“綠色化學”理念下開展中學化學實驗教學的途徑和措施

馬麗薇

通過考察定西市安定區四所高中化學實驗室的配備情況、實驗室三廢的處理情況、現場觀察實驗課、對師生進行綠色化學的問卷調查，總結出了欠發達地區化學實驗綠色化過程中存在的問題和不足，進行反思，構建出了欠發達地區在“綠色化學”理念下開展中學化學實驗教學的途徑和措施。這有助于教師在今后的教學中將綠色化學的思想、知識、原則等相關內容滲透在化學實驗教學中。

一、轉變教師陳舊的實驗教學觀念

21世紀，隨著經濟的迅猛發展，對資源的過度開采造成環境的日益惡化，人們向往綠水青山的生活環境，“綠色化學”作為一個新名詞，越來越受到人們的關注，讓學生從小了解有關“綠色化學”的新觀點、新思想非常必要。化學實驗是化學課程內容的重要組成部分，實驗的綠色化是化學綠色化的核心。[1]在調查中我們發現，許多化學教師的教學觀念和模式都很陳舊。如何在化學實驗教學中滲透“綠色化學”的概念、思想等知識理念，是化學教育工作者面對的一個新課題，尤其對于在化學教學活動中起主導作用的化學教師，要樹立終身學習的思想理念，更新自己的知識，提升自己的知識結構，掌握先進的實驗方法。在化學實驗教學中，讓學生懂得用減量、循環、回收、再生、拒用來考慮和解決化學實驗中的污染問題，培養他們關心、保護、熱愛自然環境的良好習慣。

二、實現實驗教學環節的綠色化

（一）規范實驗操作

規范的實驗操作，是實驗成功的關鍵，還可減少在實驗中產生污染物。

要規范學生實驗操作，需做到以下幾個方面：

要求學生熟練掌握儀器的使用規范，避免錯誤操作引起的諸如試管的破裂、硫酸液滴的飛濺灼傷皮膚等事故的發生，或者在實驗中，有毒氣體外溢，而不知如何處理，對環境造成污染。更重要的是，化學教師要起到言傳身教的示范作用，每一個化學演示實驗都要在課前準備、試做，杜絕由于不規范操作或沒注意實驗細節造成實驗失敗的現象。

教師在學生實驗課上要給學生講明藥品的具體用量，對教材中沒有給出用量的，教師在保證實驗效果的基礎上，給學生限定一個具體的最少量數據，這樣能方便學生操作、節約藥品、減少污染。教師還要提醒學生注意事項，如銀鏡反應中，試管潔凈，水浴加熱，培養學生嚴謹的治學態度和科學的實驗方法。實驗結束后，廢棄物要集中處理，廢氣進行尾氣處理，廢液收集到指定的廢液缸，不能隨便倒入下水道，廢渣不能隨手扔進垃圾箱。

做好實驗的課前預習，學生在實驗操作的時候，就不會看一步，做一步，手忙腳亂，漏洞百出。

（二）綠色化改進污染環境的實驗

根據“綠色化學”研究的核心5R原則[2]，在化學實驗設計中實現化學實驗的綠色化，就要做到：（1）實驗原料、產物、催化劑對環境無毒害。（2）盡可能選擇原子利用率高的反應。（3）減量、循環、重復使用。

在實際應用中，設計或改進的化學實驗滿足上面其中一條，就認為達到了綠色化學的設計要求。

1.實驗裝置綠色化的改進

“綠色化學”理念是實現污染物的零排放。根據這一理念，中學化學教材中許多有關物質的制取、性質檢驗的化學實驗，都可重新設計。比如，儀器的改進，用碘錘做碘升華的實驗，也可用來做氯化銨的受熱分解。再如高一化學第四章，有關濃H2SO4性質的實驗，用濃H2SO4與蔗糖反應，證明濃H2SO4的強氧化性與脫水性，課本中濃H2SO4與蔗糖的用量分別是25mL，6藥匙，反應物用量很大，導致生成大量有毒的SO2氣體，且直接排放到空氣中，污染環境。那么，如何在保證實驗現象的前提下，從“化學實驗綠色化”的角度設計此實驗呢？經過師生討論，改進方法如下：將用于反應的燒杯放在裝有少量氫氧化鈉溶液的玻璃水槽內，燒杯下要墊一個稍高于液面的大理石小墊塊，再在小燒杯上面倒扣一個大號燒杯。

