淺談綠色化學理念在高中化學實驗中的應用

王娟

摘 要：高中化學學科知識有著較強的抽象性和邏輯性特征，同時也十分注重實踐能力的培養，而且高中化學也有著明顯的實驗性特點，需要通過實驗教學來幫助學生學習和理解化學現象原理。作為化學學科中的重要組成部分，只有通過化學實驗教學的親身實踐，才能夠讓學生更加深入且透徹地認識到化學知識、化學原理、化學現象。但化學實驗教學除存在一定危險性外，還會產生一些有害廢物，成為污染環境和威脅學生身體健康的來源。而綠色化學理念的融入則能夠實現化學實驗教學的優化，在保證高中化學實驗教學有效性基礎上，進行教學方法創新和實驗教學內容與流程的改良，從而強化學生對環境的保護意識。本篇文章將重點討論綠色化學理念在高中化學實驗中應用這一議題，在明確綠色化學理念內涵及核心基礎上，分析并闡述綠色化學理念在高中化學實驗教學中應用的價值意義，最后提出幾點綠色化學理念在高中化學實驗中應用的思路。

關鍵詞：綠色化學理念；高中教學；化學實驗；教學應用

對于高中學生而言，化學實驗教學能夠促使其快速、準確地理解相關化學知識，對化學知識正確運用有著重要的促進意義。一方面，學生對于所學化學知識可以進行實踐驗證，明確化學知識在實際操作和運用當中所能夠發揮的作用和如何運用的思路，從而加深其對化學知識的理解。而另一方面，教師也可以通過化學實驗教學，幫助學生更加直觀地了解化學教材中所講述的理論知識和化學實驗技巧，以及化學實驗與知識運用在社會經濟生產中的地位。

隨著新課程標準的深入實施，高中化學學科實驗教學所占比重也有所增加，化學課程的教學重點逐漸從純理論知識講授向理論與實踐相結合過渡，但由此也帶來了一些問題，其中最關鍵的是高中化學實驗教學過程中產生的廢棄物處理問題。目前，高中化學實驗教學過程中，常常會產生一定量的“三廢”物質，而且如果沒有妥善處理就直接排放，會對周圍環境造成嚴重的污染。而綠色化學理念主要指的是對人沒有危害的化學理念。也就是說，在化學實驗教學過程中，最大程度上降低化學實驗對環境的污染，盡量選擇一些危害較小甚至無害的化學試劑來開展高中化學實驗教學，將綠色環保思想融入學生的實驗教學過程中，以此來保證在不影響實驗結果基礎上，最大化確保環境健康，而這恰恰能夠有效彌補現代高中化學實驗教學所造成的環境污染問題，從而培養高中生綠色環保意識，使學生既能夠完全掌握化學知識，同時又可以在保護環境基礎上，靈活運用化學知識去造福社會，實現人與自然、資源、社會、經濟、環境之間的協調發展。

一、關于綠色化學理念

（一）綠色化學理念內涵

綠色化學最早是由美國化學會于20世紀90年代初期所提出的，而且一經提出就成為美國國家環保局的中心口號。人們將綠色化學稱之為環境無害化學，并且貼上了“環境友好化學”與“清潔化學”的標簽[1]。

綠色化學所提倡的是運用化學相關技術及其原理為人們創造出不影響人們生命健康和環境健康的“產品”，包括藥品、溶劑和催化劑的使用和相關副產物，所有的化學實驗與化學知識研究與應用都要盡量使參與反應的原子全部轉化到目標產物當中，不產生任何有害或無關的物質。

綠色化學理念提出的目的在于將現有化學與現代科技、生產技術路線進行改進與優化，使其從“先污染、后治理”轉變為“從源頭上扎緊污染的出口”，其最終目標是要通過綠色化學理論與技術的同時不再產生任何危及人們身體健康與污染生態環境的物質，所有的化學研究、化學實驗、化工生產都不再需要對大量廢棄物進行無害化處理。由此可以看出，綠色化學理念從杜絕污染和減少對資源的浪費這兩部分重新進行了化學工業體系的調整，并且從全新的角度更新了整套化學工業體系。

