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长期以来,学校化学实验侧重较单一的教材知识和验证性实验,缺乏综合性实验,学生长期处于一种“实验—污染—再实验—再污染”的模式中,这容易使学生形成“环境保护就是治理污染”的错误思维方式。这就需要对化学课程进行改革,改进实验内容,引导学生树立正确的化学理念,开展化学实验绿色化就能很好的体现当前素质教育的要求。
一、新课程的理念与创新
教育改革的核心是课程改革,创新是教育制度改革的灵魂,教育制度创新的重点是课程创新。新课程与以往相比有着重大变化,它全面推进素质教育,努力培养学生健全的个性和完整的人格,重视学生的实践能力、创新精神、健康的审美情趣的形成以及科学和人文素养的培养等。化学科学尤其是化学实验需要在实践过程中融入新课程改革的思想和理念,注重培养学生的实践能力和创新能力。
二、绿色化学概述
绿色化学又称环境无害化学、清洁化学、环境友好化学,是指设计没有或者只有尽可能小的环境负作用,并在技术上和经济上都有利的化学品和化学过程。
绿色化学的提出是可持续发展对环境的挑战。它是一门从源头上防止污染的化学,其核心内涵是在反应过程和化工生产中,尽量减少或彻底消除使用和产生有毒物质,减少化学污染的生成。
1. 绿色化学的特点
绿色化学研究的中心问题是化学反应。化学工艺及其产物具有四方面特点:①化学反应的原料是无毒无害的;②反应条件如溶剂、催化剂是无毒无害的;③反应产物是对环境是友好的;④化学反应具有原子经济性,废物无污染。
2. 绿色化学研究的内容
一般来说,一个化学反应受四方面影响:①反应原料的性质;②反应条件;③反应产物的性质;④反应合成的路线。这四方面也是绿色化学研究的内容。
当前绿色化学研究的重点是:①改进实验,研究变换反应原料,设计对人类健康和环境保护的物质,这是绿色化学的关键部分;②改善反应条件,提高产率,减少废物的生产和排放,降低危害;③选择更安全、对环境更友好的合成路线。绿色化学着眼于安全、环保这两个概念,不仅针对人类的健康,还包括整个生态环境的保护。
三、化学实验绿色化研究
1. 化学实验绿色化
化学实验绿色化是以绿色化学的理论和方法为核心和基本原则,对化学实验进行改进,尽可能减少环境污染或无污染,使化学实验过程达到绿色化的方法。
化学实验绿色化是新世纪化学实验改革的重点方向和崭新课题,是用预防化学污染的新思想和新技术对常规实验进行改革而形成的化学实验新方法。它的目标是选择对环境无毒无害的反应原料来进行化学实验,合理的设计实验装置,严格要求实验过程,并妥善做好实验后的处理工作,使整个化学实验实现零污染。通过上述来实现绿色化学的要求和目的。转贴于
2. 实现化学实验绿色化的方法和途径
(1)树立绿色化学思想观念,增强环境保护意识
在化学课堂教学和实验过程中注重向学生灌输“绿色化学”的理念,具体体现绿色化学的新概念、新方法和新技术。这不仅能够使绿色化学的概念植入学生的头脑中,还能使学生在实验过程中培养预防化学污染的新思想。
(2)开展微型化学实验
在微型化的实验装置中进行的化学实验称为“微型化学实验”。微型化学实验着眼于环境安全和污染预防的需要,其试剂用量是常规实验的十分之一,反应时间节约三分之一。由于反应的原材料大大减少,实验设计时更安全,且污染小、效率高,更贴近绿色化学的要求。
(3)改进对环境危害较大的实验
许多有机化学反应如溴苯的制备;具有放射性元素参与或生成的反应等,应该废除或改进。这些化学实验对人体健康和自然环境造成了严重的危害和污染,应选择无毒害的实验或毒性很小的实验来代替。
(4)利用计算机辅助多媒体仿真实验
1.绿色化学
何为绿色化学是我们解读绿色化学实验和绿色化学观的一个首要前提.简单来讲就是人与自然和谐的化学,详细的讲主要指环境无害化学、环境友好化学、清洁化学.突出的特点优势是开始做污染预防的科学手段,目的是实现过程和结果的零排放或者零污染.绿色化学与普通化学的主要区别在于绿色化学充分利用原子,通过化学转换获得新物质,其明显具有原子经济性,即实现了资源的充分利用,又预防了环境的污染.
