核心素養(yǎng)背景下綠色化學(xué)觀在課堂教學(xué)中的滲透研究

滕佳楠 陳迪妹

摘 要：文章以“空氣中氧氣含量測定實驗”的教學(xué)為例，基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，重視“綠色化學(xué)觀”在課堂教學(xué)中的滲透，闡述在實驗教學(xué)中改進(jìn)課本中實驗的不足，使教師在教學(xué)過程中注重對學(xué)生創(chuàng)新意識、綠色化學(xué)實驗素養(yǎng)的引導(dǎo)和培養(yǎng)，將綠色環(huán)保意識與化學(xué)學(xué)科知識的深入理解和學(xué)習(xí)建立起良好的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);綠色化學(xué)觀;化學(xué)實驗教學(xué);環(huán)保意識

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1008-3561（2020）10-0112-02

綠色化學(xué)是21世紀(jì)化學(xué)的重要研究內(nèi)容，是當(dāng)今國際化學(xué)與化工科學(xué)研究的前沿和發(fā)展的重要領(lǐng)域。綠色化學(xué)要求在整個化學(xué)反應(yīng)和工藝過程中實現(xiàn)全程控制、清潔生產(chǎn)，從源頭制止污染物的生成，反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物，在通過化學(xué)轉(zhuǎn)化獲取新物質(zhì)的過程中實現(xiàn)“零排放”。中學(xué)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)與綠色化學(xué)理念存在必然聯(lián)系。核心素養(yǎng)中“實驗探究與創(chuàng)新意識”以及“科學(xué)精神與社會責(zé)任”這兩點與“綠色化學(xué)實驗”的為了綠色環(huán)保而深入探究，樹立環(huán)保意識、增強(qiáng)社會責(zé)任感的理念相契合。下面以“空氣中氧氣含量測定實驗”的教學(xué)實錄為例，探討核心素養(yǎng)背景下綠色化學(xué)觀在課堂教學(xué)中的滲透。

一、創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

教師展示趣味實驗：小瓶口吞雞蛋（準(zhǔn)備材料：熟雞蛋、細(xì)口瓶、火柴、紙片等）。

把熟雞蛋殼剝掉，將紙片撕成長條狀，將點燃的紙條扔進(jìn)瓶子里，等瓶子內(nèi)的火熄滅后，馬上把雞蛋放到瓶口，然后把手移開，此時看到雞蛋慢慢地被瓶子吸進(jìn)去，掉進(jìn)瓶子里。該實驗利用氣壓差的原理，使本來通不過瓶口的雞蛋順利掉進(jìn)瓶子里。學(xué)生觀察趣味實驗中的變化，思考雞蛋為何能夠掉入瓶子，教師強(qiáng)調(diào)通過今天的學(xué)習(xí)學(xué)生就能清楚其中的奧秘。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生初步感受氣壓差的原理與作用，為接下來探究空氣中氧氣的含量打下基礎(chǔ)。

二、探究實驗，獲得新知

教師：同學(xué)們，空氣在我們的生活中幾乎是無處不在，有了它，我們才能夠得以生存，那么同學(xué)們有沒有想過這樣一個問題：空氣到底由什么物質(zhì)組成的呢？（學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗和知識儲備自由回答。）教師：很好，大多數(shù)同學(xué)都知道，空氣中含量最高的是氮氣和氧氣，而其中的氧氣是與我們的生存息息相關(guān)的，我們有什么辦法可以測出空氣中氧氣的含量呢？請同學(xué)們聯(lián)系之前學(xué)過的有關(guān)氧氣性質(zhì)的內(nèi)容和課件上的實驗儀器（集氣瓶、導(dǎo)管、水槽、裝有紅磷的帶塞燃燒匙等），進(jìn)行思考和討論。（學(xué)生討論，每四人一小組思考討論，并發(fā)表各自的想法。教師通過觀察學(xué)生的討論情況給出思考的問題提示。）

