綠色化學理念在無機實驗基本操作教學中的應用

高豐琴 馬占營 張引莉 徐維霞 高奕紅

[摘 要] 無機化學實驗基本操作教學部分是所有化學類專業(yè)培養(yǎng)學生實驗技能與實驗素養(yǎng)的基礎，而在該部分實驗教學過程中滲透綠色化學理念則為學生的綠色化學思維進行初步的引領。在教學過程中通過整合教學內(nèi)容、改進教學方式、規(guī)范基本操作、廢物綠色化處理和優(yōu)化評價模式等滲透綠色化學理念，對培養(yǎng)具有綠色環(huán)保意識、可持續(xù)發(fā)展意識的人才具有一定的現(xiàn)實意義。

[關鍵詞] 無機化學實驗;基本操作;綠色化學;教學

[中圖分類號]G642 ? [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2020） 09-0086-02

綠色化學是為適應經(jīng)濟和社會發(fā)展需要以污染防患于未然的環(huán)保理念和資源可持續(xù)發(fā)展理念作為核心理念，進而要求環(huán)保意識必須滲透進化學行業(yè)。而綠色化學理念融入化學實驗也必須作為硬指標進入課堂教學，這可以使學生在課堂教學的耳濡目染中受到綠色化學的教育，從而培養(yǎng)學生科學的環(huán)境意識、資源觀念，增強他們的環(huán)保責任感。

無機化學實驗是化學、化工、應化和材料等相關專業(yè)的必修實驗基礎課程。由于無機化學實驗一般是專業(yè)培養(yǎng)方案中最早開設的課程，其教學質(zhì)量和教學效果對后續(xù)其他專業(yè)實驗課程的開展，對學生的專業(yè)認知、思維方式和知識體系架構(gòu)等均有非常重要的影響。但實驗操作技能是化學類專業(yè)學生必備的實踐操作能力，綠色化學理念的滲透可從資源利用、環(huán)境保護等方面來開展實驗，在基本教學過程中循序漸進地引導學生進行綠色化實驗操作，使學生在潛意識里形成綠色化學思想，增強環(huán)保意識，尊重自然發(fā)展規(guī)律，從而為人類及環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展做出自己的努力和貢獻。

一 無機化學實驗基本操作教學特點和學情分析

扎實的實驗操作基本功是所有從事化學科研的人員必須具備的基本技能，而無機化學實驗基本操作教學就是圍繞無機化學實驗的基本操作方法和技能技巧展開。這部分教學內(nèi)容繁多，諸如稱量、試劑取用、過濾、濃縮、結(jié)晶與重結(jié)晶及儀器的使用如容量瓶、滴定管、離心機等的使用。化學實驗基本操作有很強的規(guī)范性，無論是儀器的使用或者是常規(guī)基本操作，都要嚴格地按操作規(guī)范進行，在無機化學實驗中培養(yǎng)學生規(guī)范化的操作也是最基本的要求。

中學階段的化學課程一般很少從環(huán)境保護的角度安排教學內(nèi)容，教師在課堂給學生滲透的綠色化學理念也較少;學生聽老師講實驗的較多，自己動手實踐操作往往也是以理想的考試結(jié)果作為內(nèi)驅(qū)動力，很難從學生自身角度形成綠色化學思想。而無機化學實驗基本操作是培養(yǎng)學生實驗方法和基本技能最基礎的教學，一般在大學一年級開設，在整個實驗課程教學安排中是最早的。此時的學生只是在中學階段對實驗有一定的理論了解，動手實踐、操作實驗的愿望和興趣非常高，這個時期對學生進行實驗“啟蒙”教育時，將綠色化學的理念滲透于課堂教學和實踐中，無疑對學生將來的學習乃至從事科學研究、教學管理等方面產(chǎn)生深遠而重要的影響。