2.绿色化学实验
绿色化学实验所要研究的中心问题是如何实现化学反应和化学产物的下列特点:(1)原材料无毒无害,(2)反应条件如:催化剂、溶剂等无毒无害,(3)过程实现减量、循环、重复利用,(4)实现零排放零污染如:产生的副产品少之又少,原子经济性等,(5)产物对环境不造成危害及环境友好型的,并且满足物美价廉的标准要求.近几年绿色化学实验的改革与发展的主要推动力是绿色化学思想,从这方面研究化学,还有很大的进步空间,值得谈论和深思.
3.绿色化学观
绿色化学观实际也是绿色化学思想的精髓和灵魂,主要指在进行社会生产、生活和实践活动的过程中,人们针对环境的日趋严重恶化、为了减少甚至杜绝化学污染源所形成的对绿色化学重要性的认识思想.其内涵有以下几个方面:(1)绿色化学发展观.这个观点包括两个方面:一是发展经济,即实现人口、经济、社会、资源、环境协调发展;二是保护我们人类赖以生存的共同家园地球自然资源和环境,为子孙后代的安居乐业和永续发展做贡献.换言之,经济发展的同时不忘环境的保护,污染的控制,资源和能源的节约,废物排放的减少,清洁生产和文明消费的实施.目的是实现自然、经济、社会这个三维复合系统的持续、健康、稳定的发展.我们实施绿色化学观教育旨在追求学生在知识、科学、技能方面的综合提高,深刻认识了解人与自然,人与经济、人与社会、人与环境的关系,在可持续的基础上利用自然为人类服务.(2)绿色化学价值观.环境价值观就是指人类对环境价值的认识、观念、看法、观点.转变我们以往以人为中心判断物质利害观念为以人与自然平等和谐观念,以绿色化学原理指导高中化学知识的教学,即要掌握化学物质、化学实验对人的危害以便进行防止.高中化学实验的绿色化是一个长远的任务,教育工作者要有深刻的认识,这不仅是科学战线和化工战线的任务更是整个化学领域的任务.(3)绿色化学教育观.绿色化学根本上是为了预防和控制环境污染,是人类的生活质量得到保证和提高,使自然环境得以保护.在高中化学教育课程改革和课堂教学的全过程中贯穿绿色化学理念,将其化作中学课程改革的重要内容.之所以将绿色化学的理念引入化学教学中,是因为绿色化学有利于环境的保护和人类社会的可持续发展.站在一线的化学教育工作者需要做到的很多,更新自己的知识结构,认识化学新知识,真正理解绿色化学的含义,承担绿色化学的宣传和教育,潜移默化对学生进行教育,不断灌输“绿色化学”的理念,认识到绿色化学的重要性,掌握绿色化学的知识和技能.(4)绿色化学道德观.这一观念是传统人类道德观念的延续和继承并且得到广泛的发展,由于当前现代工业文明引发的人类与环境关系日渐突出使得其产生并且迅速得以发展.这是一种新的道德观念――人类与环境和谐相处的观念,是人类环境意识有史以来发展的最高阶段,体现了主客体的统一,人与环境的统一.
二、高中化学实验中学生绿色化学观的培养
自从新课改以后,中学化学课本的编制和修订过程充分考虑了绿色化学原理,例如:限制了常见实验固体液体试剂取用的数量;删除了有害的实验气体如:硫化氢、苯磺酸等等的制备;科学介绍闻气体的方法;实验中遇到事故的紧急处理;试剂保存和使用的方法原则尤其是特殊的试剂;强调某些实验尾气的处理等等.新课改有益处也存在缺点,为了符合绿色化学观的发展要求,从以下几方面改进实验以增强学生绿色化学观的培养.
首先,大力推行化学微型实验操作.简单的对常规实验进行缩微或者减量并不是这里所指的微型化学实验,实际的微型化学实验是指在微型化条件下,重新设计和探索实验,旨在利用最少的试剂获得最多的化学信息目标.微型实验的两个显著特点是仪器装置微型化和试剂少量化,操作简单,药品节约,污染减少,是未来绿色实验发展的方向.同时还可以使用身边的废旧物或者自制的简单仪器进行一些实验,更体现了绿色化学的概念,让学生树立绿色化学观.
其次,正确规范的进行实验操作.实验的操作规范务必严格进行,例如:称量药品、取用试剂、连接装置、倾倒废液废渣等等实验的每个环节都要按照规范的要求操作,因为这样进行的实验,不仅对药品、试剂、能源节约了,而且实验发生事故的几率也减少了,自然污染也相对减少了.
