綠色化學(xué)理念在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐探索

作者簡介：羅生（1979—），男，廣西壯族自治區(qū)柳州市鹿寨縣鹿寨中學(xué)。

隨著全球環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，旨在從源頭上減少或消除有害物質(zhì)使用和產(chǎn)生的綠色化學(xué)受到廣泛關(guān)注。在高中化學(xué)教育中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是不可或缺的一部分，但傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往伴隨著試劑浪費(fèi)和環(huán)境污染。因此，將綠色化學(xué)理念融入高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識、推動化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化具有重要意義。

一、綠色化學(xué)理念概述

綠色化學(xué)，又稱環(huán)境友好化學(xué)或清潔化學(xué)，其核心在于運(yùn)用化學(xué)原理和技術(shù)手段，從化學(xué)反應(yīng)的源頭著手，最大限度地減少或徹底消除有害物質(zhì)的使用與產(chǎn)生，從而有效減輕化學(xué)工業(yè)對生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響[1]。它倡導(dǎo)在化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造及應(yīng)用的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都應(yīng)優(yōu)先考慮環(huán)境因素，踐行綠色發(fā)展理念。

綠色化學(xué)的核心原則包括但不限于：強(qiáng)調(diào)預(yù)防污染的重要性，即“防止污染優(yōu)于污染治理”，主張?jiān)诨瘜W(xué)過程中通過優(yōu)化反應(yīng)條件、選擇環(huán)保原料等手段，從根本上避免污染物的生成；追求原子經(jīng)濟(jì)性，旨在提高化學(xué)反應(yīng)中原料原子的利用率，減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用；倡導(dǎo)使用無毒、無害或低毒的化學(xué)原料及產(chǎn)品，以降低化學(xué)過程對人類健康及生態(tài)環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)；注重設(shè)計(jì)安全的化學(xué)品及反應(yīng)路徑，確保化學(xué)過程在可控、安全的條件下進(jìn)行；提倡使用環(huán)保的溶劑和助劑，以減少對環(huán)境的污染；強(qiáng)調(diào)提高能源效率，降低化學(xué)工程中的能耗；推動設(shè)計(jì)可降解的化學(xué)品，確保化學(xué)產(chǎn)品在使用后能夠被自然環(huán)境所接納，不會造成長期的環(huán)境污染；鼓勵使用催化技術(shù)替代傳統(tǒng)的化學(xué)試劑，以提高反應(yīng)效率，減少廢物的產(chǎn)生；嚴(yán)格避免化學(xué)物質(zhì)的意外釋放，確保化學(xué)過程的安全性及環(huán)保性。

二、高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍面臨多重挑戰(zhàn)，這些問題不僅制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，也對環(huán)境保護(hù)和學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)構(gòu)成了潛在威脅。其一，實(shí)驗(yàn)試劑消耗量大。一些傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要大量使用有毒、有害或腐蝕性的化學(xué)試劑，如濃硫酸、濃鹽酸等。這些試劑在實(shí)驗(yàn)過程中可能對學(xué)生健康造成危害，并且其處理和儲存都需要特殊設(shè)備，增加了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成本。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中有大量廢液產(chǎn)生，若處理不當(dāng)，極易對水源和土壤造成污染，對環(huán)境產(chǎn)生長期負(fù)面影響。其二，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對陳舊，缺乏創(chuàng)新性。許多高中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容陳舊，缺乏與現(xiàn)實(shí)生活和科技發(fā)展的緊密聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生難以通過實(shí)驗(yàn)了解化學(xué)的最新發(fā)展，也難以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維。其三，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中對學(xué)生的環(huán)保意識教育不足。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師往往只關(guān)注實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果的講解，而缺乏對環(huán)保知識的系統(tǒng)介紹和環(huán)保意識的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中往往只關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而忽視了實(shí)驗(yàn)對環(huán)境的影響，難以形成自覺的環(huán)保行為。總的來看，將綠色化學(xué)理念融入高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，已成為當(dāng)前化學(xué)教育改革的重要方向。

三、綠色化學(xué)理念在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐策略

（一）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是踐行綠色化學(xué)理念的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法和裝置，在減少試劑用量、降低環(huán)境污染的同時(shí)保證實(shí)驗(yàn)效果。

1.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)

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

2.封閉式實(shí)驗(yàn)