二 綠色化學理念在基本操作教學中的應用

（一）整合教學內(nèi)容，以“綠色理念”滲透課堂

“化學的綠色化”作為當前化學進展的主要方向，要求在無機化學實驗基本操作中以這一理念為標準，對教學內(nèi)容進行整合。基本操作實驗的目標是學生掌握基本操作技能和培養(yǎng)學生基本實驗素養(yǎng)。在實際教學中往往采用教師先講或演示然后學生操作練習的模式，而且此時的學生往往對儀器的使用或?qū)嶒灧椒]有形成規(guī)范和正確的意識，實驗要求一般也以掌握基本操作和實驗方法為主，這部分內(nèi)容的教學也容易將綠色理念滲透進課堂。比如試劑的使用完全可以用更綠色的試劑代替，使用無毒或低毒試劑代替有毒有害的試劑來練習，部分實驗可根據(jù)實際實驗效果采用“減量化”原則。如在進行儀器使用練習時，膠頭滴管、吸量管（移液管）、酸堿滴定管的使用等均可以用自來水來代替試劑進行前期的操作練習;溶液的配制實驗中要求學生掌握一般溶液的配制和標準溶液的配制，由于是操作技能訓練，可以采用“減量化”原則，比如減少一般溶液配制中溶質(zhì)的質(zhì)量或總體積，降低標準溶液配制中溶質(zhì)濃度等。對于氯化鈉的提純、硫酸亞鐵銨的制備等典型的無機物的提純和制備實驗，以掌握溶解、加熱、過濾、濃縮、重結(jié)晶、驗純等操作為核心，在不影響實驗結(jié)果的前提下，均可以將初始原料的量減少。如中山大學等校編《無機化學實驗》中粗鹽的量為20.0 g，硫酸亞鐵銨的制備中鐵屑的量為4.2 g，根據(jù)幾年來學生的實驗結(jié)果來看，均可以減少為原數(shù)據(jù)的一半甚至三分之一的量來進行實驗。

此外，在教學內(nèi)容的整合方面，為防止有毒氣體等污染等可以采用封閉式實驗等。如制備硫酸亞鐵銨的裝置，可將傳統(tǒng)的敞開式的實驗裝置改為封閉式，整個反應在密閉的容器中進行，實現(xiàn)了化學實驗的綠色化。

（二）改進教學方式，以“綠色意識”引領課堂

在教學方式上，將綠色化學理念滲透于教學行之有效的方法常見的有微型實驗、多媒體教學等方式，通過課堂教學方式的轉(zhuǎn)變引導學生逐漸形成“綠色化學意識”。在教學方式選擇上，開展所用試劑量少、儀器體積小、反應時間短等的微型化實驗，不僅培養(yǎng)學生節(jié)約意識，更要求學生必須精心操作認真觀察，從而有利于培養(yǎng)他們嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。如二價鎳的特色鑒定實驗，向二價鎳溶液中加丁二酮肟生成鮮紅色的沉淀，一般在試管中進行，但如果將實驗改用在濾紙上通過滴加操作進行該實驗，不僅現(xiàn)象明顯，試劑用量極少，而且實驗后不需進行廢液回收和儀器洗滌，大大降低了實驗成本。

近年來，雨課堂等線上教學的產(chǎn)生，為課堂互動帶來一定的便利。學生利用課前或課后觀看微視頻，教師和學生可以通過互動加深對基本操作的印象，以避免不規(guī)范或錯誤操作以減少練習的次數(shù)達到綠色化學實驗的目的。另外，無機化學實驗中常用到的強酸強堿、重金屬離子鹽、腐蝕性試劑等對環(huán)境都有一定的污染性，這些實驗利用多媒體教學，學生可以通過觀察到實驗現(xiàn)象從而領悟知識點的學習。