一、绿色化学教育
绿色化学教育是以可持续发展战略为根本原则和目标,将化学科学的真理性与人文需要的合理性融为一体的教育。实施绿色化学教育的首要任务在于确立可持续发展为教育的道德规范和价值准则,促成一种新的绿色教育观念体系。因此,在高中化学新课程的绿色化学教育首先应培养学生可持续的发展观。
二、高中化学新课程中有关绿色化学的内容
(一)教材丰富了绿色化学知识。
现行苏教版教材丰富了绿色化学的知识。将教材中可以与绿色化学有联系的内容逐一摘录。化学1:专题2《从海水中获得的化学物质》,专题3《从矿物到基础材料》中都紧密的体现了绿色化学的意识。其中化学1:专题2《从海水中获得的化学物质》中第40页的调查研究――根据氯碱厂原料和产品的性质,你认为在生产过程中以及贮运时应注意那些问题?氯碱厂的厂址应如何选择?……中,就要求学生考虑到氯气所产生的环境污染。专题3中《简单有机物的合成》和专题4中《解决环境问题需要化学科学》就明确提出了要提高原子利用率和绿色化学的观点。
(二)实验内容和设计体现了绿色化学原理。
在新教材中,有关实验内容的安排体现了绿色化学原理:(1)对常见实验的固液试剂的取用给出了限量要求;(2)介绍了闻气体的方法;((3)强调了实验中常见的事故避免、应急处理等;(4)介绍了特殊试剂的保存和使用原则及方法;(5)化学课本中引入了减量、减废的微型化学实验;(6)铜片和硝酸反应实验只安排在实验室中进行;(7)在实验中强调了尾气的处理办法;(8)提倡对化学实验进行优化改进和创新。
(三)化学工艺遵循了绿色化学思想。
新教材中的化学工艺内容非常丰富,而且都遵循了绿色化学的思想。例如:化学1中的内容有:氯碱工业;溴、碘的提取;工业制钠;候氏制碱;从铝土矿中提取铝;高炉炼铁;工业提纯硅;接触法制硫酸;工业制硝酸等。《有机化学》中也涉及了石油化工、农副产品化工、资源综合利用等化学工艺的内容。
三、新课程教学中绿色化学教育的实施
(一)在课堂教学中渗透绿色化学理念。
课堂是教学的主阵地,也是向学生传授绿色化学知识的好场所。在课堂教学中,可以充分利用教材中的绿色化学素材,结合具体的教学任务,将绿色化学意识和绿色化学原理渗透进去。例如环境保护的教学,在讲SO2尾气的污染时,让学生看酸雨危害的录像,使学生体会到回收SO2,不但可以减少污染,减少经济损失,而且还可变废为宝,制取新产品。
(二)在习题、试题中加深绿色化学意识。
习题教学是课堂教学的重要环节,它不但可以帮助学生掌握和巩固所学的知识技能,而且可以开发学生的智力,使学生在练习的同时了解科技动态,学以致用,培养良好的科学素质。教师可以在习题课教学中结合“绿色化学”进行教学,使学生更加了解绿色化学的重要性。我们寻找一些有关绿色化学方面的习题让学生进行练习,不仅能培养学生的绿色化学观,而且还能提高学生的解题能力。
(三)在化学实验教学中加强绿色化学教育。
关键词:高校实验;实验教学;绿色化学
中图分类号:G642.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)19-0043-02
绿色化学也称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学,是指运用化学原理,在化学品及其制备过程的设计、开发和应用过程中减少或消除对人类健康和环境有害的物质的使用和产生,是一门从源头上阻止污染的化学,是可持续发展战略在化学领域里的体现[1,2]。化学实验作为大学化学专业的一门必修课程,将涉及各种不同类型的化学实验,使用大量各种有毒化学试剂,而现在的大学化学实验教学中,许多学校仍是按传统的实验方法进行教学,即按常量法使用大量的有毒、易挥发的有机试剂,且实验后,各种废液不经任何处理就直接倒入下水道等等。这些都给环境造成了直接或间接的影响。本文从实验试剂的用量、实验方案的改进及实验内容的改进等方面对推动大学化学实验的绿色化进行了简单的探讨。
一、高校化学实验的现状
高校化学实验包括有机、无机、物化、分析和环境检测和分析等学科的实验,不可避免地排放着各种废液和废物,现在随着学生的扩招,学生实验的人数也在不断增加,因而实验中消耗的试剂和药品也大大增加,相应地,实验过程中产生的废液和废物也在大大增加。但高校化学实验的特点是实验试剂和药品种类繁多,一个化学专业的学生,在大学期用到的化学试剂和药品可达上百种之多,如果有的学生能读到硕士和博士时,接触的试剂和药品就更多了;另外,高校化学实验的废液和废物中的组成成分复杂,分离提纯的难度很大,因而,高校化学实验的废液直接倒入下水道。因此,这样日复一日,年复一年,不但伤害着学生的身体,而且也污染着学校周边的环境。同时,很多高校的实验室下水道与居民的下水道相连,污染物将通过下水道形成交叉污染,最后会流入河中或进入土壤中,这样,污染的水将影响灌溉到的农作物或饮用水,对环境和人的安全带来极大的危害。因此,必须从源头上控制污染物,除了化学实验污染物单独处理和排出外,加强化学实验改进,实现化学实验绿色化是从源头上控制污染物的最有效的手段。作为高校教师,有责任和义务遵照绿色化学的原则,从各方面不断地改进各种实验,为实现化学实验的绿色化进行不懈地努力。
