浅析高中化学实验教学中渗透绿色化学理念的策略.pdf

年 月云南化工 第 卷第 期 ，：浅析高中化学实验教学中渗透绿色化学理念的策略郭彪，邹佰伶，吴霞，王贤雨，刘芯辛（沈阳师范大学化学化工学院，辽宁沈阳 ）摘要：全球环境污染问题越来越严峻，其中大部分问题的产生都与化工生产有关。面对这样的情况，绿色化学成为了 世纪化学发展的新趋势。为了将绿色化学理念融入公民意识，急需在基础教育中将绿色化学理念渗透到教学中。根据普通高中化学实验课程标准，深入分析了现阶段高中化学实验教学现状，重点强调了在教学中渗透绿色化学的途径，研究发现，将绿色化学融入实验教学，可以提高学生的社会责任感，培养学生的绿色化学理念和可持续发展意识。关键词：绿色化学，高中化学，化学实验绿色化中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，：；随着经济的快速发展，生态环境日益恶化，其中全球变暖、酸雨腐蚀、臭氧层破坏等问题更是与化工有着直接的联系。绿色化学，又称为环境友好化学，其基本理念是坚持可持续发展的社会意识，运用化学的相关技术与方法从源头上阻止环境污染问题的产生。绿色化学的最终目的在于摒除以前不完善的化学化工生产路线，使原料尽量全部转移到产物中去，不再产生对人体和环境有害的物质，即实现资源节约化与生产无害化。高中化学实验教学现状我国绿色化学教育已逐步渗透到化学教学中，根据落实新课标及环保教育要求的精神，开展绿色化学教学有着举足轻重的作用。众多高校在中国优质公开课件平台上免费推出了绿色化学相关课程。但是在基础教育中，特别是高中化学实验教学中，教师对学生渗透绿色化学理念还不够。因此，非常有必要了解我国高中化学实验教学的教学现状。实验教学探究不足，学生实验操作能力不强在教育改革背景下，高中化学教师对实验教学有了一定的重视，学生的实验课也逐渐增多，但有些教师并没有做到将书本知识与化学实验相结合，以实验教学巩固补充书本知识，导致学生很难深入理解相关知识。同时，在高中实验教学中，大多学生都在模仿教师进行实验操作，学生并没有真正理解实验操作与知识之间的关系。因此，在这个过程中，学生的动手操作能力不强，也不能很好地培养学生的观察能力、探究能力及理论和实际相结合的能力。在教学中忽略以学生为主体新课改要求教学过程以学生为主体，然而在大部分的高中化学实验教学中，出于安全考虑，通常由教师进行演示实验或采取观看实验录像的方式，很少让学生进行自主实验。尽管学生进行自主实验，实验的时间也很少，难以保证实验的准确程度，对实验的探究学习不充分，导致学生的学习热情不高，严重束缚了学生的创新探索欲望。实验设备不完善，无法满足日常需要目前，许多高中化学实验室仍使用旧的实验装置，没有引入新的教学设备，无法满足部分的实验需要，实验准确度无法保证，并且存在较大的安全隐患。另外，还存在实验设备少的问题，导致实验教学无法具体实施或无法满足同组每个学生都接触到实验 年 月云南化工 第 卷第 期 ，设备的需求，学生在实验中感受不到化学的独特魅力，打击了学生的实验积极性 。化学实验教学形式单一在化学课上，很多学生感觉各种化学符号晦涩难懂，他们无法从学习中获得乐趣，这就要求化学实验带动学生的学习兴趣。然而，在很多高中生的印象中，实验课就是“教师演示实验 学生观察 学生操作 教师指导与点评”的传统模式。在这种教学模式的背后，是教师没有与时俱进，不了解最新的化学教学发展情况。没有对教学形式与内容进行丰富，过于强调传统实验方式，忽略现代教学科技等的研究与应用。