新課程下微型綠色化學(xué)演示實驗教學(xué)的實踐與探討

【摘要】 微型綠色化學(xué)實驗是在綠色化學(xué)理念的指導(dǎo)下，用盡可能少的試劑，在微型儀器中進(jìn)行的一種無污染的化學(xué)實驗方法。儀器的微型化、試劑的微量化、實驗的創(chuàng)新性和綠色化是微型化學(xué)實驗的重要特征。本文通過演示實驗對進(jìn)行微型綠色化學(xué)實驗方面做了一些嘗試，對如何在化學(xué)教學(xué)中實施綠色化學(xué)教育進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】 綠色化學(xué) 微型實驗 注射器"

引 言

綠色化學(xué)(Green Chemistry)是通過化學(xué)方法合成對環(huán)境無害或友好的物質(zhì)的一門新興學(xué)科。綠色化學(xué)是人類和自然和諧的化學(xué)，其最大的特點(diǎn)在于它是在始端就實現(xiàn)污染預(yù)防的科學(xué)手段，因而過程和終端均為零排放或零污染。它主張在通過化學(xué)轉(zhuǎn)換獲取新物質(zhì)的過程中充分利用每個原子，具有“原子經(jīng)濟(jì)性”，因此它既能充分利用資源，又能實現(xiàn)預(yù)防污染。

《普通高中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出：“化學(xué)教學(xué)應(yīng)注重化學(xué)在生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、高新技術(shù)、能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)等方面的應(yīng)用，提高學(xué)生應(yīng)用化學(xué)知識解決生活、生產(chǎn)和技術(shù)等方面問題的能力。”這為實施綠色化學(xué)教學(xué)創(chuàng)造了廣闊的空間和機(jī)會。微型綠色化學(xué)實驗具有“儀器容量小、藥品用量少、操作簡單、實驗過程快、現(xiàn)象明顯、實驗成功率高、節(jié)省實驗時間、安全性高、操作性高、污染低或無污染、趣味性高”等優(yōu)點(diǎn)。采用微型實驗改進(jìn)化學(xué)實驗教學(xué)，將實驗的趣味性、節(jié)能化、環(huán)保化和創(chuàng)造性融為一體，著力于培養(yǎng)學(xué)生良好的環(huán)保意識、資源意識、安全意識、創(chuàng)新意識。

課堂是向?qū)W生傳授綠色化學(xué)知識的好場所。綠色化學(xué)對化學(xué)教學(xué)提出了新的要求。那么如何將綠色化學(xué)的新概念、新思想、新要求在實際化學(xué)教學(xué)中與當(dāng)前素質(zhì)教育相結(jié)合呢？其實就是把綠色化學(xué)教育貫穿于中學(xué)化學(xué)教學(xué)的全過程之中。化學(xué)實驗教學(xué)與綠色化學(xué)聯(lián)系最為緊密、最為直接，因此在實驗教學(xué)中貫徹綠色化學(xué)思想就最為重要。本文旨在通過微型綠色化學(xué)角度對化學(xué)實驗教學(xué)進(jìn)行探討。

1 綠色微型化學(xué)教育的實施

1.1 結(jié)合實驗教學(xué)，滲透“綠色化學(xué)”的新理念

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，實驗教學(xué)既是化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，也是影響學(xué)生環(huán)境意識的最重要手段。因而在實驗教學(xué)中盡量體現(xiàn)綠色化學(xué)的原則，無污染、多循環(huán)、多使用、廢物少。在化學(xué)演示實驗中，盡可能推廣綠色微型實驗。許多教師在實踐中發(fā)現(xiàn)教材中規(guī)定的一些實驗效果欠佳，且又耗時多，或裝置復(fù)雜、操作繁瑣、產(chǎn)生有害物質(zhì)等缺點(diǎn)。對這些實驗應(yīng)該加以探索與研究，以達(dá)到實驗現(xiàn)象明顯、簡單易行、安全省時，更符合教學(xué)要求，更能培養(yǎng)學(xué)生對知識理解的能力。

1.2 教學(xué)實踐

例如，教材高中化學(xué)銅與硝酸反應(yīng)的演示實驗（見右圖），雖然操作比較簡單，但有不足之處。

需對銅與濃硝酸的反應(yīng)進(jìn)行改進(jìn)①實驗改進(jìn)原因

a.銅與濃硝酸反應(yīng)時，導(dǎo)氣管直接插入氫氧化鈉溶液中，可能會發(fā)生倒吸；

b.作為有污染物產(chǎn)生的課堂演示實驗，應(yīng)盡量在密閉容器中進(jìn)行，教材中氫氧化鈉溶液對NO2、 NO的吸收有限，有害氣體會排入空氣中。