封閉式實(shí)驗(yàn)在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行，通過合理設(shè)計(jì)裝置控制反應(yīng)產(chǎn)生的廢物，減少有害物質(zhì)排放。例如，在“乙酸乙酯的制備”實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)口裝置易導(dǎo)致乙酸乙酯揮發(fā)，污染環(huán)境。而采用封閉式裝置，如帶回流冷凝裝置的反應(yīng)器，可有效冷凝回收揮發(fā)性有機(jī)物。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生觀察到乙醇、乙酸和濃硫酸加熱發(fā)生酯化反應(yīng)，生成乙酸乙酯和水，隨著反應(yīng)進(jìn)行，混合物變渾濁并產(chǎn)生香味。封閉式實(shí)驗(yàn)不僅能減少污染，還能提高實(shí)驗(yàn)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(xué)理念的重要方式，通過替換傳統(tǒng)有毒試劑、選用環(huán)保型催化劑等措施，可有效降低實(shí)驗(yàn)對環(huán)境和人體的危害。

1.無毒或低毒試劑

傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，許多試劑具有毒性或腐蝕性，對環(huán)境和人體健康構(gòu)成威脅。選用無毒或低毒試劑替代傳統(tǒng)有毒試劑，是綠色化學(xué)理念在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要實(shí)踐[3]。例如，在“銀鏡反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)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(chǎn)生，又降低了實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可觀察到葡萄糖在堿性條件下與銀氨溶液反應(yīng)生成銀，在試管內(nèi)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(shí)驗(yàn)成本和環(huán)境負(fù)擔(dān)。

2.環(huán)保型催化劑

催化劑在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中至關(guān)重要，但傳統(tǒng)催化劑大多具有毒性或難以回收。選用環(huán)保型催化劑，是踐行綠色化學(xué)理念的又一策略。例如，在“酯化反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)方法使用濃硫酸作為催化劑，其具有強(qiáng)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(yīng)選擇性和產(chǎn)率。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可觀察到乙醇、乙酸和固體酸催化劑在加熱條件下反應(yīng)，生成乙酸乙酯和水。環(huán)保型催化劑還可回收再利用，降低了實(shí)驗(yàn)成本，同時(shí)簡化了實(shí)驗(yàn)操作流程，提高了教學(xué)效率。

（三）實(shí)施循環(huán)使用與回收

實(shí)施循環(huán)使用與回收是綠色化學(xué)理念在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要實(shí)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(fèi)與環(huán)境污染[4]

1.試劑的循環(huán)使用

化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，許多試劑在反應(yīng)后仍具有利用價(jià)值，循環(huán)使用這些試劑可有效減少資源浪費(fèi)。例如，在“硫酸銅晶體的制備”實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)后的母液含有大量硫酸銅，學(xué)生通過蒸發(fā)結(jié)晶等方法，可將母液中的硫酸銅回收再利用。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生先制備熱飽和硫酸銅溶液，再通過冷卻結(jié)晶得到硫酸銅晶體。反應(yīng)結(jié)束后，收集母液并進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶處理，實(shí)現(xiàn)試劑的循環(huán)利用。此方法操作簡便，學(xué)生可在教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成，同時(shí)能減少新試劑的采購量和廢液處理量，減少環(huán)境污染。

2.廢棄物的分類回收

化學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢液、廢渣等若處理不當(dāng)，就會危害環(huán)境和人體健康。實(shí)施廢棄物分類回收是綠色化學(xué)理念的重要實(shí)踐策略。例如，廢舊電池含重金屬，需單獨(dú)收集并送專業(yè)機(jī)構(gòu)處理；廢液應(yīng)根據(jù)性質(zhì)分類處理，如酸堿中和、沉淀過濾等。通過分類回收，學(xué)生可培養(yǎng)環(huán)保意識，提高資源利用率。

（四）融入環(huán)保教育內(nèi)容

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入環(huán)保教育內(nèi)容是綠色化學(xué)理念的重要體現(xiàn)。通過環(huán)保知識講解、環(huán)保主題討論等活動，可以引導(dǎo)學(xué)生思考化學(xué)實(shí)驗(yàn)對環(huán)境的影響，培養(yǎng)他們的環(huán)保意識和責(zé)任感。

1.環(huán)保知識講解

在實(shí)驗(yàn)過程中，教師可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容穿插環(huán)保知識講解。例如，在介紹實(shí)驗(yàn)所用試劑的環(huán)保性質(zhì)和處理方法時(shí)，可以強(qiáng)調(diào)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(shí)驗(yàn)對環(huán)境的影響及改進(jìn)措施時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生思考如何減少有害物質(zhì)的排放和資源的浪費(fèi)。由此，學(xué)生不僅可以深入地理解化學(xué)實(shí)驗(yàn)的原理和過程，還可以培養(yǎng)環(huán)保意識和責(zé)任感。他們將更加關(guān)注化學(xué)實(shí)驗(yàn)對環(huán)境的影響，并積極尋求減少污染和浪費(fèi)的方法。

