綠色化學理念在高中化學實驗教學中的實踐探索

作者簡介：羅生（1979—），男，廣西壯族自治區柳州市鹿寨縣鹿寨中學。

隨著全球環境問題日益嚴峻，旨在從源頭上減少或消除有害物質使用和產生的綠色化學受到廣泛關注。在高中化學教育中，實驗教學是不可或缺的一部分，但傳統實驗教學往往伴隨著試劑浪費和環境污染。因此，將綠色化學理念融入高中化學實驗教學中，對于培養學生的環保意識、推動化學實驗的綠色化具有重要意義。

一、綠色化學理念概述

綠色化學，又稱環境友好化學或清潔化學，其核心在于運用化學原理和技術手段，從化學反應的源頭著手，最大限度地減少或徹底消除有害物質的使用與產生，從而有效減輕化學工業對生態環境的負面影響[1]。它倡導在化學產品的設計、制造及應用的每一個環節，都應優先考慮環境因素，踐行綠色發展理念。

綠色化學的核心原則包括但不限于：強調預防污染的重要性，即“防止污染優于污染治理”，主張在化學過程中通過優化反應條件、選擇環保原料等手段，從根本上避免污染物的生成；追求原子經濟性，旨在提高化學反應中原料原子的利用率，減少副產物的產生，從而實現資源的最大化利用；倡導使用無毒、無害或低毒的化學原料及產品，以降低化學過程對人類健康及生態環境的潛在風險；注重設計安全的化學品及反應路徑，確保化學過程在可控、安全的條件下進行；提倡使用環保的溶劑和助劑，以減少對環境的污染；強調提高能源效率，降低化學工程中的能耗；推動設計可降解的化學品，確保化學產品在使用后能夠被自然環境所接納，不會造成長期的環境污染；鼓勵使用催化技術替代傳統的化學試劑，以提高反應效率，減少廢物的產生；嚴格避免化學物質的意外釋放，確保化學過程的安全性及環保性。

二、高中化學實驗教學現狀分析

當前，高中化學實驗教學普遍面臨多重挑戰，這些問題不僅制約了實驗教學的效果，也對環境保護和學生綜合素質的培養構成了潛在威脅。其一，實驗試劑消耗量大。一些傳統化學實驗需要大量使用有毒、有害或腐蝕性的化學試劑，如濃硫酸、濃鹽酸等。這些試劑在實驗過程中可能對學生健康造成危害，并且其處理和儲存都需要特殊設備，增加了實驗教學的成本。同時，實驗中有大量廢液產生，若處理不當，極易對水源和土壤造成污染，對環境產生長期負面影響。其二，實驗內容相對陳舊，缺乏創新性。許多高中的化學實驗項目內容陳舊，缺乏與現實生活和科技發展的緊密聯系，導致學生難以通過實驗了解化學的最新發展，也難以激發他們的學習興趣和創新思維。其三，實驗教學過程中對學生的環保意識教育不足。在傳統的實驗教學中，教師往往只關注實驗步驟和結果的講解，而缺乏對環保知識的系統介紹和環保意識的培養，導致學生在實驗過程中往往只關注實驗結果，而忽視了實驗對環境的影響，難以形成自覺的環保行為。總的來看，將綠色化學理念融入高中化學實驗教學中，已成為當前化學教育改革的重要方向。

三、綠色化學理念在高中化學實驗教學中的實踐策略

（一）優化實驗設計

優化實驗設計是踐行綠色化學理念的關鍵環節，主要通過改進實驗方法和裝置，在減少試劑用量、降低環境污染的同時保證實驗效果。

1.微型化學實驗

微型化學實驗采用微型儀器裝置，試劑用量通常為常規實驗的十分之一至千分之一。例如，在“乙醇的催化氧化”實驗中，傳統實驗需要大量乙醇和催化劑，且可能產生有害氣體。而采用微型實驗裝置，如點滴板或小試管，可顯著減少試劑用量[2]實驗中，學生觀察到銅絲灼燒后表面生成黑色物質，插入乙醇中迅速恢復光亮并產生刺激性氣味，表明乙醇被氧化為乙醛。微型實驗不僅能降低成本，還能減少廢液和廢氣排放。

