基于綠色化學理念的高中化學實驗教學的應(yīng)用研究

韓繼續(xù)　閻楠楠　任立新　李那仁滿都拉　張曼

摘 要：隨著新課標的提出和推進，高中化學有了全面的改革，綠色化學和可持續(xù)發(fā)展作為重要知識點，為今后的學習方面指明了方向。進入二十一世紀，我國越來越重視生態(tài)保護，習近平總書記多次提出建設(shè)美麗中國的目標，綠色環(huán)保是我國發(fā)展的重中之重。因此，高中化學中，綠色化學是必不可少的環(huán)節(jié)。本文研究分析了綠色化學實驗教學的現(xiàn)狀，探究其應(yīng)用意義。

關(guān)鍵詞：綠色化教學；高中化學實驗；實驗教學

中圖分類號：G633.8? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2023）11-0105-04

自21世紀以來，人類的科學經(jīng)濟發(fā)展已經(jīng)達到了很高的水平，但環(huán)境污染也由此變得越來越嚴重，能源的匱乏與環(huán)境的污染使人們感覺到危機，更加關(guān)注于自然保護與人類可持續(xù)發(fā)展，并發(fā)現(xiàn)造成這種現(xiàn)象的源頭是化學與化學工業(yè)，于是對化學與化學工業(yè)的重要性產(chǎn)生了嚴重的疑問。自古以來，人類的生存和發(fā)展一直以對自然資源的消耗和利用作為前提，而利用自然資源離不開化學這一基礎(chǔ)。環(huán)境對大氣、生物以及人體都造成了不可逆的危害，引發(fā)的危害與社會問題難以被察覺和預料。隨著世界人口的增加而帶來的壓力不減反增，人口、能源和環(huán)境三大問題最為明顯。因此，逐漸對化學和化工工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了懷疑。綠色化學的出現(xiàn)，為人類從化學的視角解決世界環(huán)境污染迎來了曙光。

綠色環(huán)保觀念在我國已經(jīng)得到推廣，高中化學作為基礎(chǔ)學科，離不開綠色化學的教學。特別是新課標以后，綠色化學的分量加重，融入化學教學中。然而，由于義務(wù)教育的觀念仍然存在，導致綠色化學教學沒有取得實質(zhì)性進展。一方面教師為了提高學生的化學成績，將更多的時間用到一些基礎(chǔ)知識教學上，以幫助學生取得更好的成績；另一方面學生為了擴充自己的知識，提高自己的成績，在綠色化學方面投入的時間較少。而且綠色化學的知識偏向于碎片化，東拼西湊的知識難以引起學生的學習興趣，也缺乏實踐，這些都影響了綠色化學的進一步發(fā)展。高中學生不僅僅要學習化學，同時也要學習數(shù)學等其他的基礎(chǔ)學科，投入到化學課程的時間較少，而教學中細分到綠色化學的時間就更少。因此，學校、教師和學生三方都應(yīng)該做出行動，加強綠色化學理念的學習，推動綠色化學的不斷發(fā)展。

化學課程的學習與發(fā)展從來都離不開化學實驗，這個基礎(chǔ)占據(jù)越來越重要的地位。高中化學教學中，一些化學實驗的領(lǐng)會與操作是學生必備的技能。然而在實驗的過程中，存在諸多問題，例如藥劑使用浪費、廢棄物處理不當?shù)龋疚耐ㄟ^研究綠色化學實驗教學，規(guī)范實驗方式，推動化學學科更好地應(yīng)用于實踐中。

1 化學實驗綠色化的含義及特點

1.1 綠色化學的含義

綠色化學涉及范圍很廣泛，包括有機合成、催化、生物化學、分析化學等學科，涉獵范圍廣。綠色化學所提倡的是通過采用化學的手段對一些造成周圍環(huán)境污染、生物污染、人體污染的物質(zhì)，催化劑，合成材料，氣體、液體等使用量的減少或停止。理念和希望是綠色化學剛出現(xiàn)時所代表的含義。隨著學科的進步與不斷演變，綠色化學的定義也在不斷發(fā)生變化。在不斷發(fā)展變化中逐步趨于實際應(yīng)用，且其發(fā)展與化學密切相關(guān)。綠色化學倡導人，原美國綠色化學研究所所長，耶魯大學教授P．T．Anastas教授在1992年提出的“綠色化學”定義是：Chemical products and processes that reduce or eliminate the use and generation of hazardous substancese. 即“減少或消除危險物質(zhì)的使用和產(chǎn)生的化學品和過程的設(shè)計”。雖然化學是綠色化學的根基，但在實際應(yīng)用和實踐中更接近于化工。由此可見，綠色化學所涉及的范圍也越來越寬。