從科學角度來講，綠色化學理念是以傳統化學理念為基礎，進行思維的革新，并且融入了綠色環保視角對化學的觀點，從而從根源上避免了環境的污染。而從經濟學角度來分析，綠色化學理念實現了對所有資源的合理化利用和最大化利用，并盡量向成本節約化靠攏，以確保經濟的可持續發展。所以，綠色化學理念的內涵在于，可以將其歸屬于追求人與自然和諧共存的新型化學學科理念，其是對人類文明與生態自然可持續發展在新時代下的重要體現。

（二）綠色化學核心

綠色化學理念的核心是原子經濟性，其概念是由美國斯坦福大學的求斯特教授所提出，原子經濟性也為求斯特教授帶來了1998年美國“總統綠色化學挑戰獎”。從原理上解釋“原子經濟性”，可以表述為在化學品的合成當中，所運用的合成技術與工藝方法要設計為可以實現反應過程中所使用的全部原材料最大程度上轉化為最終產物，最為理想的原子經濟性反應是將原料原子100%轉化為所需要的目標產物。

一般來講，原子經濟性是能夠利用反應的原子利用率來予以衡量的，可依照化學計量公式進行理論值的計算。理論上來說，原子利用率越高，則說明資源利用率越高，所產生的廢棄物質越少，對環境所帶來的污染也就越低，如果能夠達到100%利用率，則說明原料分子中的每一個原子都可以參與到反應中，實現與目標分子的充分整合，從而不產生任何廢棄物或者副產物，真正達到零排放與零廢棄。

二、綠色化學理念在高中化學實驗教學中應用的價值

從化學實驗本身來講，綠色化學理念的應用所代表的是整個化學實驗教學中，污染和潔凈度最高的化學教學體驗，更是通過使用一些新能源或新資源，采用無害無毒方式及化學實驗原料物品，在降低環境污染條件下開展實驗教學，并提高化學實驗教學有效性的基礎，以此來達到降低化學實驗教學中所產生廢棄物、有害物質所造成污染的效果[2]。

（一）培養學生綠色環保意識及理念

在高中化學實驗教學過程當中，不但要求以綠色化學理念及操作去完成化學實驗教學，重要的是，在教師的引導下，通過綠色化學理念應用與綠色化學實驗教學設計來提高高中化學實驗的環保水平。也只有教師重視綠色化學理念的融入與應用，并將其理論與實踐相結合，方能夠培養學生綠色環保意識和掌握正確的化學實驗操作方式。從小樹立明確的綠色化學理念，這對于學生未來的良好發展和健康成長都有著很大的益處，充分體現出了綠色化學理念在高中化學實驗教學中應用的價值。

（二）有效節約化學實驗原料和減少有害物污染影響

將綠色化學理念應用到高中化學實驗教學中，可以有效節約化學實驗原料使用量，尤其對一些成本較高、有著較高危險性與污染性的化學原料，可降低其所帶來的威脅。同時，化學實驗的生成物也可以在綠色化學理念應用下得到收集和無害化處理，甚至可以妥善處理及存儲后用于其他化學實驗教學，從而大大節約化學實驗原料，避免造成原料浪費，也可以節約生成物與有害物實驗后無害化處理的成本。

（三）提高學生參與化學實驗的積極性

高中化學實驗教學應用綠色化學理念，能夠促使學生在實驗過程中產生更加深入的思考，在綠色化學理念引導下，教師指導學生進行各種化學物質的研究，尤其可掌握化學實驗生成物的回收、處理方法，其中涉及很多化學課本以外的知識。而且整個過程也無異于再開展一次不同且有趣的化學實驗，不同的化學實驗與化學現象都能夠吸引學生的注意力，在接觸到更多化學課本中所沒有的化學知識與化學現象時，對學生會產生巨大的吸引力，這更加有助于學生積極性的提升[3]。