問題一：紅磷在這個實驗中起什么作用？學(xué)生回答：紅磷的作用是消耗瓶子中的氧氣。

問題二：紅磷消耗完氧氣后，打開止水夾，會有怎樣的現(xiàn)象？學(xué)生回答：燒杯中的水被壓入集氣瓶中。（學(xué)生猜測可能的原因：集氣瓶中原有的氧氣被消耗，之后的水占據(jù)了氧氣原有的體積。）

問題三：經(jīng)過以上的分析，請同學(xué)們進(jìn)一步討論，這個實驗的實驗原理是什么？它是如何測定氧氣的含量的？

教師引導(dǎo)學(xué)生回答：紅磷在密閉容器內(nèi)充分燃燒，消耗了空氣中的氧氣，有白煙生成（一種固體，即五氧化二磷）。容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，大氣壓將燒杯中的水壓入集氣瓶中，水的體積正好填補(bǔ)消耗掉的氧氣的體積，從而確定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。（然后教師通過演示課本上的實驗方案，從而得出空氣中氧氣的含量。）

設(shè)計意圖：根據(jù)學(xué)生的回答，教師能夠更好地掌握他們的知識基礎(chǔ)，以調(diào)整接下來的探究實驗。通過小組討論，學(xué)生一方面可以回顧梳理氧氣的性質(zhì)，對氧氣的化學(xué)性質(zhì)有了更好的鞏固，另一方面培養(yǎng)了通過分析性質(zhì)和已有條件來探索方法得出結(jié)論的能力，同時小組討論也提升了學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力。

三、實驗改進(jìn)，探索升華

教師根據(jù)上述課本上的實驗方案，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考以下問題。

問題一：為何實驗中氣體減少的體積不是理論上的五分之一，而是小于五分之一，導(dǎo)致結(jié)果偏低的原因是什么？學(xué)生回答可能的情況：導(dǎo)管消耗了部分水，裝置漏氣（如塞子未塞緊、燃燒匙與橡皮塞之間有縫隙等），瓶內(nèi)的氧氣沒有耗盡，紅磷的量不足，未冷卻至室溫就打開止水夾，使進(jìn)入瓶內(nèi)的水的體積減少等。

問題二：實驗過程中關(guān)于紅磷的點燃方式有什么問題？學(xué)生回答：裝置外點燃紅磷產(chǎn)生的五氧化二磷會污染空氣。

教師結(jié)合上面的問題提問學(xué)生能否對課本中的實驗方案或裝置提出改進(jìn)的想法。一方面，針對實驗造成的誤差，學(xué)生討論并提出下面的一些實驗方案改進(jìn)措施。（1）考慮集氣瓶的體積時應(yīng)該包括導(dǎo)管中的體積。（2）實驗前先檢查一下裝置的氣密性，排除各種可能漏氣的情況。（3）保證燃燒紅磷的量要充足，使瓶內(nèi)的氧氣耗盡。（4）止水夾要待裝置冷卻至室溫再打開。另一方面，關(guān)于點燃紅磷對空氣產(chǎn)生污染的問題，教師提示并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗裝置方面的改進(jìn)。（1）直接在裝置內(nèi)點燃紅磷，以克服紅磷燃燒對空氣產(chǎn)生的污染問題，考慮到紅磷的引燃溫度比較高（240 ℃），可通過在裝置中內(nèi)置電熱棒，通過電熱棒加熱紅磷，或者使用強(qiáng)力激光筆直接照射紅磷加熱，以達(dá)到引燃紅磷的目的。（2）使用引燃溫度比較低的白磷（40℃）代替紅磷，將裝置放在溫度高于40℃的水浴中。具體實驗操作如下：實驗儀器與藥品有白磷、注射器、橡皮塞、燒杯、酒精燈、鑷子。1）取一綠豆大小的白磷，迅速放到注射器的針筒當(dāng)中，調(diào)整注射器活塞到50 mL處。2）將注射器針筒下端插入橡皮塞中，形成一個密閉容器。3）熱水浴加熱，加熱溫度至50 ℃，白磷在注射器內(nèi)燃燒，消耗注射器針筒內(nèi)部空氣中的氧氣。4）在水中用鑷子取下橡皮塞（確保該動作在水中進(jìn)行，沒有外界空氣進(jìn)入），調(diào)整注射器活塞重新回到50 mL刻度處，觀察進(jìn)入注射器內(nèi)部水的體積。