2.實驗內容綠色化的改進

中學化學課本中的大量實驗都體現了“綠色化學”的思想內涵，但還有少部分實驗，我們需進一步討論，重新設計。作為中學化學教師，我們要有改革和創新的精神，大膽實踐，不能墨守成規，固步自封，在保證完成實驗教學目的的前提下，改進污染環境的化學實驗。比如，在探究鐵鹽與亞鐵鹽的氧化性與還原性實驗時，把氯水氧化Fe2+換成用雙氧水氧化Fe2+，既達到了氧化Fe2+的目的，又避免了在制備氯水的過程中對環境造成污染。

三、妥善處理化學實驗的廢棄物

（一）妥善處理實驗廢棄物

保護環境，要從小事做起，從身邊做起。化學實驗所產生的“廢氣、廢液、廢渣”已成為環境污染的主要元兇之一。比如，醛類、苯的同系物等有毒物質會致癌;銀鏡反應的廢液，富集放久后會轉變成氮化銀而發生爆炸;重金屬鹽直接排放到水中，污染水質，人與牲畜長期飲用后，會在體內富集，造成中毒。因此，要妥善處理化學實驗室產生的三廢，不亂排亂放，重新回收使用，變廢為寶，對不能再重新使用的、對環境有害的廢棄物，一定要無害化處理。

（二）合理、循環利用化學實驗廢棄物

中學化學實驗的根本目的，就是通過化學實驗，來驗證或探討物質的化學性質，或推導證明一些化學定律或基本原理，如質量守恒定律、勒夏特列原理等，培養學生的觀察能力、分析解決問題的能力、動手操作能力等，實驗目的完成，實驗產物不像化工生產中的產品一樣可以利用，而是成了廢棄物，一般被直接排放或傾倒，沒有發揮重新利用的價值，消耗原料的同時還會污染環境。充分利用資源，實現經濟效益的最大化，就要改變這種線性非循環的實驗模式，重構“原料—產品—再生原料”的環狀模式，實現產物的循環利用。所謂循環利用，就是把化學實驗中的產物再生利用，使它們在循環的鏈條中重新發揮自己的作用，延長它們的使用周期，實現實驗廢棄物的零排放，節約自然資源。比如，把探討鋁片與稀HCl反應放熱的實驗，在實驗完畢后，將生成的氯化鋁溶液全轉入試劑瓶，貼上標簽，用于以后制備氫氧化鋁的實驗，而在探討鋁兩性的實驗中，也可繼續使用。

四、改進中學化學實驗的教學模式

（一）播放多媒體教學視頻或開展計算機仿真實驗，來代替有毒害的化學實驗

在化學實驗教學中，因為演示實驗主要驗證物質的性質或化學定律，用于培養學生的觀察能力。所以，對于有毒害藥品、用量大或易燃易爆的演示實驗，可利用播放多媒體視頻來代替。這樣就實現了化學試劑的“零投入”或廢棄物“零排放”，如SO2、NO2等有毒氣體的制取與性質實驗等。這樣做的好處是，既讓學生獲得了需要的化學信息，又節約了藥品，安全可靠，避免了對環境造成污染。

計算機仿真實驗就是利用計算機軟件來模擬現實實驗，它對耗費大量人力物力、實驗效果又不明顯的化學反應具有重要的意義，如氯水在光照下的分解實驗，實驗受氣候條件的限制，即使在強光照射下，實驗現象也不明顯，從氯氣的制備到將氯氣溶于水制成氯水，整個實驗過程煩瑣，而且氯氣有毒，危害教師和學生的健康，對環境造成污染。用多媒體模擬軟件做成仿真實驗，可輕松解決上述問題，且做成的動畫，有圖有聲音，形象生動，讓學生在輕松愉快的氛圍中掌握了所學化學知識。這樣，在完成教學任務的同時，既節約了實驗藥品，又避免了污染，使教學效果在各個環節最大化。

計算機仿真實驗雖然在化學實驗綠色化方面具有不可替代的作用，優勢明顯，但卻不真實，在實際操作中，以現實實驗為主，仿真實驗為輔。

（二）重新整合教學實驗模式

所謂整合，就是依據“綠色化學”的基本理念以及自然科學的統一性和教育總體目標，將課本上相關教學實驗重新安排整合，形成一個前后相互關聯的知識體系，如把物質的制取與性質實驗統一起來，重新整合。在整合的過程中，綜合開發學生的思維能力和創新能力。

