氯氣有毒，危害教師和學(xué)生的健康，對(duì)環(huán)境造成污染。用多媒體模擬軟件做成仿真實(shí)驗(yàn)，可輕松解決上述問題，且做成的動(dòng)畫，有圖有聲音，形象生動(dòng)，讓學(xué)生在輕松愉快的氛圍中掌握了所學(xué)化學(xué)知識(shí)。這樣，在完成教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，既節(jié)約了實(shí)驗(yàn)藥品，又避免了污染，使教學(xué)效果在各個(gè)環(huán)節(jié)最大化。

計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)雖然在化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化方面具有不可替代的作用，優(yōu)勢(shì)明顯，但卻不真實(shí)，在實(shí)際操作中，以現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)為主，仿真實(shí)驗(yàn)為輔。

（二）重新整合教學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/p>

所謂整合，就是依據(jù)“綠色化學(xué)”的基本理念以及自然科學(xué)的統(tǒng)一性和教育總體目標(biāo)，將課本上相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)重新安排整合，形成一個(gè)前后相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)體系，如把物質(zhì)的制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一起來，重新整合。在整合的過程中，綜合開發(fā)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容制定的，各個(gè)實(shí)驗(yàn)相互獨(dú)立，各成體系，沒有關(guān)聯(lián)。為了節(jié)約藥品，充分高效地利用化學(xué)試劑，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可調(diào)整實(shí)驗(yàn)順序，把實(shí)驗(yàn)重新組合，相互銜接，使上一個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物成為下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的原料，這樣，在節(jié)省原料、減少成本的同時(shí)，更減少了有毒廢棄物對(duì)環(huán)境的污染。在這個(gè)流程中，上一個(gè)實(shí)驗(yàn)是下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，是下一個(gè)實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，這就迫使學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)要做好每一個(gè)環(huán)節(jié)步驟，從而鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力和操作技能，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品得到有效利用的鏈?zhǔn)搅夹匝h(huán)。尤其是有毒氣體的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)中，如果多次重復(fù)使用，就會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，在教學(xué)過程中，合理的實(shí)驗(yàn)順序就顯得非常重要。比如，高一化學(xué)實(shí)驗(yàn)氯氣的制備與性質(zhì)（教材必修一，富集在海水中的元素——氯）一節(jié)中，安排了氯氣相關(guān)的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，若按課本的安排進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，會(huì)重復(fù)制取氯氣，浪費(fèi)試劑的同時(shí)，產(chǎn)生的氯氣對(duì)環(huán)境造成污染。因此，我們可以根據(jù)氯氣的制備與性質(zhì)檢驗(yàn)這一主題，重新整合實(shí)驗(yàn)順序，就會(huì)產(chǎn)生事半功倍的效果，節(jié)省時(shí)間，提高教學(xué)的效率。

課本安排的氯氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)有：（1）Cl2與Fe、Cu、Na等活潑金屬的反應(yīng)。（2）Cl2與H2等非金屬的反應(yīng)。（3）氯水在光照下的分解。（4）氯水的漂白性。（5）干燥Cl2是否有漂白性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。上面實(shí)驗(yàn)順序零亂而不連貫，我們可對(duì)實(shí)驗(yàn)順序重新整合，先制備氯氣再驗(yàn)證其性質(zhì)，檢驗(yàn)性質(zhì)時(shí)，先干后濕。具體順序如下：

（1）制取氯氣。

（2）收集四瓶干燥的氯氣備用，分別用于做氯氣與鈉、氫氣、鮮花瓣、干花瓣的實(shí)驗(yàn)。

（3）再把氯氣通入水中制備氯水，做氯水在光照下的分解實(shí)驗(yàn)，氯水的漂白實(shí)驗(yàn)。

（三）開設(shè)微型或半微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

微型或半微型化實(shí)驗(yàn)主要是通過使用微型化學(xué)儀器減少?gòu)U棄物的排放量，是一種值得提倡的好方法，是將來化學(xué)實(shí)驗(yàn)改革的主要趨勢(shì)。在微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，用很少的化學(xué)試劑，就可觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，獲得想要的實(shí)驗(yàn)效果和化學(xué)信息，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化設(shè)計(jì)中具有舉足輕重的作用。其宗旨是用少量的化學(xué)試劑獲得需要的化學(xué)信息，被譽(yù)為“綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的革命”。[3]

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)有：

（1）跟常規(guī)實(shí)驗(yàn)相比，試劑用量大幅度減少，實(shí)驗(yàn)成本降低，輔助材料水電的消耗也相應(yīng)減少。

（2）實(shí)驗(yàn)的安全系數(shù)提高，有效避免爆炸、中毒等安全事故的發(fā)生，同時(shí)，產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)廢棄物的量也很少，減少了對(duì)環(huán)境的污染。[4]

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是對(duì)一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)造性改造，有其獨(dú)立的理念和思想。它的低成本和安全性、高效性，也容易在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中普及和推廣，更符合現(xiàn)代科學(xué)研究的實(shí)際需求。對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，樹立學(xué)生“綠色化學(xué)”理念方面，具有不可替代的作用。

我國(guó)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)這幾年有了很大發(fā)展，并取得了一些成就。1992年，第一本《微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)》問世，此后有很多相關(guān)的著作問世。但相對(duì)國(guó)外而言，我國(guó)在這方面的研究相對(duì)滯后，在國(guó)外，各大院校都設(shè)有專門處理三廢的部門，資金充足，我國(guó)的各實(shí)驗(yàn)室，設(shè)備簡(jiǎn)陋，資金不足，實(shí)驗(yàn)中的有毒物質(zhì)嚴(yán)重危害師生健康，微型實(shí)驗(yàn)通過大量減少實(shí)驗(yàn)試劑，減輕了污染，受到廣大師生的青睞。

綜上所述，作為一名一線化學(xué)教師，要在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中積極傳播“綠色化學(xué)”的知識(shí)、原理、思想內(nèi)涵，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到“綠色化學(xué)”的核心理念是“防”而不是“治”，從源頭上切斷污染，從根本上保護(hù)環(huán)境，讓綠色化學(xué)教育成為素質(zhì)教育的重要內(nèi)容之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]白慧杰.化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)學(xué)生安全意識(shí)的培養(yǎng)[J].化學(xué)教育，2005（1）.

[2]閔恩澤，吳巍.綠色化學(xué)與化工[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：7

[3]周寧懷.微型無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：科學(xué)出版社，2000：2.

[4]錢詩(shī)靖.綠色化學(xué)及化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的研究[J].齊齊哈爾醫(yī)學(xué)報(bào)，2005（11）.

（作者單位：甘肅省定西市安定區(qū)鳳翔學(xué)校）

編輯：曾彥慧