三、綠色化學理念在高中化學實驗中的應用

當前，很多地區的高中學校已經著手嘗試進行綠色化學理念融入高中化學實驗教學中的實踐，并且也積極進行相關難點和問題解決方案的制訂和落實，而且從可持續發展與綠色化發展以及生態文明建設理念角度來講，高中化學實驗教學的綠色化、無害化改進是其未來教學創新的必然趨勢。因此，無論是學校進行化學實驗室及相關化學實驗教學器材與化學原材料采購、建設、存儲管理方面，還是教師所制訂化學實驗教學方案及采用的化學實驗教學模式、方法方面，都要圍繞綠色化學理念為核心，將其融入高中化學實驗教學當中，使高中化學實驗教學更加符合綠色發展的整體部署，引導學生逐漸形成正確的綠色環保意識，而除教學觀念、教學模式、管理制度與資金方面的傾斜之外，還需注意合理進行化學實驗教學設計，實現綠色化學理念的全面落實。

（一）結合綠色化學理念創新高中化學實驗教學方法

高中化學實驗教學過程中，對于綠色化學理念的融入與應用，首先就需要從理念上予以滲透，要確保所有學生都能夠充分認識到綠色化學理念對當前社會發展，以及生態環境保護所具有的重要價值和意義。對于高中學生而言，無論從生活經歷，還是知識儲備角度來說，都已經趨近于成年人，對人類文明與社會發展以及環境保護的意義都已經有了一定程度上的理解，唯獨缺少社會閱歷和處事經驗。所以，教師需要能夠正確指導學生懂得如何去進行事物、物質的辨別，而應用到化學實驗教學中，則是要讓學生學會如何進行有毒有害物質的辨別。在實驗教學指導階段，教師可以運用多種不同的方法，為學生直觀展示化學實驗所產生的一些有毒有害物質或腐蝕性物質對環境污染的影像或圖片，使學生可以直接了解到化學環保與安全的重要性，從而在思想上引起高度重視，培養其綠色化學理念應用意識。而且對于化學實驗教學方法的創新設計也要盡量靠近綠色化學理念，要盡量選擇無害化和產生副產物或有毒有害物質較少的化學實驗原料，盡量設計出既安全同時也環保的實驗方法，從而充分體現出綠色化學理念在高中化學實驗教學當中應用的效果。

例如：在魯科版高中化學教材必修一中，第三章《物質的性質與轉化》第三節《氮的循環》的第三課時《硝酸的性質》實驗教學中實驗2“銅片與稀硝酸及濃硝酸反應”，在進行實驗之前，學生根據之前課堂上對硝酸化學性質的學習與了解，突出濃硝酸所具有的強烈腐蝕性，此時教師可以通過網絡搜集大量濃硝酸腐蝕性對人體、物品造成傷害的圖片或視頻影像，為學生展示生活中濃硝酸所帶來環境的污染和對人的傷害，使學生可以直觀地看到“觸目驚心”的圖片或影像，從而側面幫助學生建立較為強烈的實驗安全操作意識。在具體的實驗教學中，教師需要引導學生了解所有“銅片與稀硝酸及濃硝酸反應”相關實驗化學原料和生成物的相關性質，在明確所有實驗原料特性和生成物的化學性質之后，共同討論是否能夠尋找到實驗原料的綠色化替代品，不但能夠加深學生對濃硝酸化學性質的了解，同時也可實現實驗教學內容的拓展。

在完成實驗設計后，教師需要讓學生掌握如何正確處理和操作化學實驗原料的方法，如何進行濃硝酸的存儲或制取，或如何在實驗中滴入濃硝酸，包括所有注意事項，另外，還需讓學生懂得如何進行實驗生成物質的正確回收，如何避免造成有害污染，從而達到實驗課教學中資源的有效節約和污染的嚴格控制這一教學效果，確保每一名學生都能夠產生綠色化學理念的萌芽。