（三）規(guī)范基本操作和廢物處理，以“綠色思維”掌控課堂

正確規(guī)范的操作是綜合實驗及科研訓練成功的牢固基礎，也是安全的有效保障，更是滲透綠色化學教育的關鍵所在。在化工生產(chǎn)行業(yè)里，因“跑、冒、滴、漏”及不規(guī)范操作帶來的化學事故舉不勝舉，由此帶來的環(huán)境污染甚至不可預估。不規(guī)范帶來的隱患諸如：氣體制備實驗時使用啟普發(fā)生器不檢查氣密性導致鹽酸漏出、離心機使用不規(guī)范離心管破裂致使藥品或試劑灑出;在使用容量瓶時不檢漏或轉(zhuǎn)移溶液于容量瓶時不用玻璃棒引流;使用移液管（吸量管）時用洗耳球吹液體使其快速流下或忽視吸量管上方的“吹”字;使用酸堿滴定管時不檢漏或涂抹凡士林太厚;在使用膠頭滴管時，滴管深入到試管、量筒等容器中或直接用拇指和食指擠壓膠頭致使液體拋灑;等等。因此，綠色化學理念的滲透應當從規(guī)范基本操作開始，使學生明確規(guī)范操作的意義，樹立規(guī)范操作理念，培養(yǎng)規(guī)范操作素養(yǎng)，以至于在日積月累的基本操作練習中培養(yǎng)“綠色化學思維”。

在實驗廢物處理方面，無機化學實驗一般以一個實驗項目為目標，所制備的產(chǎn)品在實驗項目結(jié)束后就可能成為“廢物”。但所謂的廢物只是相對而言，將其回收后完全可以根據(jù)產(chǎn)品的特點再利用、再生后利用、三廢處理教學使用或者根據(jù)“三廢”處理標準處理。例如，溶液的配制實驗項目中配制的硫酸、鹽酸、硝酸等溶液均可以直接在無機化學實驗后續(xù)實驗中使用;氯化鈉的提純實驗項目中制備的固體氯化鈉可以在天平的使用實驗項目中用來練習稱量操作;硫酸亞鐵銨的制備實驗項目中制備的硫酸亞鐵銨可以經(jīng)純化后在分析化學實驗教學中使用;酸堿滴定實驗結(jié)束后的廢物，可以根據(jù)后續(xù)實驗直接留用或按酸堿的量中和處理或者讓學生自行設計方案進行污水處理，等等。

（四）優(yōu)化評價模式，以“綠色理念”回歸課堂

無機化學實驗的評價，一般采取平時成績和期末操作考試相結(jié)合的模式。在平時成績的考核中，往往側(cè)重于考勤、課堂操作評價和實驗報告完成情況，一般都不會將預習報告作為直接的考核方式。而預習報告對于基本操作實驗來說是必不可少而且積基樹本，因為預習報告不僅僅關乎實驗最終結(jié)果的成敗，更關乎學生對實驗目的、原理、步驟的熟悉程度及試劑的合理使用與儀器的規(guī)范操作。因此，適當調(diào)整評價方式，重視實驗預習報告，可減少實驗操作無效次數(shù)，從行動上踐行“綠色化學”，也以評價模式為導向使“綠色理念”回歸課堂教學。比如可適當增加或提高預習報告作為平時考核的分量，無預習報告則直接不允許開展實驗，教師在基本操作演示之前可讓學生試操作等等，通過加強過程考核引起學生對預習報告的重視，從而達到“綠色理念”教學目標的實現(xiàn)。

無機化學實驗基本操作部分的教學，在化學類專業(yè)培養(yǎng)學生實驗技能和實驗素養(yǎng)方面有著舉足輕重的作用。整個實驗教學中滲透綠色化學理念，通過整合實驗內(nèi)容可以從源頭上杜絕污染，根據(jù)教學內(nèi)容采用合適的教學方式可以減少污染，規(guī)范化操作、合適的廢物處理方法可以避免額外的污染并可以實現(xiàn)最大限度地可持續(xù)發(fā)展。將綠色化學理念融于無機化學實驗基本操作教學中，讓學生在最開始的實驗操作訓練中逐漸養(yǎng)成環(huán)保意識，激發(fā)實驗、科研的興趣，對培養(yǎng)具有綠色環(huán)保意識的高層次科研人才具有重大而深遠的意義。

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（責任編輯： 王義祥）