二、减少化学实验中的试剂用量,用微型实验代替常量实验
现在很多大学实验大部分都是采用常量试剂进行实验,所用液体试剂动不动就是几十毫升,固体药品用量动不动就是十几克,并且,作为大学教学实验,做完实验后,一般是不进行试剂回收的,都是作为废液倒入废液池,甚至直接倒入下水道,例如,在有机实验中的1-溴丁烷的制备中,有的实验教材中,要求用到的试剂的量为12mL浓硫酸、8mL正丁醇和10克溴化钠。又如,在有的高分子实验教材中,在甲基丙烯酸甲酯的本体聚合中,甲基丙烯酸甲酯的用量就要40mL,在苯乙烯与马来酸酐的交替共聚合中,溶剂甲苯的用量就要76mL,以上有机和高分子实验中的试剂和药品的用量都很大,不但浓硫酸、甲基丙烯酸甲酯和甲苯本身是有毒有害物质,而且在实验过程中会产生大量的有毒副产物。微型实验的特点是实验药品微量化及实验仪器微型化,它能有效减少试剂用量,降低实验排废量,减少环境污染,缩短实验时间,而且安全可靠。因此,在不影响教学计划和教学效果的情况下,我们将上面的实验试剂和药品减少,采用微型实验,实际证明,我们的改进,不但达到了教学目的,而且实现了从源头上减少污染的绿色化学实验。
三、改进实验方案,尽量避免使用有毒试剂和药品
1998年,Anastas等[3]针对绿色化学提出了12原则,其中之一是在合成方法中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有毒有害的物质。在满足教学要求和保证实验效果的情况下,可以将使用有毒试剂和药品的传统实验方案进行适当调整,尽量避免使用有毒试剂和药品的使用。例如,在高分子实验中,大部分是选用酮以及苯或甲苯等有毒物质为溶剂来做溶液聚合实验,为了减少实验中的有毒有害物质,我们将溶液聚合改成以水为溶剂的丙烯酰胺的水溶液聚合;又如,在物理化学实验中,在燃烧热测定实验,传统实验中是用有毒的萘作为实验药品,可以用无毒的蔗糖代替萘作为待测物;在凝固点降低法测定物质摩尔质量实验中,也可用无毒的水-蔗糖体系取代传统的有毒环己烷-萘实验体系[4,5]。通过上面的用无毒物质代替传统的有毒试剂和药品进行实验,不但能减少对环境的污染和对人体的伤害,而且能达到实验教学的目的。
四、精选实验内容,尽量使实验内容之间具有连续性
设计具有高使用效益、低环境毒性的化学品是绿色化学的原则之一[3]。本着此原则,在选择实验内容时,我们可以选择前后实验的连续性,即用前一个实验的产物作为下一个实验的反应物,这样就高效利用了反应产品,相应地减少了化学药品的浪费,节省了实验成本。例如,在高分子实验中,可以把乙酸乙烯酯的溶液聚合和聚乙烯醇的制备两个实验安排为相邻的两个实验,因为乙酸乙烯酯的溶液聚合的产物可以用来作为实验聚乙烯醇制备的原料;在进行凝胶渗透色谱(GPC)测量聚合物分子量的实验中,可以用学生由聚合物制备实验中制得的聚合物作为样品进行测试,这样就不需购买实验样品,达到绿色化学的目的;又如在有机实验中,可以把对氨基苯磺酸的制备和甲基橙的制备连续安排,因为上一实验制备的对氨基苯磺酸可以作为下一实验甲基橙制备的原料。
五、结论
绿色化学是一种新的创造性思想,是当今国际化学科学研究的前沿。绿色化学实验使用化学药品的基本原则为拒绝使用危害品原则(reject)、减量使用原则(reduce)、循环使用原则(recycle)、重新使用原则(reuse),极大地减少或消除了实验室的“三废”,尽可能减少环境污染或无污染,以实现绿色化学要求尽可能少的负作用的理想和目标,是绿色化学可持续发展战略在化学实验中的具体体现,是培养学生绿色化学观念的重要途径[4]。在化学实验教学中,只要本着绿色化学的原则,对各实验深入探究,就会不断出现新的措施和方法,但这是一个漫长的过程,需要教育工作者坚持不懈地研究和探索。总之,将绿色化学教育纳入高等院校教学改革内容,把绿色化学的思想渗透到化学课程教学内容之中,对培养具有可持续发展理念和具有绿色化学理念的专业人才具有重要意义。
参考文献:
[1]曾家驹.应用型人才关头必须走改革创新之路[J].中国高教研究,2001,(2):79-80.