因此，学生在实验中的认知角度很少，从实验中学习到的知识也不多，不利于提高学生对化学的学习兴趣，不利于提高教学效率和质量 。在高中化学实验中渗透绿色化学理念的途径 强调绿色化学理念教师要紧跟化学发展趋势，逐步把“绿色化学”思想渗透到化学实验教学中，如：减少实验药品用量，增强资源节约意识；指导学生规范实验操作，以免引起不必要的浪费；禁止学生随意将化学试剂倒入下水道等。教师要把握好实验中的各种细节，从小处出发，传达绿色化学理念，确保实验环保、安全进行。同时，教师可以安排一些活动来加强学生的社会责任感，更加积极主动地在日常化学实验中贯彻绿色化学理念。例如：在学习了化学反应与能量之后，教师应让学生在课后查阅资料，了解化石燃料的燃烧对环境造成的危害，对人类产生的影响，从中意识到我们更要从身边做起，为保护环境贡献自己的微薄之力。进行“微型”实验 实验药品微量化实验药品微量化，是以不降低实验效果为前提，贯彻实施绿色化学理念，将药品的用量减少到最低限度，在源头上减少污染的产生。由于教科书上一些实验未对药品用量做出明确规定，通常用适量、适度、少量、一定量等词进行模糊概括，导致学生不清楚试剂的具体用量，可能会依据自身感觉随意添加药品用量，造成资源浪费、环境污染等问题。因此，在实验准备阶段，教师应提前对实验做好测试，找到具体的适合实验的尽可能低的药品用量，做到化学试剂的科学控制 。实验仪器微型化高中化学实验中，可采取多用滴管、井穴板、管、注射器、滤纸、试纸等微型仪器，以减少化学试剂的使用量。）多用滴管多用滴管由聚乙烯吹塑而成，可用来进行试剂溶液的储存、反应容器、添加和转移等。在一般微型实验中，多用滴管的吸泡可看作一个反应容器，与试管相比，具有药品用量少、密闭性更好的特点。传统的钠与水反应的实验方法是将一块绿豆大的钠直接放入滴有酚酞的水中，弊端在于未设置产物收集与检验装置，且钠性质非常活泼，与水反应剧烈，放出热量，危险性较高。马少玲等人在 钠与水反应的微型化实验改进文章中利用滴管的功能改进了实验装置（如图 所示）。改进后的实验还增加了钠与水反应产物的验证，操作简单，实验一体化的装置减小了实验规模，有利于节约资源，实验更能安全进行。图 钠与水反应的实验改进图）井穴板井穴板可用作反应容器、比色管、投影器皿，可盛装少量液体、固体药品。在常规的淀粉与碘显色现象的探究实验中，需探究碘水浓度、淀粉浓度、溶剂、酸碱性对显色灵敏度的影响，如果仪器选用试管，洗涤试管等操作将会消耗大量时间。赵琦等人将常规实验设计成了微型实验，采用 孔井穴板代替试管，省去了频繁洗涤、拿取试管的时间，药品用量减少，而且用其代替易碎的玻璃试管，减少了试管的破损率，降低了实验成本，减少污染的产生 。）管管由玻璃加工而成，具有药品用量少、受热快、反应现象观察明显、密闭性好等特点，可用于制取少量气体并检验性质。例如铜与浓硫酸反应实验如果按照教材中的方法进行，检验二氧化硫生成的品红溶液褪色需要较长时间，而且将反应后的物质倒入水中时，二氧化硫会逸出到空气中，造成环境污染。孟彦等人在 中学化学实验教学中 管的应用文中使用 管对该实验进行了改进 。反应装置如图 。管将实验一体化进行，学生能清晰地观察到铜与浓硫酸反应的现象，整个实验在密闭环境中进行，有效地防止了二氧化硫气体逸出而造成危害。年 月云南化工 第 卷第 期 ，图 铜与硫酸的反应实验改进图）注射器注射器是透明的塑料制品，在微型化学实验中，注射器的应用非常广泛。它自身有刻度，可测量液体或气体的体积，并且必要时可作替代量筒。