（二）根據高中化學實驗教學內容進行實驗教學串聯

目前的高中化學學科教育階段，在教材內容方面所規定的實驗教學內容占比增長較多，同時，所編制的實驗教學類型也越來越多，每一組化學實驗教學都需要消耗大量的化學原料和能量，同時又會產生很多由于化學反應而生成的化學物質或廢棄物。從當前高中化學教學內容的整體性不難看出，在化學實驗之間存在一定的關聯性，如果教師能夠將不同章節、不同單元化學實驗予以整合與串聯，就能夠節省一部分化學原料，而且對于一些化學實驗所需要的能量與催化劑以及資源可實現循環利用，從而大大降低對化學實驗原料的消耗量以及廢棄物的生成量，進而最大程度上實現高中化學實驗教學的綠色化、環?；痆4]。

例如：在魯科版高中化學教材的必修一中，進行第一章《認識化學科學》第二節《研究物質性質的方法和程序》第二課時《化學科學的主要特征》教學中，在講述到屠呦呦進行物質提取時，教師可以安排以水的蒸餾為主題的實驗教學，進行“蒸餾與萃取”相關實驗開展課堂實驗教學的拓展，而“蒸餾與萃取”與另一堂實驗課程“配置一定物質的量濃度的溶液”進行串聯整合，在教師指導下，讓學生將“蒸餾與萃取”中的化學生成物收集和妥善保存，在開展“配置一定物質的量濃度的溶液”實驗中，可有效減少額外準備蒸餾水的原料，而針對溶液配置最后所生成的氯化鈉溶液，教師可以讓學生進行回收和妥善保存，在后續進行“不同溶液導電性”的化學實驗教學中使用。

這種將不同單元、章節中化學實驗教學的串聯能夠有效節省大量化學實驗用原料，而且也充分利用化學實驗生成物，減少進行生成物無害化處理的成本。同時，在這種分散實驗教學的整合下，也凸顯出了化學學科知識的完整性，使學生了解化學知識之間的關聯性，引導學生形成更加全面且深入的化學思維與綠色節約意識，減少化學實驗原料消耗和生成物遺留產生的基礎上，使學生的綠色環保理念、節能降耗理念更加強烈，從而培養學生的綜合素質。

（三）重視高中化學實驗教學過程及流程無害化改進

在當前的高中化學實驗教學過程當中，教材所編排的教學內容設置了很多化學反應會生成有毒有害氣體或液體或固體的實驗題目，這也是目前很多高中化學實驗教學存在的諸多難點，以及造成諸多環境污染的主要原因。一方面，如果減少與之相關化學反應的實驗教學，則學生化學實驗課程學習的效果必然會受到一定程度的影響[5]。而另一方面，如果開展一些帶有明確污染性或有害性的化學實驗反應教學，則必然也會產生一定量的化學污染物，這也不符合綠色化學理念在化學實驗教學中應用的原則，所以，教師需要注重對化學實驗教學過程及流程的無害化改進，適當進行教學操作的改良，既要讓學生能夠完全掌握相關化學實驗的原理和操作步驟，同時也要懂得如何降低化學污染的方法及技巧，從而實現化學實驗教學有效性的提升以及綠色化學理念的融入。

例如：在魯科版高中化學教材必修一中第三章《物質的性質與轉化》第二節《硫的轉化》這一課的教學中，進行第二課時《實驗室里研究不同硫元素之間的轉化》實驗教學時，教師首先需根據實驗涉及的二氧化硫和濃硫酸進行相關化學性質的介紹，要讓學生明確二氧化硫所具有的酸性、污染性、還原性、氧化性等諸多特征與性質，從而讓學生能夠明確課本所指定相關化學反應實驗的一些要點和知識點以及重難點。教師在指導學生開展課本所指定化學反應實驗結束后，將所生成物導入氯化鐵、高錳酸鉀、硫化鈉和氫氧化鈉溶液當中，使二氧化硫能夠逐漸在化學反應中轉化及吸收，從而實現在開展化學實驗教學的同時，也盡可能將這些具有一定污染性、酸性、有毒有害化學物質的無害化處理方法教授給學生，讓學生懂得其中進行無害化轉化的化學原理，同時也可以實現這些有毒有害化學生成物的妥善處理，更加可以實現學生對化學物質相關性質和無害化轉化過程中所涉及化學反應知識的拓展，在最大程度上降低化學實驗教學對周圍環境和學生身體健康所帶來的危害。

