中學化學實驗綠色化設計的探究

李 英 侯麗梅

（武威第九中學 甘肅 武威 733000）

1.研究中學化學實驗綠色化設計的方法論的意義

化學教學論作為研究化學教學規律性和應用性的專業課程，強調化學教學中有效教學的相互聯系、相互影響和統一。有機化學實驗是有機化學的一個主要學科，它有著自己的具體的研究對象和具體的理論體系。但是直到現在，在有機化學實驗設計的研究中，還沒有一種獨特合理的綠色設計研究方法。因此，探討和研究中學化學實驗綠色設計的科學方法，不僅有利于實驗設計的完善，同時也能充實試驗的理論基礎，從而使得綠色現代化的設計理念更能融入到試驗的實踐之中。

2.中學化學實驗綠色化的必要性

實驗是學習和訓練化學、感受化學、研究化學全過程的必要手段。根據直接化學反應，進一步提高學生的實踐和使用能力。結合實際情況，逐步塑造學生的創新精神。雖然綠色化學理念的實施和文化教育已在全國范圍內廣泛覆蓋，然而，在實際的化學實驗教學中，往往僅側重于對學生觀察、動手和分析問題的能力的訓練，但忽視了學生環保節能觀念的塑造。在實驗課堂教學的同時，一些有害物質排放到空氣中，廢水立即排入下水道，這門課程使學生無法從化學的角度培養環保理念，長期處于實驗污染的模式中。但在提倡“綠色化學”的今天，綠色化學實驗的個人目標和日常任務不僅可以被動地控制污染，而且可以從根本上主動減少和消除實驗的形成和排放污染。因此，提高環保意識，優化實驗具體內容，改進實驗方法，研究新的實驗思路，妥善處理廢棄物，是基本建設綠色化學實驗的重要途徑[1]。

3.中學化學實驗綠色化設計原則

3.1 簡約性與安全性相結合

從現階段中學化學課程的內容來看，我們可以綜合考慮如何使實驗更簡單、更安全、更少的環境污染，甚至實現零環境污染。要提高對實驗儀器設備和實驗基本原理的認識，就必須考慮儀器設備的各種主要用途，在有機化學實驗中進行自主創新。實驗方法、步驟和實驗藥物少，使用實際實驗儀器方便，可在短時間內完成。例如，對于HCl、AgNO3、Na2CO3和NaBr水溶液的鑒別實驗，如果選擇基本成分實驗方案，一般需要12個操作步驟；如果對解的性質進行邏輯推理，然后進行實驗，6個工序可以縮短。與此相反，簡單的試驗不但能節約試驗所需的材料，而且可以保護生態環境。在整個實驗過程中，我們必須盡量減少有毒實驗試劑的使用，減少實驗的實際操作帶來的一定風險。如果需要應用，應在實驗計劃中規定常見問題，以避免污染和意外傷害。整個實驗過程必須符合安全要求。否則，將不利于生態環境的保護，也無法完成綠色化。更嚴重的是，它會危害師生的生命安全。

3.2 微型性和直觀性相結合

小型有機化學實驗的發生和發展趨勢越來越符合社會需要，發展趨勢率不斷提高。小型有機化學實驗是環境安全管理和環境污染防治的重要內容。小規模實驗的主要特點是所需的設施和設備簡單易操作，實驗試劑用量少。這種實驗活動被有機化學實驗活動所認可，因為它減少了實驗試劑的使用，也減少了空氣污染。同時，可以滿足實驗安全標準等因素。隨著綠色化學的深入分析，小規模實驗因其加熱速度快、操作方便等優點，已成為加速化學反應的經典技術。在我國，這種實驗已經取得了廣泛的市場推廣，課堂教學應用的作用不言而喻。學員進行的操作實驗可按照小型實驗活動進行。如果不方便觀察小實驗的實際效果，可以放大投影。

4.中學化學實驗綠色化設計途徑

4.1 原料的綠色化

在實驗設計方案中，我們將從根本上減少實驗的環境污染與實驗結束后解決環境污染進行了比較，不僅節能、環保、同時，該試驗對教師和學生的人身損害也很少。所以，對試驗材料的選用要考慮：一是要按照試驗的特性選用不同的試驗材料，避免繁瑣。例如，在具有一定濃度值的水溶液構型實驗中，在選擇實驗試劑時應考慮原料的綠色化。可選擇氧化鈉。中性物質沒有有害物質，價格低廉。其次，盡量避免導致更多不良反應的實驗方法。最后，盡量避免使用有毒或難以處理的實驗試劑。

4.2 通過計算機輔助與多媒體仿真實現化學實驗綠色化

在高中的一些化學試驗中，一些試驗具有較高的危險性，并且極易發生爆炸。例如，如果乙醚中的氯丁二烯爆炸，可以進行模擬實驗。學生們在電腦前做實驗。他們在這方面有一些經驗，但要避免風險。另一個例子是NH3生產實驗。教師專門指導學生使用軟件現代信息技術模擬NH3的生產。為了消化和吸收不必要的NH3，學生們不記得連接倒置的布氏漏斗并直接將軟管插入水中。這時，我們可以讓計算機模擬這個錯誤的實際操作。我們會注意到燒瓶中的水會產生反向吸收，從而導致試管爆炸。這將給學生留下深刻的印象，取得更好的教學實踐效果，實現綠色實驗的目標[2]。