2.環(huán)保主題討論

通過分享環(huán)保實(shí)驗(yàn)的心得體會和創(chuàng)新點(diǎn)子，可以激發(fā)學(xué)生的環(huán)保意識和創(chuàng)新精神。例如，可以舉辦“綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”比賽，鼓勵學(xué)生設(shè)計(jì)環(huán)保的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案。在比賽過程中，學(xué)生可以充分展示自己的創(chuàng)意和才華，同時(shí)學(xué)習(xí)借鑒他人的優(yōu)點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)。通過環(huán)保主題討論活動，學(xué)生不僅可以加深對綠色化學(xué)理念的理解，還可以培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新能力。

（五）利用信息技術(shù)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)

利用信息技術(shù)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)是綠色化學(xué)理念在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的創(chuàng)新實(shí)踐。通過虛擬實(shí)驗(yàn)室、在線模擬實(shí)驗(yàn)等平臺，可以減少實(shí)際操作中的試劑消耗和環(huán)境污染，同時(shí)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的趣味性和互動性。

1.虛擬實(shí)驗(yàn)室

虛擬實(shí)驗(yàn)室是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，它可以模擬真實(shí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程和現(xiàn)象，使學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析，減少實(shí)際操作中的試劑消耗和環(huán)境污染[5]。例如，在“有機(jī)物的合成與推斷”實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)需要使用大量的有機(jī)試劑和復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)裝置，且反應(yīng)過程可能產(chǎn)生有害氣體。而通過虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上完成實(shí)驗(yàn)操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。這樣不僅可以避免接觸有害物質(zhì)，還可以反復(fù)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而加深對有機(jī)物的合成與推斷的理解。

2.在線模擬實(shí)驗(yàn)

在線模擬實(shí)驗(yàn)平臺是一種基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)工具，可以為學(xué)生提供豐富的實(shí)驗(yàn)資源和交互式學(xué)習(xí)環(huán)境。通過在線模擬實(shí)驗(yàn)平臺，學(xué)生可以在家中或其他遠(yuǎn)程地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和探究，打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)空限制[6]，并與其他同學(xué)進(jìn)行在線交流和合作，共同探究化學(xué)問題。

四、實(shí)踐效果分析

經(jīng)過一學(xué)期的實(shí)踐探索，綠色化學(xué)理念在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的融入取得了顯著成效。學(xué)生對綠色化學(xué)的核心原則和實(shí)踐意義有了更深入的理解，環(huán)保意識普遍增強(qiáng)。通過微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)和封閉式實(shí)驗(yàn)的推廣，試劑用量減少，實(shí)驗(yàn)成本降低，同時(shí)實(shí)驗(yàn)操作的安全性顯著提升。融入環(huán)保教育內(nèi)容后，學(xué)生開始主動關(guān)注實(shí)驗(yàn)對環(huán)境的影響。例如，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，許多學(xué)生提出了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的建議，以減少污染，展現(xiàn)了強(qiáng)烈的責(zé)任感。而利用虛擬實(shí)驗(yàn)室和在線模擬實(shí)驗(yàn)平臺，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力得到激發(fā)。

綠色化學(xué)理念在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐探索表明，通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、選用綠色試劑、實(shí)施循環(huán)使用與回收、融入環(huán)保教育內(nèi)容以及利用信息技術(shù)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)等策略，可以有效減少化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對環(huán)境的負(fù)面影響，同時(shí)提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和化學(xué)素養(yǎng)。未來，應(yīng)繼續(xù)深化綠色化學(xué)理念在化學(xué)教育中的應(yīng)用，推動化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綠色、可持續(xù)發(fā)展，為培養(yǎng)具有環(huán)保意識和創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

[1］張念才.綠色化學(xué)理念在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探索［J].新課程研究，2024（26）：38-40.

[2］張連英.綠色化學(xué)理念融入高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略研究［J］.天天愛科學(xué)（教育前沿），2023（11）：194-196

[3］虞春龍.綠色化學(xué)理念在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用［J].河南教育（教師教育），2023（10）：83-84.

[4］羅長梁.綠色化學(xué)理念在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用策略研究［J].教師，2023（14）：60-62.

[5］陳材.綠色化學(xué)理念融入高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐研究［J].高考，2024（35）：105-107.

[6］王勇.綠色化學(xué)理念在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究［J].智力，2022（16）：130-133.