注射器的活塞可控制液体试剂的量和滴加速率，可作替代分液漏斗或滴管。在一些化学实验中，注射器可用作反应容器，使反应在封闭条件下进行，避免了一些干扰因素。例如，刘翠荣在 例谈高中化学实验微型化改进中，将注射器作为反应器，对 与稀 反应实验进行了改进 。因为 与稀 反应生成的 易与空气中的 反应生成红棕色的 ，依据实验现象可能使学生对化学知识记忆错误。通过设计微型实验，将铜片放入注射器中，然后用注射器吸取少量稀 溶液，把注射器上的针头插入橡胶塞中并倒立，观察稀硝酸的体积变化并进行记录。改进后的化学实验是在无氧环境下进行的，学生可以观察到真实的实验现象，而且实验操作简单，安全性较高，避免因气体泄漏污染大气。）滤纸滤纸常用在过滤操作中，但它还可以作为微型实验的反应板。王红云等人在 滤纸上化学实验的研究中对试管实验与滤纸实验的药品用量做了清晰对比 。实验以滤纸为载体，可有效减少化学药品用量，且无需进行洗涤，操作简单，节约实验时间，实验现象便于观察。滤纸实验结束后，无废液排放，实验残渣处理方便，有利于保护环境。）试纸 试纸与滤纸相似，在某些微型实验中可替代滤纸，并比滤纸多出一个特殊功能，它能及时并明显地呈现出反应过程中体系的酸碱性变化。高涛利用 试纸对电解实验进行改进 。将 试纸浸润饱和硫酸钠溶液，用回形针别在试纸两端，连接好电路并通电。反应结束后，阳极回形针呈红棕色，阴极回形针呈蓝紫色，通过阴极反应可知阴极处现象合理。阳极处现象不合理，通过研究得知，因电极为铁制回形针，红棕色物质可能为回形针被氧化而得到的氧化铁，经检验，推测被证明。在 试纸上的微型电解实验中，节省药品，操作简单，绿色环保，实验现象明显，其中现象不合理处会引起学生的探究兴趣，在探究过程中，提高了学生的探究能力以及对化学实验的热爱。实验结束后处理绿色化 催化剂回收有些化学反应的反应速率较低，为加快化学反应速率，节约时间，通常在反应体系中加入催化剂。催化剂在化学反应前后，质量不变，性质不变。因此，一些催化剂可以回收重复利用，降低了实验成本，贯彻了绿色化学理念。例如：在常温下，过氧化氢分解产生氧气的速率非常慢，通常在反应体系中加入二氧化锰作为催化剂。反应完成后，反应体系无其他杂质产生，通过过滤操作就可以进行二氧化锰的回收，避免污染物二氧化锰进入环境而造成污染。实验结束后“三废”处理实验结束后，教师引导学生正确处理“三废”尤为重要。）废气处理实验结束后产生的废气主要有无毒气体、无毒有刺激性气味的气体、有毒气体三种。对于无毒气体，如氢气、氧气等，无需进行特殊化处理，开窗通风即可。对于无毒的刺激性气体，通过化学方法进行处理，将其转化成无刺激性气味的气体。对于有毒气体，首先在源头上减少其产生，如实验中所用的化学药品微量化，其次充分利用化学反应原理吸收有毒气体进行消耗，最后出于安全考虑，尽可能将有毒气体产生的实验通过信息技术进行演示 。）废液处理化学实验后产生的废液可分为无毒和有毒两种，性质不同，在处理上也有所区别。对于一些无毒的废液，可以进行回收利用，通过一些化学方法或物理方法收集起来，以便下次实验再次使用。对于有毒废液，教师要向学生强调不可以将废液倒入下水道，避免其腐蚀下水道而造成环境污染。实验结束后，应对有毒废液进行化学方法处理，处理方法根据其独特性质选择。）废渣处理很多化学实验都会产生一定量的废渣，很多人觉得这是废物，然而，有一些无毒实验残渣也可以进行回收利用。对实验残渣利用之前，我们要知道残渣的成分。学生在教师的引导下对实验残渣进行分析设计，在设计过程中充分发挥自身的创造性思维与探究能力，设计出不同的实验方案，并在其中找出最为绿色环保的方案。