在一些實驗中，有毒有害的藥物需要全程使用，或者在實驗中形成大量有毒有害的廢氣、廢水造成環境污染，也會危害師生的健康。依靠上述方法是不可能實現綠色化的。對于這類實驗，我們可以利用模擬實驗進行實驗課堂教學，即利用現代信息技術對實驗的全過程、狀態和結論進行模擬仿真。這樣，顯然不容易對學生和自然環境造成環境污染。同時，學生不僅觀察實驗條件和操作步驟，它不但可以使同學們能夠體會并加深印象，進而使他們對化學試驗有更多的了解和培養。例如：高二分析化學第5章的石油蒸汽蒸發及制取溴苯，充分考慮到石油水蒸氣蒸餾實際操作的復雜性和溴苯制備全過程的嚴重環境污染，我們可以借助現代信息技術指導學生用動畫模擬這兩個實驗，具有良好的學習效果。

4.3 建立低規格化學品的流通機制

通過科學研究，我們發現基礎課程內容中的許多實驗產品都是中學化學實驗試劑，中學化學中的一些產品也可以在高校基礎課內容實驗中作為中和劑使，當然，有必要建立一種適當的制度和方式來實現這類物品的流通。學生實驗的目的取決于再現一些實驗條件或驗證一些結果。因此，學生的實驗用品、回收的有機溶劑和儲存的試劑都是含量很高的化學品。如果情況允許，為需要的人創建營銷渠道。這樣，“廢物”的“回收”目標就完成了。在某種程度上，它也可以被描述為“零排放”的另一種方式。

4.4 節約試劑用量,實現實驗的微型化

在保證重要條件的前提下，對實驗進行小規模定量分析或小規模改進，是減少化學物質對環境污染的有效途徑。前者用量為常規用量的50%～25%，后者減至前一用量的10%～1%。如果將兩者結合起來，可以取得一定的實際效果。近年來，小規模實驗課題研究已納入我國化學教育研究院總體科研規劃，國內化學學會還舉辦了“小規模實驗研討會”，探討國內小規模化學實驗的發展趨勢。與傳統化學實驗相比，小型化學實驗具有使用方便、實驗可靠、形勢顯著、節約資源、節省實驗試劑、成本低等優點。

5.中學化學實驗綠色理念建設的具體措施

5.1 教師先要樹立中學化學實驗綠色理念

教師作為教學過程中的實施者，首先要在中學化學實驗中塑造“綠色”的核心概念，以身作則，在實踐過程中幫助學生在中學化學實驗中創造“綠色”的核心概念，以提高學生的環保觀。在實施之前，應提前與學生溝通所有常見問題，防止學生受到傷害，并教育學生學會如何保護環境。讓學生了解廢物的危害性，也讓學生了解實驗廢物不合理排放造成的事故，讓許多人親身感受到空氣污染的危害性，塑造他們的環保理念，提高他們保護環境的使命感。

5.2 中學化學實驗綠色化設計

在化學教學中，有些實驗在某些情況下是可以替代的。此時，教師應充分發揮創造力，通過改進教學計劃設計，減少或防止環境污染。例如，對于毒性大、危險因素高、化學試劑價格高、實驗試劑儲存困難的實驗，可以利用多媒體系統進行實驗模擬；對于一些普通實驗，通過對化學藥劑的使用進行嚴格的控制，實現對高中化學試驗的環保要求。不管是老師在教學中，還是在實踐中，都要按照“節約能源、降低環境污染”為原則，在藥劑上明確標注的用量，以達到限定用量的作用。該方法既能降低化學藥劑使用、縮短試驗周期、降低大氣環境的影響，又能使中學生在高中化學試驗過程中培養綠色思想，提高環境保護意識。

5.3 進行有效的實驗廢棄物處理

在一定程度上，有機化學實驗的整個過程就是創造廢物的整個過程。高校的許多實驗室，和小型加工廠，每天都需要排放大量廢物。其中一些化學物質蒸發到空氣中，另一些則倒入下水道，滲入水和土地資源，造成環境污染。事實上，一些實驗試劑和產品可以回收利用。對于這些不可回收的廢物，教師還需要做好分類工作，并按照有機廢氣、廢液、毒副作用等的分類進行解決。在做完實驗后，要教授學生如何進行垃圾處置，使學生不僅能夠解決有機廢氣、廢液等廢物，而且能夠學會解決廢物的方法，成為敢于承擔責任、敢于處理問題、敢于解決困難的人，培養中學綠色化學實驗的核心理念，促進學生全方面綜合性水平的提高。

結論

作為一名中學化學教育者，將實驗課堂教學與生態環境保護有機化學相結合，這是每個有機化學家的職責。我們在這一領域邁出了一大步。這是一個全新的開端，但是在很多地方仍然不盡如人意。我們相信，經過我們的共同奮斗，我們很快就能實現中學的綠色化學試驗。