2.封閉式實驗

封閉式實驗在密閉系統中進行，通過合理設計裝置控制反應產生的廢物，減少有害物質排放。例如，在“乙酸乙酯的制備”實驗中，傳統口裝置易導致乙酸乙酯揮發，污染環境。而采用封閉式裝置，如帶回流冷凝裝置的反應器，可有效冷凝回收揮發性有機物。實驗中，學生觀察到乙醇、乙酸和濃硫酸加熱發生酯化反應，生成乙酸乙酯和水，隨著反應進行，混合物變渾濁并產生香味。封閉式實驗不僅能減少污染，還能提高實驗安全性和試劑利用率。

（二）選用綠色試劑

選用綠色試劑是踐行綠色化學理念的重要方式，通過替換傳統有毒試劑、選用環保型催化劑等措施，可有效降低實驗對環境和人體的危害。

1.無毒或低毒試劑

傳統化學實驗中，許多試劑具有毒性或腐蝕性，對環境和人體健康構成威脅。選用無毒或低毒試劑替代傳統有毒試劑，是綠色化學理念在實驗教學中的重要實踐[3]。例如，在“銀鏡反應”實驗中，傳統方法使用乙醛或甲醛作為還原劑，這些試劑有毒且廢液處理困難。而改用葡萄糖等無毒或低毒醛類化合物后，既減少了有害廢液的產生，又降低了實驗風險。實驗中，學生可觀察到葡萄糖在堿性條件下與銀氨溶液反應生成銀，在試管內壁形成光亮的銀鏡。此外，無毒或低毒試劑通常易獲取、成本低，且廢液處理流程簡化，降低了實驗成本和環境負擔。

2.環保型催化劑

催化劑在化學實驗中至關重要，但傳統催化劑大多具有毒性或難以回收。選用環保型催化劑，是踐行綠色化學理念的又一策略。例如，在“酯化反應”實驗中，傳統方法使用濃硫酸作為催化劑，其具有強腐蝕性且廢液難處理。而改用固體酸催化劑后，不僅降低了廢液處理難度，還提高了反應選擇性和產率。實驗中，學生可觀察到乙醇、乙酸和固體酸催化劑在加熱條件下反應，生成乙酸乙酯和水。環保型催化劑還可回收再利用，降低了實驗成本，同時簡化了實驗操作流程，提高了教學效率。

（三）實施循環使用與回收

實施循環使用與回收是綠色化學理念在化學實驗教學中的重要實踐策略之一。通過回收再利用試劑、分類回收廢棄物等措施，可以減少資源浪費與環境污染[4]

1.試劑的循環使用

化學實驗中，許多試劑在反應后仍具有利用價值，循環使用這些試劑可有效減少資源浪費。例如，在“硫酸銅晶體的制備”實驗中，反應后的母液含有大量硫酸銅，學生通過蒸發結晶等方法，可將母液中的硫酸銅回收再利用。實驗中，學生先制備熱飽和硫酸銅溶液，再通過冷卻結晶得到硫酸銅晶體。反應結束后，收集母液并進行蒸發結晶處理，實現試劑的循環利用。此方法操作簡便，學生可在教師指導下獨立完成，同時能減少新試劑的采購量和廢液處理量，減少環境污染。

2.廢棄物的分類回收

化學實驗產生的廢液、廢渣等若處理不當，就會危害環境和人體健康。實施廢棄物分類回收是綠色化學理念的重要實踐策略。例如，廢舊電池含重金屬，需單獨收集并送專業機構處理；廢液應根據性質分類處理，如酸堿中和、沉淀過濾等。通過分類回收，學生可培養環保意識，提高資源利用率。

（四）融入環保教育內容

在化學實驗教學中融入環保教育內容是綠色化學理念的重要體現。通過環保知識講解、環保主題討論等活動，可以引導學生思考化學實驗對環境的影響，培養他們的環保意識和責任感。