此外，綠色化學與污染控制化學并不是一個概念。污染控制化學研究的對象是對已被污染的環(huán)境進行治理的化學技術(shù)與原理，使之恢復到被污染前的狀態(tài)。綠色化學研究的對象卻是使污染消除在其產(chǎn)生的源頭，從而使整個實驗流程無論是整個合成過程還是生產(chǎn)過程都是環(huán)保的，不會對環(huán)境造成污染，不會產(chǎn)生有毒、有害的物質(zhì)，這是從根本上消除污染的方法。在整個實驗過程中，從實驗的最開始就不使用有毒有害的物質(zhì)，適當采用了預防污染的科學手段，在實驗的過程中以及實驗結(jié)束時都是沒有廢液的排放和環(huán)境的污染，也就是零排放或零污染。當前世界上很多國家開始將“化學的綠色化”作為二十一世紀化學發(fā)展進程的主要研究方向。

簡而言之，綠色化學又稱可持續(xù)發(fā)展科學、清潔化學、環(huán)境友好化學，是一項重要的教學內(nèi)容，通過采用各種綠色環(huán)保的方式，減少污染物的排放，并正確處理化學廢物，保證整個過程不會產(chǎn)生污染。

1.2 化學實驗綠色化的含義

化學實驗綠色化是以綠色化學的理論和基本原則對化學實驗進行改進，盡可能減少環(huán)境污染或無污染，確保在實驗的過程中，能夠正確地對待實驗儀器和實驗原材料，特別是加強師生的綠色使用，保證整個實驗過程是安全的。在綠色化學實驗過程中，老師需要密切注意學生進行實驗的每一個步驟，在實驗開始前做好充足的準備工作，可以通過對儀器使用量的減少達到綠色化學的目的。另外，對實驗所需使用的化學物質(zhì)也要有一定的鑒別性，用綠色環(huán)保的試劑代替污染能力強的試劑。在進行綠色化學實驗中，實驗操作不當也會造成一些環(huán)境污染，因此要注意規(guī)范操作。在實驗結(jié)束之后，除了對實驗臺的整理，對在實驗過程中未使用完的試劑以及制備出的物質(zhì)也進行正確規(guī)范的處理。同時，不僅僅是試劑，對實驗過程中產(chǎn)生的廢氣、廢液等也進行相關(guān)的適當處理，避免直接暴露在空氣中，造成環(huán)境污染。

1.3 化學實驗綠色化的特點

綠色化學實驗?zāi)軌蛟谧畲蟪潭壬习l(fā)揮綠色的特點，盡可能減少有害物質(zhì)的排放，并且提高整個過程的綠色化、環(huán)保化，不會對環(huán)境造成污染，對環(huán)境非常友好。教師在演示實驗的過程中，也能夠保證環(huán)境優(yōu)化，更加安全，提高整個化學實驗的綠色化。在我國大部分化學教師在進行實驗教學時，對化學實驗本身是否順利關(guān)注較多，更加關(guān)注的是實驗內(nèi)容是否合理，而對高中化學實驗過程產(chǎn)生的環(huán)境污染問題關(guān)注較少，導致高中化學教師在進行化學實驗教學過程中，由于教師對化學實驗可能造成的資源浪費、廢氣廢渣的忽略，導致環(huán)境污染日益加深。這種不正確的示范會導致產(chǎn)生的后果難以估量，積少成多，隨著時間的累積，在多次化學實驗后，由于實驗造成的環(huán)境污染難以改變。因此，要如何實現(xiàn)綠色化學？第一步，教師在思想上重視綠色化學，對學生進行言傳身教，通過自身的行動以及講解，不斷提高自己和學生的環(huán)境保護意識，通過教師的引領(lǐng)使學生感悟綠色化學的魅力。不僅僅是在學習中，感悟綠色化學的魅力會對學生的很多方面都產(chǎn)生深遠的影響，對路邊花草的愛護，對亂扔垃圾行為的制止都是學生關(guān)注環(huán)境問題的體現(xiàn)，減少學生自身對環(huán)境的污染。不積跬步無以至千里，綠色化教學在不斷努力中會產(chǎn)生巨大意義。

2 綠色化教學在高中化學實驗教學中的意義

2.1 有利于課程理念的落實

在新課程標準中，格外強調(diào)學生需要不斷養(yǎng)成對科學世界觀的認識以及對嚴謹務(wù)實的科學態(tài)度的追求精神，并深刻學習科學知識，增強環(huán)保觀念，并不斷地提高自己的社會責任感，積極投入環(huán)保事業(yè)當中去，養(yǎng)成良好的生活習慣，貫徹落實科學發(fā)展觀，對保護環(huán)境做出貢獻。綠色化學作為一種新興觀念，教師需要在學習中不斷更新自己的觀念，把綠色化學理念合理地應(yīng)用在教學的各個環(huán)節(jié)，同時也需要將這種綠色化學的思想傳遞給每一個學生，理論聯(lián)系實際，使學生都具備環(huán)境保護理念。