[2]蔡卫权,程蓓,张光旭,等.绿色化学原则在发展[J].化学进展,2009,21(10):2001-2008.
[3]Anas t as P T,Warner J C.Green Che mistry:Theory and Practice. New York:Oxford Universi ty Press,Inc.,1998:11-56.
[关键词]化学实验教学;绿色化学教育;环境保护教育
“绿色化学”是伴随着绿色食品、绿色消费的生活概念而提出的。绿色化学换言之又称无害化学,是利用化学来防止环境污染的一种可取性措施。生活各方面不再使用有毒的有害物质以及妥善处理产生的废弃物,做到从根源上阻止污染的产生是绿色化学的使用理念。从根本上通过化学改善保护环境,推动工业生产发展是绿色化学的目标。以此我们应该在化学实验教学中加入绿色化学教育,使学生能够从化学的角度使用相关知识对环境污染作出分析以及对一些化学现象做出合理解释。绿色化学代表的不仅仅是一种理念,更是在生活实际操作中所带来的社会环境和经济方面的效益。我们要在化学实验和化学产品生产过程中最大可能地减少废弃物的排放问题,尽可能做到“零排放”,从根源上解决环境污染问题。
一绿色化学的核心涵义
绿色化学又为环境友好化学,通过利用化学的技术来对环境污染问题进行处理,来降低或者消除化学产品设计或者制造的过程中有害物质的产生,使设计的化学过程和环境更加环保友好,从而在源头上缓解化学污染的问题。绿色化学从原料的安全性、节能型以及友好型等方面评价化学反应的优势。原子利用率及环境因子则是绿色化学的核心内容。充分利用化学反应物中的每一个反应分子,从而在充分利用资源的同时又能防止环境污染。原子的利用率越高,那么相应的所产生的污染物就越少,环境因子越小,相应的对环境做成的污染也就越小。环境因子是在化学反应过程中,所生成的废物质量占目标产物质量的比重。把绿色化学融入化学实验教学中去,有效地减少化学实验中所产生的废弃物对环境造成的污染,培养了学生的环境绿化意识;化学这门自然学科与社会环境的联系十分密切,在化学实验中引入绿色化学教学模式,从而培养绿色化学人才。
二化学实验中引入绿色化学
1加强环境保护意识
化学实验实则是一个产生废弃物的过程,同时也是制造污染导致环境破坏的课程。当化学实验产生的废弃物顺着实验室的下水道排出时,污染物便会流入河中或者渗透进地下,那么一些有机物和重金属就会对土质、河流造成严重污染,从而损害人类健康,影响人们的正常生活,因此在化学实验教学中要不断渗透绿色化学的思想,对学生重视环境、爱护环境的习惯进行培养,养成好习惯。对待所产生的废弃物要进行及时回收处理,坚决不能随便倒泻,导致环境的污染。在化学实验室中需要分别设立“废酸回收瓶”和“废碱回收瓶”,对在化学实验中产生的废酸废碱进行回收。比如化学实验中,所产生的硫酸链霉素与硫酸铁产生反应后生成的结合物在进行倾倒之前,应该将其中规定的PH后排放,那么对实验室不能立即处理掉的有害物质比如破损温度计中的水银,就要妥善处理将其回收入瓶中用水封好,通过有机化合物等回收到指定容器内送进药品库进行统一处理。在这一过程中要特别注意,电池不能进行倒置,否则其中有害液体将渗出污染环境。
2加强绿色化学实验教学改革
