化學實驗的綠色化與學生探究能力培養的研究

劉晶晶鐵嶺師范高等專科學校，遼寧 鐵嶺 112008

化學實驗的綠色化與學生探究能力培養的研究

劉晶晶
鐵嶺師范高等專科學校，遼寧 鐵嶺 112008

化學家在研究過程中不可避免地合成出未知性質的化合物，只有通過長期應用和研究才能熟知其性質，這些新物質可能已經對環境或人類生活造成影響。傳統的化學給環境帶來的污染已經十分嚴重，嚴峻的現實使各國必須尋找一條不破壞，不危害人類生存的可持續發展的道路。早在1990年美國聯邦政府就通過了“預防污染行動”的法令，綠色化學的概念首次被使用。1992年，“綠色化學”成為美國環保署（EPA）的中心口號，得到全世界的積極響應。綠色化學是利用化學原理從源頭上減少和消除工業生產對環境的污染，

綠色化學；探究能力；實驗創新

綠色化學主張在通過化學轉換獲取新物質的過程中充分利用每個原子，過程和終端均為零排放或零污染，具有“原子經濟性”。綠色化學為化學教育教學指明了了新的方向。綠色化學實驗的目標和任務是主動地減少和消除實驗室的化學污染，而不是被動接受環境污染造成的后果，這在以往的觀念中，具有積極的意義。因此培養環保理念，倡導綠色化學成為化學教育工作者的當務之急。化學實驗室是師生學習的重要場所，由此產生的環境污染和對師生健康的直接影響是不可忽視的，因此建設綠色化學實驗室，采取切實可行的有效措施防止和消除實驗室造成的環境污染，是值得廣大的化學工作者關注和思考的。

一、培養環保理念，倡導綠色化學

綠色化學是世界科學可持續發展的需要，自1995年，由中國科學院化學部確定了《綠色化學與技術》的院士咨詢課題以來，我國的綠色化學也逐漸活躍起來。近幾年，隨著環境污染的日益加劇，生態環境的不斷惡化，人們越來越關注污染問題，綠色化學觀點的提出，讓許多與化學息息相關的行業都積極響應。面對學術界綠色環保的方興未艾，作為化學教育工作者，除了具有扎實的基礎知識以外，還應將環境污染、保護、治理等作為自己的研究方向。將綠色化學的理念根植于心，牢固樹立可持續發展的觀念，“計利當計天下利，求名應求萬世名”，正確處理可持續發展和綠色環保的關系，將綠色化學的十二條原則始終貫穿于化學教學實驗全過程之中，從一點一滴入手，培養并傳播綠色化學的理念，綠色化學強調的是原子經濟性，即在獲取新物質的化學原料中，充分利用每個原料原子，實

現“零排放”，既充分利用資源，又從根本上解決污染物排放問題，讓這種理念時刻伴隨學生，隨著知識的積累而得到傳承和發展。在傳授學生知識的同時，還要引導學生正確認識科技發展的負面性：若保護不好環境，發展也會受到嚴重制約。在課堂上，教師可以提出關注較為廣泛的問題進行討論，比如：40年代初期發生在美國洛杉磯市的“化學煙霧事件”。光化學煙霧是大量碳氫化合物和揮發性有機物在陽光作用下，與空氣中其他成分起化學作用而產生的。這種煙霧中含有臭氧、氧化氮、乙醛和其他氧化劑。在1952年12月的一次光化學煙霧事件中，洛杉磯市65歲以上的老人死亡400多人。由此引出我國社會關注度較高的問題——霧霾的成因。光化學煙霧主要為氣態污染物，而霧霾則是大氣顆粒物，然而光化學煙霧最終生成大量的臭氧，增加大氣的氧化性，這導致大氣中的二氧化硫、二氧化氮被氧化并逐漸凝結成顆粒物，從而增加PM2.5的濃度。也就是說，光化學煙霧可能成為霧霾的來源之一。因為這種討論與我們每個人生活都息息相關，積極指導學生開展與化學相關的綠色環保行動，這既有利于知識的鞏固，又能增強學生的環保意識，使學生明白，我們生活的地球處處需要保護環境。

二、嘗試探索創新，推廣綠色實驗

眾所周知，很多化學知識都是以化學實驗引入并且加以驗證的，實驗是化學教學中的重中之重，如果能在基層教學過程中，大力推廣綠色實驗，勢必會將綠色化學貫穿整個教學。傳統化學實驗所使用的實驗藥品，以及伴隨實驗所產生的各種廢棄物，不但對環境造成污染，對師生的健康或多或少都會有一些影響。因此，在教學實驗中，教師應嚴格把關，Anastas和Warner提出了綠色化學的12條原則，這些原則可作為實驗化學家開發和評估一條合成路線、一個生產過程、一個化合物是不是綠色的指導方針和標準。1.防止廢棄物的產生，比先產生后治理要重要；2.合成方法應設計盡可能將所有起始物嵌入到最終產物中去；3.只要可能，合成反應應設計成反應中使用和生產的物質對人體和環境無毒或毒性很小；4.設計的化學產品應在保證其應有功能的同時盡量使其無毒或毒性很小；5.盡量不用輔助性物質（如溶劑、分離試劑等），當不得已使用時，也應使用無毒物質；6.能量消耗應是越少越好，應能為環境和經濟方面所認可，合成方法應在常溫、常壓下實施；7.只要技術上和經濟上是可行的，盡量選擇可再生的原料；8.應盡量避免不必要的派生過程；9.盡量使用具有催化選擇性的試劑；10.化學產品中的設計應保留其功能，減少其毒性，當完成自身功能后不再滯留于環境中，使之降解為無毒的物質；11.需要開發實時、跟蹤監控的分析方法，預先監控有毒物質的形成；12.化學物質及其在化工過程使用中的物態，應選擇潛在化學隨機事故（包括氣體泄露、爆炸和著火）最小的，等等。