（四）利用數字化與多媒體技術開展虛擬化實驗教學

綠色化學理念在高中化學實驗教學中的應用目的在于減少對化學實驗原料的消耗，減少化學實驗生成物對學生、對環境的危害及污染影響，同時也保護實驗中學生的人身安全，但無論如何進行教學方法的改進、教學實驗的創新，其必然會涉及實際操作中的一些影響因素，概率雖小但切實存在。而且學生操作的規范化水平也關系到實驗教學的質量及效果，同時也涉及綠色化學理念融入與應用的效果，但將數字化與多媒體技術應用到基于綠色化學理念應用下的高中化學實驗教學中，則能夠有效避免所提到的問題，可保證對化學實驗原料的零消耗，且不會產生具有污染性、有害性的化學生成物，但其局限就在于部分地區高中學校不具備數字化虛擬化學實驗開展的設備與環境條件，其需要運用到先進的仿真虛擬技術，也就是VR虛擬技術，需要學校能夠加強信息化教學設備及技術的建設與完善[6]。

例如：魯教版高中化學教材中有很多關于不同化學物質進行化學反應的實驗，或催化，或制備，或需要進行多種物質的轉化研究，這些步驟煩瑣且原料帶有一定危險性的化學實驗，如果在虛擬場景中，則學生可直接進行現場實驗操作，所有操作流程和注意事項均可模擬顯示實驗場景和要求，甚至可模擬學生實驗失敗或操作錯誤時對身體帶來的傷害，使學生既不會真實地受到生命威脅，同時也順利開展了化學實驗知識學習，所有的實驗操作和生成物處理均可在仿真虛擬場景中完成。可以說，仿真虛擬技術下的高中化學實驗教學是最大程度上體現綠色化學理念應用價值與實現應用效果最優化的手段，雖然以當前我國高中教育信息化建設與教育教學信息化硬件設施與軟件支撐來講，還不具備普及的條件，但不可否認的是，這種虛擬仿真化學實驗教學模式是進行綠色化學理念應用的最佳方式。

結束語

結合上述文章內容所述，綠色化學理念是結合當前環保理念、生態文明建設理念所提出的環境無害化理論，其更加強調對化學學科發展新方向的研究，致力于創造環境優化性化學、清潔化學，且非常重視化學相關原理和技術的改進和無害化、無污染化應用。如今，綠色化學理念得到社會各界的廣泛關注與認可，而將綠色化學理念應用在高中化學教學中，則能夠正確引導學生認識化學在人類生存、生活、繁衍中所發揮的價值功能與具體的危害，可借助綠色化學理念引導學生正確看待化學學科知識與技術，端正其價值觀和世界觀，從而培養學生綜合素質與核心素養。因此，高中化學教師需深度挖掘綠色化學理念內涵，“讀懂”綠色化學理念核心，并明確綠色化學理念在高中化學實驗教學中應用的價值意義，結合當前高中化學實驗教學現狀，合理融入綠色化學重要理念和思想，不斷改進和創新化學實驗教學方法，整合高中化學實驗教學內容，精心做好化學實驗準備，重新梳理化學實驗操作程序，實現化學實驗流程的無害化，同時也要著重培養學生綠色化學理念與環保意識，積極引入先進數字化技術、多媒體技術，開展貼近真實實驗情境與化學實驗操作的虛擬化實驗場景，從而既保證化學實驗教學質量，同時也提高化學實驗綠色化與無害化水平。

參考文獻

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