② 改進(jìn)后的實驗改進(jìn)的實驗裝置

③操作說明

a.拔下注射器內(nèi)的活塞，向注射器的玻璃筒內(nèi)放入少量已繞成螺旋狀的細(xì)銅絲；

b.裝上注射器的玻璃活塞，吸入濃硝酸，關(guān)閉止水夾，并讓學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象；

c.待注射器玻璃筒內(nèi)的紅棕色的氣體體積約為2ml時，讓學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，會看到有紅棕色氣體產(chǎn)生，現(xiàn)象明顯；

d.將氫氧化鈉吸入注射器內(nèi)，最后將剩余溶液和有毒氣體除掉。

④ 改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

a.銅與濃硝酸反應(yīng)的實驗裝置簡單、儀器少；

b.操作簡便，無污染；

c.實驗現(xiàn)象明顯，巧妙地將注射器應(yīng)用到化學(xué)實驗。銅與稀硝酸的反應(yīng)的改進(jìn)：

①實驗改進(jìn)原因

a.Cu與稀HNO3反應(yīng)時，試管中存在的空氣會對NO氣體顏色的觀察產(chǎn)生干擾，并且有毒氣體NO逸出，污染空氣，危害師生健康；

b.Cu與稀HNO3反應(yīng)生成的NO氣體不能被NaOH溶液完全很好吸收；

② 改進(jìn)后的實驗如圖

③ 實驗步驟與現(xiàn)象：

具支試管上的橡皮塞上插入螺旋狀的細(xì)銅絲和注射器同時關(guān)閉止水夾，拉動注射器活塞以排出空氣，將另一支裝有稀硝酸的注射器插入橡皮塞，同時將稀硝酸注入具支試管。看到A試管中有無色氣泡產(chǎn)生，溶液逐漸變?yōu)榈{(lán)色。隨著反應(yīng)的進(jìn)行顏色不斷加深，推動裝有空氣注射器的活塞，無色氣體逐漸變成紅棕色氣體。實驗最后可通過注射器將氫氧化鈉溶液注入具支試管內(nèi)。

④ 改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

a.反應(yīng)在缺氧條件下進(jìn)行，便于觀察NO；

b.NO與O2反應(yīng)，現(xiàn)象明顯，驗證了NO的還原性；

c. 器材簡單，操作方便，現(xiàn)象明顯，無污染。

2 開展微型綠色化學(xué)實驗要探究的問題

2.1 規(guī)范實驗操作，妥善處理廢棄物

在中學(xué)化學(xué)實驗中，大部分實驗的藥品用量在教材中都未明確給出限量，以致學(xué)生很難把握藥品的實際用量，這樣既影響實驗的科學(xué)性和實驗效果，又會造成藥品的浪費(fèi)，還會對環(huán)境造成一定程度的污染，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范化操作。若將藥品規(guī)定了用量和濃度，既方便施教，又方便操作，更易讓學(xué)生接受、觀察和記憶，從而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒瀾B(tài)度和科學(xué)的實驗方法，同時也節(jié)約藥品，減少環(huán)境污染。教師在實驗教學(xué)過程中，限定用量，把好的經(jīng)驗傳播給學(xué)生，妥善處理化學(xué)實驗的廢棄物，加上正確引導(dǎo)，既提高了實驗的科學(xué)性，為實驗操作的規(guī)范化奠定了基礎(chǔ)，又培養(yǎng)了學(xué)生良好的實驗習(xí)慣，使學(xué)生學(xué)到實際應(yīng)用技術(shù)，同時也增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識，

2.2 教學(xué)中設(shè)法貫穿微型綠色化學(xué)實驗

教師若將該實驗置于探究性的教學(xué)情境中，教學(xué)效果則更佳。在教學(xué)中使用改進(jìn)后的實驗不僅能激起學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望，使學(xué)生牢固掌握相應(yīng)的化學(xué)知識，而且能形成良好的教學(xué)氣氛，污染明顯減少。

2.3 微型化學(xué)實驗的局限性

（1）由于微型化學(xué)設(shè)備的微型化，所用藥品的微量化，導(dǎo)致了其與常規(guī)實驗在規(guī)范化操作上存在一定的差異。從培養(yǎng)學(xué)生基本操作技能的角度講，微型化學(xué)實驗存在一定的局限性。

（2）由于微型化學(xué)實驗與一般實驗儀器差別很大，教師在指導(dǎo)微型化學(xué)實驗時一定要注意實驗條件的探索。如微型塑料型儀器不能加熱，塑料本身能與一些化學(xué)試劑起反應(yīng)而使其應(yīng)用受到影響。

3 綠色化學(xué)教育的評價

3.1 促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣

綠色化學(xué)教育能培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度。如對銅與濃硝酸的反應(yīng)加以改進(jìn)，就要綜合考慮銅與濃硝酸反應(yīng)的發(fā)生原理、HNO3的性質(zhì)、NO2的性質(zhì)、環(huán)境保護(hù)等問題。而像“怎樣有效地處理污水”“如何回收分離某些物質(zhì)”等課題都需要較高的化學(xué)知識與技術(shù)，在實驗過程中能使學(xué)生感到自身知識的不足，促使學(xué)生更努力地學(xué)習(xí)化學(xué)。

3.2 增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)保意識

通過綠色化學(xué)教育，學(xué)生親自去感知了化學(xué)藥品造成環(huán)境污染的危害性，深感到環(huán)境保護(hù)的迫切，使他們的環(huán)保意識增強(qiáng)，能自覺地參與到環(huán)境保護(hù)的活動中去，自覺地從我做起，從身邊做起，構(gòu)建和諧社會。

綜上所述，化學(xué)實驗教學(xué)中要力求利用最少的實驗藥品，獲得最佳的實驗效果，最大限度地減少廢棄物，提高學(xué)生的環(huán)保意識。只有這樣，才能使化學(xué)實驗教學(xué)符合微型綠色化學(xué)思想。

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