2.2 有助于環(huán)保意識的提高

由于現(xiàn)代化科學技術(shù)的不斷演變，我們的生活變得更加方便，卻導致環(huán)境產(chǎn)生了嚴重的污染。因此在高中化學教學時綠色化教學變得格外重要，在實驗中需要選擇無須燃燒的實驗儀器和試劑。假設(shè)在高中化學實驗教學中遇到部分有害實驗無法刪除時，老師可以通過引導學生對正確的實驗方式進行領(lǐng)會理解并來完成實驗。也可以適當簡化實驗儀器，使實驗達到理想效果。在高中學習階段，學生仍然處于一個接觸世界的過程，人生觀和價值觀在不斷完善，通過開展綠色化學實驗教學，并且深入貫徹落實綠色環(huán)保觀念，使學生能夠更加清楚地意識到何為綠色化學，以及綠色化學的重要性，提高環(huán)保意識，并改掉浪費的習慣，使用環(huán)保產(chǎn)品，有助于社會可持續(xù)發(fā)展。

2.3 有助于綠色社會的建立

在當今時代的不斷發(fā)展和變遷中，無論何時，化學都在以各種各樣的形態(tài)出現(xiàn)在我們身邊，并且不斷地影響著人類，影響著整個世界，對于人類現(xiàn)代和未來的發(fā)展舉足輕重，不可替代。又以武器為例，換個角度說，武器的制造與應(yīng)用使得早期人類在與其他生物斗爭中獲得優(yōu)勢，并且可以在眾多生物中脫穎而出，從弱小不斷變成如今的強大，并成為食物鏈的上層，從曾經(jīng)茹毛飲血的野蠻一步步通往文明，是化學使人類能夠開啟了人類社會。觀望人類幾千年的發(fā)展史中，從來沒有任何一次的改變與創(chuàng)新能離開化學。由于冶金技術(shù)的出現(xiàn)，我國開始采用鐵犁牛耕，在春秋戰(zhàn)國時期便是我國古代農(nóng)業(yè)最主要的生產(chǎn)方式。極大地推動了生產(chǎn)力的發(fā)展，并且導致井田制得以瓦解。早在蔡倫之前，我們中國的四大發(fā)明早已存在，制漿、脫水、壓縮、烘干，一步步工藝都與化學有著密不可分的關(guān)系。同時，造紙術(shù)也傳播至其他國家，使我們引以為傲。同為四大發(fā)明的火藥，則是利用火藥硝酸鉀分解產(chǎn)生氧氣，在迅速燃燒時會生成大量的熱和一些氣體，導致體積變大并膨脹，進而導致爆炸。18世紀60年代，第一次工業(yè)革命的開始由蒸汽機的誕生開始，從英國乃至整個世界都步入了“蒸汽時代”，資本主義世界的體系也逐漸建立起來。我們的生活離不開化學，衣食住行都與化學相關(guān)，衣服上五彩斑斕不同的顏色是通過對染料進行化學處理得到的，糧食和蔬菜的豐收與通過化學反應(yīng)得到的化肥有很大關(guān)系。水泥、鋼材、玻璃等建材的混合提煉制造同樣與化學密不可分，連生活中隨處可見的交通工具也和化學有著重大的聯(lián)系。化學一點一滴滲透在我們身邊，生活中的方方面面都與化學有著密切的關(guān)系，從微觀世界到宏觀世界，化學都在努力使我們的生活得到高質(zhì)量發(fā)展。

21世紀經(jīng)濟得到快速發(fā)展的同時，在一定程度上也對環(huán)境造成了破壞，為了實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展，我國多次提倡綠色環(huán)保出行、綠色環(huán)保就餐等，努力構(gòu)建綠色社會。學生作為重要的角色，對綠色社會的構(gòu)建起到舉足輕重的作用。在高中化學開展綠色化學教學，能夠有效地增強學生的綠色認同感，提高環(huán)保意識，并形成良好的習慣，有助于綠色社會的建立。