化學實驗教學都是根據教學內容制定的，各個實驗相互獨立，各成體系，沒有關聯。為了節約藥品，充分高效地利用化學試劑，在實際的實驗教學中，可調整實驗順序，把實驗重新組合，相互銜接，使上一個實驗的產物成為下一個實驗的原料，這樣，在節省原料、減少成本的同時，更減少了有毒廢棄物對環境的污染。在這個流程中，上一個實驗是下一個實驗的基礎，是下一個實驗成功的關鍵，這就迫使學生在做實驗時要做好每一個環節步驟，從而鍛煉了學生的動手能力和操作技能，實現實驗產品得到有效利用的鏈式良性循環。尤其是有毒氣體的制備與性質實驗，在教學中，如果多次重復使用，就會對環境造成嚴重的污染，在教學過程中，合理的實驗順序就顯得非常重要。比如，高一化學實驗氯氣的制備與性質（教材必修一，富集在海水中的元素——氯）一節中，安排了氯氣相關的性質實驗，若按課本的安排進行實驗，會重復制取氯氣，浪費試劑的同時，產生的氯氣對環境造成污染。因此，我們可以根據氯氣的制備與性質檢驗這一主題，重新整合實驗順序，就會產生事半功倍的效果，節省時間，提高教學的效率。

課本安排的氯氣的性質實驗有：（1）Cl2與Fe、Cu、Na等活潑金屬的反應。（2）Cl2與H2等非金屬的反應。（3）氯水在光照下的分解。（4）氯水的漂白性。（5）干燥Cl2是否有漂白性的實驗驗證。上面實驗順序零亂而不連貫，我們可對實驗順序重新整合，先制備氯氣再驗證其性質，檢驗性質時，先干后濕。具體順序如下：

（1）制取氯氣。

（2）收集四瓶干燥的氯氣備用，分別用于做氯氣與鈉、氫氣、鮮花瓣、干花瓣的實驗。

（3）再把氯氣通入水中制備氯水，做氯水在光照下的分解實驗，氯水的漂白實驗。

（三）開設微型或半微型化學實驗教學模式

微型或半微型化實驗主要是通過使用微型化學儀器減少廢棄物的排放量，是一種值得提倡的好方法，是將來化學實驗改革的主要趨勢。在微型化學實驗中，用很少的化學試劑，就可觀察到明顯的實驗現象，獲得想要的實驗效果和化學信息，在化學實驗的綠色化設計中具有舉足輕重的作用。其宗旨是用少量的化學試劑獲得需要的化學信息，被譽為“綠色化學實驗的革命”。[3]

微型化學實驗的特點有：

（1）跟常規實驗相比，試劑用量大幅度減少，實驗成本降低，輔助材料水電的消耗也相應減少。

（2）實驗的安全系數提高，有效避免爆炸、中毒等安全事故的發生，同時，產生的實驗廢棄物的量也很少，減少了對環境的污染。[4]

微型化學實驗是對一個化學實驗的創造性改造，有其獨立的理念和思想。它的低成本和安全性、高效性，也容易在化學實驗中普及和推廣，更符合現代科學研究的實際需求。對培養學生的動手能力，激發學習化學的興趣，養成良好的思維習慣，樹立學生“綠色化學”理念方面，具有不可替代的作用。

我國微型化學實驗這幾年有了很大發展，并取得了一些成就。1992年，第一本《微型化學實驗》問世，此后有很多相關的著作問世。但相對國外而言，我國在這方面的研究相對滯后，在國外，各大院校都設有專門處理三廢的部門，資金充足，我國的各實驗室，設備簡陋，資金不足，實驗中的有毒物質嚴重危害師生健康，微型實驗通過大量減少實驗試劑，減輕了污染，受到廣大師生的青睞。

綜上所述，作為一名一線化學教師，要在化學實驗教學中積極傳播“綠色化學”的知識、原理、思想內涵，讓學生認識到“綠色化學”的核心理念是“防”而不是“治”，從源頭上切斷污染，從根本上保護環境，讓綠色化學教育成為素質教育的重要內容之一。

參考文獻：

[1]白慧杰.化學實驗教學中對學生安全意識的培養[J].化學教育，2005（1）.

[2]閔恩澤，吳巍.綠色化學與化工[M].北京：化學工業出版社，2000：7

[3]周寧懷.微型無機化學實驗[M].北京：科學出版社，2000：2.

[4]錢詩靖.綠色化學及化學實驗綠色化的研究[J].齊齊哈爾醫學報，2005（11）.

（作者單位：甘肅省定西市安定區鳳翔學校）

編輯：曾彥慧