按照方案实施后，废弃物重新利用，节约了实验成本，实现资源的循环使用，避免了废渣可能对环境造成的污染。对于有毒废渣，应在实验室里面处理掉，避免产生的有毒物质损害人体健康以及污染环境。年 月云南化工 第 卷第 期 ，结论综上所述，我们发现绿色化学能融入高中化学实验的各个部分，教师要与时俱进，了解最新的绿色化学发展趋势，并及时传达给学生。在实验的过程中，以学生为主体，把主动权交给学生，多让学生独立进行实验，教师旁听，起引导作用。通过这种方式，学生在实验的每一个环节，如实验前的准备、实验过程中的设计和操作、实验结束后的废弃物处理等部分融入自身对绿色化理念的理解，教师加以指导并鼓励，加强高中化学实验的绿色化教育。在此过程中，有助于培养学生的社会责任感、可持续发展的社会意识。相信在化学教育工作者的努力下，绿色化学理念一定能够充分融入到高中化学教学的各个部分，将绿色化学理念扎根于学生心中，为国家的化学发展绿色化做铺垫。参考文献：段明霞 高中化学实验教学现状及对策分析 基础教育论坛，（）：邱新华 绿色化学理念在高中化学实验教学中的应用 中学课程资源，（）：毛生阳 化工生产中氯气毒性危害浅谈 化工管理，（）：马少玲，卢雪平，衷明华 钠与水反应的微型实验改进 中学化学教学参考，（）：赵琦，彭伟民 淀粉与碘显色现象探究的微型实验设计 化学教育，（）：孟彦，宋志贵 中学化学实验教学中 管的应用 化学教与学，（）：刘翠荣 例谈高中化学实验微型化改进 广西教育，（）：王红云，钟四姣 滤纸上化学实验的研究 化学教育，（）：高涛 几例 试纸上的微型实验 中学化学教学参考，（）：刘军平 绿色实验正确处理高中化学实验室“三废”考试周刊，（）：收稿日期：基金项目：沈阳师范大学化学化工学院教育教学改革培育项目（；），沈阳师范大学大学生创新创业训练计划资助项目（；）。作者简介：郭彪（），男，山西朔州人，博士，讲师，主要从事光 光电催化方面的教学与科研工作。：。通讯作者：刘芯辛（），女，满族，吉林通化人，博士，讲师，主要从事能源与环境光催化方面的教学与科研工作。：（上接第 页）结语采用水热合成法制得 合金与 按一定比例复合，复合光催化剂的产氢速率有所提高，的产氢效果最佳，是纯 的 倍。其次，通过 、等表征手段发现，复合物中同时含有 和 合金中的特征峰和元素，说明 合金已经与 成功复合。因此，利用非贵金属 作为助催化剂，可以明显地降低电子 空穴对的复合强度，提高 的可见光催化能力，是一种有效的改进方法。光解水产生的氢气是一种新型环保的可再生能源，在交通、工业生产等领域中具有广泛的应用，可以有效地解决环境污染、能源短缺等问题。帮助学生提前了解最新的科研动态，培养学生的科研兴趣，所有实验原材料都便宜易得，实验内容新颖，该实验将帮助学生提高解决实验的实践能力，促进学生综合能力的全面发展。参考文献：辜敏，岳斌 多酸配位聚合物的制备与表征 推荐一个综合化学实验 大学化学，（）：廖德仲，何节玉，毛立新，等 固体酸催化合成油酸月桂酯 推荐一个综合化学实验 大学化学，（）：谢浩源，肖伟英，唐舒如，等 多孔碳包覆铜纳米颗粒的制备及性能表征 推荐一个化学综合实验 大学化学，（）：郭俊兰，梁英华，王欢，等 光催化制氢的助催化剂 化学进展，（）：王立志，陕绍云，支云飞，等 在光催化制氢领域的研究进展：如何促进光吸收和载流子的分离传输 精细化工，（）：收稿日期：作者简介：刘灿群（），女，广东湛江人，博士研究生，主要研究方向为光催化材料和多功能涂层。