從以上論點可以總結出，化學實驗綠色化的內容包括：化學試劑、溶劑和催化劑的綠色化，盡量選擇低毒和可再生資源，溶劑盡量選擇水溶劑，避免采用有毒有害和揮發性溶劑，催化劑應首選采用無毒害、無腐蝕的物質；實驗劑量綠色化，在保證完成化學反應的情況下，盡量使用最小劑量的試劑、溶劑和催化劑；對實驗產生的“三廢”進行無毒無害化處理，確保污染程度降到最低。

三、激發探究精神， 完善綠色化學

（一）開展微型化學實驗

微型化學實驗，就是以盡可能少的化學試劑來獲取所需化學信息的實驗方法與技術。雖然它的化學試劑用量一般只為常規實驗用量的幾十分之一乃至幾千分之一，但其效果卻可以達到準確、明顯、安全、方便和防止環境污染等目的。近年來，在我國化學實驗教學改革領域中，微型化學實驗蓬勃發展，引起國內化學教育界極大關注。目前微型化學實驗開展到分析化學、物理化學、醫用化學和高分子化學實驗的微型化探索，并取得了驕人的成績，逐漸形成了具有中國特色的微型化學實驗特點：微型儀器價格低廉且配套比較完整，在國際上具有很強的競爭力。此外，微型化學實驗與傳統實

驗相比，具有明顯的綠色環保、節約藥品和節省時間的特點。微型化學實驗的優勢已經在教學中呈現出來，受到了廣大師生的歡迎。目前，國內已有800余所大、中院校開始采用微型化學實驗。

（二）探究精神在綠色化學實驗中的應用

化學是一門以實驗為基礎的自然學科，翻開化學的歷史，從火的發現到陶器的發明，從兵器的鍛造到白酒的釀造，都離不開科學探究，只要學生用科學探究的方式學習和研究化學，就一定能加強對科學本質的認識、提高科學素養，且在知識與技能，過程與方法等方面獲得較大提升。可見，化學實驗是進行科學探索的重要途徑之一。探究化學實驗的綠色化有以下幾個重要的特點，首先就是以實驗為基礎，將環保理念貫穿始終，以試驗為依托，分步驟實現綠色化；其次，在探究性試驗時，教師以“變廢為寶”“節約減排”等作為指導思想，引導學生獨立進行試驗、觀察現象、分析結果，通過實驗設置的優劣，進行綠色化，無害化處理等；再次，教師要牢牢抓住實驗探究是針對問題來開展的一系列活動這一本質，有針對性地提出問題，在對問題探究的過程中，不僅要求學生具備一定的邏輯思維能力，還要求學生具有一定的想象力，敢于大膽地猜想、假設，甚至是質疑。這對于培養學生的創新精神和實踐能力有重要的作用。另外，教師提供必要和及時的指導也顯得尤為重要，在探究性試驗中，教師是學生學習的引導者和支持者。探究實驗成功與否，教師的科學引導、有效操作、深刻總結等方面，具有決定性的作用。所以，教師要在探究性實驗中縱覽全局，對細節的把握要絲絲入扣，對學生在探究階段的引導要耐心、細致和科學。

綠色化學是從維護生態環境角度出發，用低毒無害的綠色實驗，逐漸代替易污染的傳統化學實驗。是化學發展的必然規律，實現這一目標的途徑很多，如選擇具有高的原子經濟潛力的化學反應類型，達到不排放或少排放有害物質；控制實驗步驟，防止污染發生；改變實驗合成線路，實現“原子經濟性”；建立無苯、無鉛實驗室，等等。綜上所述，實驗綠色化是化學發展的良好趨勢，他不僅減少實驗本身對環境的污染，也減少了對參與實驗的師生健康的危害，通過對實驗綠色化的不斷推陳出新，化學教育事業的明日必將燦爛輝煌。

[1]朱清時.綠色化學與可持續發展[J].中國科學院院刊，1997（6）.

[2] 唐嵐，李曉林，謝慶春.高校化學實驗室安全規范管理探究[J].實驗技術與管理，2010（3）.

[3]顧金士，鄧玲，吳金芳.中國環境社會學十年回眸[J].河海大學學報（哲學社會科學版），2011 （2）.

[4]杜華.綠色化學與綠色化學教育[J].黑龍江高教研究，2002（5）.

[5]丁金光，楊航.光化學污染的預防與處理——以洛杉磯光化學污染事件為例[J].中共青島市委黨校青島行政學院學報，2010（6）.

[6] 吳傳保，劉利江，曾湘暉.分斷長程實驗在化學實驗教學中的應用及意義[J].實驗技術與管理，2010（1）.

[7]Anastas，Paul T，Warner，John C Green Chemis?try Theory and Practice[M].NewYork:Oxford University Press，1998.

[8] 劉一兵，沈戮.微型化學實驗課程資源的開發和利用[J].課程·教材·教法，2007（3）.

[9]黃忠京.微型有機化學實驗教學初探[J].廣西民族大學學報（自然科學版），2007（2）.

[10]王宏.大學普通化學實驗綠色化的探討[J].山西農業大學學報，2008（4）.

（責任編輯：寧沈生）

劉晶晶（1984-），女，遼寧鐵嶺人，鐵嶺師范高等專科學校講師。

2014-11-10

G424.2

A

反應物全部轉化為期望的最終產物。