3 綠色化教學在高中化學實驗教學的應(yīng)用

3.1 實驗的綠色化設(shè)計

綠色化學的核心是“從源頭上消除污染”，因此，在設(shè)計化學實驗時，要秉持這一原則，實現(xiàn)實驗的綠色化設(shè)計，安排無污染的實驗原材料，在實驗儀器的選擇上，也要遵守綠色原則。進行一些化學反應(yīng)時，第一步需要選擇對環(huán)境無污染的反應(yīng)方式，產(chǎn)生的反應(yīng)物是環(huán)境友好型的，不會對空氣造成危害。實驗完成后，既要妥善處理實驗廢物，加強實驗感觸和實驗內(nèi)容，也要提高整個實驗的管理特性，節(jié)約藥品，提高可復用性。也需要尋找具有替代性的藥品。只要有可能，實驗過程中使用和生成的物質(zhì)應(yīng)對人類健康和環(huán)境無毒或毒性很小。例如用“三氯化鐵”代替“硝酸”清洗銀鏡，反應(yīng)要避免產(chǎn)生有毒的“二氧化氮”。用“煤油”代替“四氯化碳”消除由于“四氯化碳”逸散到空氣中生成劇毒的“光氣”。同時在進行高中教學的有機實驗中，用“溴乙烷”代替“苯”，避開了“苯”產(chǎn)生對空氣污染大的有毒物質(zhì)。

3.2 藥品的有效利用

綠色化學對藥品的使用也做出了規(guī)范，開展有效的藥品選擇，并考慮重復實驗，因為一些藥品在使用之后，可以重復使用，如果直接丟棄，則會導致原材料的浪費，這與綠色化學觀念相悖。在使用一些催化劑進行化學反應(yīng)時，催化劑并沒有產(chǎn)生質(zhì)的變化，因此可以回收利用，在下次實驗中也可以繼續(xù)使用。藥品的有效利用是一個非常重要的指標，能夠有效地降低實驗的成本，并節(jié)約資源，這符合綠色化學的理念。

3.3 減少對玻璃儀器的依賴

玻璃試管是在化學實驗中經(jīng)常使用的實驗儀器，特別是在進行一些氧化還原反應(yīng)時，需要搭建的整個實驗環(huán)境，從反應(yīng)物到產(chǎn)物，都需要一個完整的實驗儀器設(shè)備的支持。氣體在玻璃儀器中移動，然后歸到反應(yīng)器皿中，完成整個實驗。然而，玻璃儀器具有易碎的特性，如果在使用過程中操作不當，就會對演示人員造成危險，因此，綠色化學倡導減少對玻璃儀器的依賴，可以選擇其他可替代的儀器，例如點滴板，將顯色反應(yīng)在點滴板上進行，能夠更加清晰地觀察到實驗結(jié)果，也能夠最大程度上保證學生實驗的安全。

3.4 妥善處理實驗廢棄物

在進行高中化學實驗的過程中，學生要遵守實驗原料和反應(yīng)物的處理，規(guī)范操作實驗廢物，盡可能減少實驗原材料的浪費，加強對實驗廢棄物的處理，節(jié)約資源，做到綠色環(huán)保，并對產(chǎn)生的實驗廢棄物進行分類回收，按照回收手冊的標準投放到相應(yīng)的位置，做好實驗善后處理操作，培養(yǎng)學生的環(huán)保意識。一般實驗室廢棄物有如下收集的辦法。

（1）分類收集法：可以根據(jù)廢棄物和危險品不同的物理化學性質(zhì)，分門別類地進行回收。

（2）按量收集法：按照高中化學實驗所排出的廢棄物的量的多少進行回收。

（3）相似歸類收集法：將一些種類性質(zhì)和狀態(tài)都相近的廢棄物收集在一起進行回收。

（4）單獨收集法：對于一些存在危險的化學廢棄物需要進行單獨回收。

對于實驗室中處理常見廢液的原則，首先當廢棄物已經(jīng)相當安全時，直接將其排放至排水溝中。如果可以盡量將廢液濃縮，當廢液濃度升高體積減小，即可進行隔離，并儲存在安全的環(huán)境中。利用蒸餾、過濾、吸附等物理或化學常用方法，將有害和無害試劑進行分類，保留有害物質(zhì)。對于無危害試劑，可以進行安全燃燒處理，但僅限于數(shù)量較小的物質(zhì)，注意燃燒時物質(zhì)不能留在有害氣體中，當沒有辦法完全處理時，選擇安全場所進行填埋。

對于一般有毒氣體，可以在實驗過程中借助通風櫥或者管道，通過空氣的擴散處理掉，但是當有毒氣體很多時，需要通過一些物理或化學方法處理后變?yōu)橐话銡怏w再處理。

4 結(jié)論

綠色化教學在高中化學實驗教學中具有非同尋常的意義，高中化學教學中離不開綠色化學，本文探究了其廣泛的應(yīng)用。新課標的不斷推進，對綠色化學產(chǎn)生更加深刻的認識，并且能夠合理地將其體現(xiàn)到高中化學實驗教學中，培養(yǎng)學生對環(huán)境保護的意識，增強環(huán)保觀念，這樣就可以做到人與自然的和諧相處，共同構(gòu)建文明社會。

參考文獻：

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