1.環保知識講解

在實驗過程中，教師可以結合實驗內容穿插環保知識講解。例如，在介紹實驗所用試劑的環保性質和處理方法時，可以強調無毒或低毒試劑的重要性以及廢液分類回收的必要性；在分析實驗對環境的影響及改進措施時，可以引導學生思考如何減少有害物質的排放和資源的浪費。由此，學生不僅可以深入地理解化學實驗的原理和過程，還可以培養環保意識和責任感。他們將更加關注化學實驗對環境的影響，并積極尋求減少污染和浪費的方法。

2.環保主題討論

通過分享環保實驗的心得體會和創新點子，可以激發學生的環保意識和創新精神。例如，可以舉辦“綠色化學實驗設計”比賽，鼓勵學生設計環保的化學實驗方案。在比賽過程中，學生可以充分展示自己的創意和才華，同時學習借鑒他人的優點和經驗。通過環保主題討論活動，學生不僅可以加深對綠色化學理念的理解，還可以培養團隊合作精神和創新能力。

（五）利用信息技術輔助實驗教學

利用信息技術輔助實驗教學是綠色化學理念在化學實驗教學中的創新實踐。通過虛擬實驗室、在線模擬實驗等平臺，可以減少實際操作中的試劑消耗和環境污染，同時提高實驗教學的趣味性和互動性。

1.虛擬實驗室

虛擬實驗室是一種基于計算機技術的模擬實驗環境，它可以模擬真實的化學實驗過程和現象，使學生在虛擬環境中進行實驗操作和數據分析，減少實際操作中的試劑消耗和環境污染[5]。例如，在“有機物的合成與推斷”實驗中，傳統實驗需要使用大量的有機試劑和復雜的實驗裝置，且反應過程可能產生有害氣體。而通過虛擬實驗室，學生可以在計算機上完成實驗操作，觀察實驗現象，并進行數據分析。這樣不僅可以避免接觸有害物質，還可以反復實驗，進而加深對有機物的合成與推斷的理解。

2.在線模擬實驗

在線模擬實驗平臺是一種基于互聯網技術的遠程實驗教學工具，可以為學生提供豐富的實驗資源和交互式學習環境。通過在線模擬實驗平臺，學生可以在家中或其他遠程地點進行實驗學習和探究，打破傳統實驗教學的時空限制[6]，并與其他同學進行在線交流和合作，共同探究化學問題。

四、實踐效果分析

經過一學期的實踐探索，綠色化學理念在高中化學實驗教學中的融入取得了顯著成效。學生對綠色化學的核心原則和實踐意義有了更深入的理解，環保意識普遍增強。通過微型化學實驗和封閉式實驗的推廣，試劑用量減少，實驗成本降低，同時實驗操作的安全性顯著提升。融入環保教育內容后，學生開始主動關注實驗對環境的影響。例如，在實驗報告中，許多學生提出了改進實驗方案的建議，以減少污染，展現了強烈的責任感。而利用虛擬實驗室和在線模擬實驗平臺，學生的學習興趣和創新能力得到激發。

綠色化學理念在高中化學實驗教學中的實踐探索表明，通過優化實驗設計、選用綠色試劑、實施循環使用與回收、融入環保教育內容以及利用信息技術輔助實驗教學等策略，可以有效減少化學實驗教學對環境的負面影響，同時提升學生的實驗技能和化學素養。未來，應繼續深化綠色化學理念在化學教育中的應用，推動化學實驗教學的綠色、可持續發展，為培養具有環保意識和創新能力的復合型人才奠定堅實基礎。

[參考文獻]

[1］張念才.綠色化學理念在高中化學實驗教學中的應用探索［J].新課程研究，2024（26）：38-40.

[2］張連英.綠色化學理念融入高中化學實驗教學的策略研究［J］.天天愛科學（教育前沿），2023（11）：194-196

[3］虞春龍.綠色化學理念在高中化學實驗中的應用［J].河南教育（教師教育），2023（10）：83-84.

[4］羅長梁.綠色化學理念在高中化學實驗教學中的應用策略研究［J].教師，2023（14）：60-62.

[5］陳材.綠色化學理念融入高中化學實驗教學的實踐研究［J].高考，2024（35）：105-107.

[6］王勇.綠色化學理念在高中化學實驗中的應用研究［J].智力，2022（16）：130-133.