實驗結(jié)論：進(jìn)入注射器內(nèi)部水的體積約為10 mL，說明空氣中氧氣的體積大約占五分之一。

實驗說明：將活塞重新調(diào)整到50 mL刻度處，抵消了因內(nèi)部活塞的摩擦阻力導(dǎo)致所測的氧氣含量偏少的問題;該反應(yīng)不用等待冷卻到室溫，因為是通過水浴加熱，內(nèi)外部溫度基本一致，可以立即進(jìn)行實驗;實驗裝置更簡單，現(xiàn)象更明顯且結(jié)論更準(zhǔn)確，有利于同學(xué)們掌握這部分知識點。

設(shè)計意圖：通過提示，學(xué)生能夠?qū)φn本中的實驗裝置提出問題，并針對問題嘗試提出改進(jìn)意見，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的自主思考和探究推斷能力;通過對實驗裝置的進(jìn)一步改進(jìn)，學(xué)生除了能夠了解空氣中氧氣含量的測定以外，更能夠樹立綠色化學(xué)、科學(xué)環(huán)保的意識，培養(yǎng)自主思考和探究的積極性。

四、知識梳理，總結(jié)練習(xí)

教師以板書思維導(dǎo)圖的形式，梳理總結(jié)本節(jié)課的重點知識的框架。

給學(xué)生布置課后的練習(xí)——簡單的實驗報告總結(jié)和練習(xí)題。學(xué)生根據(jù)框架來完成本節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容，針對本堂課上的實驗，嘗試簡單書寫實驗報告。完成課后習(xí)題。

設(shè)計意圖：學(xué)生通過自主梳理和總結(jié)的方式，更好地鞏固其知識的連貫性，提高學(xué)習(xí)的有效性，達(dá)到對空氣中氧氣含量的測定內(nèi)容的成功梳理和鞏固的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張永華.淺議如何在初中化學(xué)教學(xué)中滲透綠色化學(xué)理念[J].當(dāng)代教研論叢，2019（07）.

[2]亢生磊.基于綠色化學(xué)理念的有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)探析[J].化工管理，2019（08）.

[3]邢蕓霞，胡肖涵，李先國，張靜，張大海.綠色有機(jī)化學(xué)實驗的教學(xué)研究[J].教育現(xiàn)代化，2018（52）.

[4]史建軍.綠色化學(xué)理念在高中化學(xué)實驗教學(xué)中的滲透[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（20）.

作者簡介：滕佳楠（1998-），女，浙江寧波人，溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院化學(xué)系2017級學(xué)生，從事化學(xué)及科學(xué)教學(xué)論研究;陳迪妹（1966-），女，浙江樂清人，教授，碩士，從事化學(xué)教學(xué)論研究。

Research on the Infiltration of Green Chemistry in Classroom Teaching under the

Background of Core Literacy

Teng Jia'nan， Chen Dimei

（School of Chemistry and Materials Engineering， Wenzhou University，Wenzhou 325035， China）

Abstract： This paper takes the teaching of "oxygen content determination experiment in air" as an example， Based on the core accomplishment of chemistry subject， the infiltration of "green chemistry view" in the classroom teaching is emphasized. The deficiency of improving the experiment in the textbook in the experiment teaching is expounded. The teacher pays attention to the guidance and cultivation of students' innovation consciousness and green chemistry experiment accomplishment in the teaching process， and establishes a good connection between the green environmental protection consciousness and the in-depth understanding and learning of chemistry subject knowledge.

Key words： core literacy; green chemistry concept; chemical experiment teaching; environmental awareness