绿色化学实验本就是化学实验教学课程中的教育创新内容,其指导方针是以绿色化学为主要内容,用预防化学污染的新思想、新方法以及新技术来对化学实验内容及教育方法进行相应的一定改进,极大减少实验室所产生的三废物质,也在一定程度上消除有害物质,来实现绿色化学的要求。比如在“二元溶液沸点组成图的绘制”实验进行了相应的改进,由原来的二元溶液一环乙烷改为乙醇一环乙烷。因为苯对人体有危害,同时也会造成环境污染,改为乙醇之后有效地对其所含毒性进行降低,并且对回收液进行重调沸点,再次利用。这样做不仅减少了化学试验成本还相应的降低了化学环境污染,使得乙醇一环乙烷被回收反复利用,不倒泻在环境中。
3开展化学的微型试验
绿色化学实验是在绿色化学的思想指导下,对常规的化学实验进行一定的教学改革从而形成的新的化学实验办法。通过大力开展微型的化学实验,主要通过改用常规的小容量仪器,在对实验方法实验操作不变的前提之下进行微型实验,从而减少了药品用量,以及反应物和造成的污染。而另一方面所进行微型实验会使整个实验过程更加安全、便捷,有效地减少了化学实验的成本经费。比如在进行硫酸链霉素水解速度常数以及乙酸乙酯皂化反应常数的化学测验时,从原定化学实验容器20ml改为10ml的取样,试剂的用量特别少,操作起来就相比之前更加迅速简练,重要的是采用微型容器不会对环境造成污染。
4重视实验产生的废弃液体回收处理
化学实验室所产生的废弃液体种类比较多但是量不是很大,我们通过结合实验内容,对废弃液体进行规整分类,将其分类储存在统一规定的容器之中,由专门的工作人员处理废弃液体。那么在对废弃液体进行处理的过程中就需要实验指导老师对其认真负责,注重培养学生的操作技能训练,引导学生对化学环境的保护意识。因此要求学生对于实验之后产生的废弃液体以及渣滓必须倒入制定的容器之中。实验室的工作人员及指导老师也必须具有高度的责任心,对各种废弃液体进行及时认真地收集。经过处理之后,达到国家允许排放标准即可排放。
三绿色化实验教学相应措施
1教学内容绿色化
在原有的教材实验基础之上,对实验的系列进行改造,对绿色化学实验的内容加以改造。在保证实验方法科学合理的同时,以保护环境为实验目的,进行化学实验。在实验中,化学实验产生的废弃物较多,回收利用的较少,对资源造成了浪费,形成化学实验的环境污染。在一些有毒气体制备的试验中,应对产生的尾气进行处理或者烧掉,最大程度地把有毒气体转为无毒或者毒性降解物。针对化学实验的大纲内容进行相应的调整安排,针对基础的化学操作进行重组并且相应地减少,将基础实践融入进化学实验中去,选取绿色无害的化学内容,对基础操作以及性质验证的化学实验所需的物质进行节省,从而减少对化学环境的污染。在安排实验项目内容时,按照大纲要求的基本实验操作步骤尽量分解在每次的滴定实验之中。在实验过程中本着绿色化学的思想原则直接训练学生使用吸量管、滴定管等容器的基本操作技能,而不必去分开单独练习。这样既节省了化学实验所需的实验时间又减少了开展化学相关实验所需要的药品开销,同样针对性地减少了环境污染。
2串联实验,充分利用
在大多数化学实验中,重络酸钾法测定铁是一个与生活紧密相关的经典实验,学生在此实验中可以掌握实验所证实还原的基本定法理论。那么在此同时,实验过程所需要的重络酸钾是一种非常稳定、氧化性适宜的滴定剂。通过串联实验做成一个系列实验,使得前部实验的产物应用于下个实验当中,在检查学生实验效果的同时还有效的增强了学生环境保护意识,达到物尽其用的效果。针对串联实验可见不仅减少了对药品方面的浪费,还相应地降低了对环境的污染。
3建立网上实验室,进行仿真实验
随着我国计算机技术的飞速发展,通过计算机对化学实验进行模仿已经是当下化学教学中摆脱传统物质实验的改革,它的发展不仅仅是教育方法技巧的更新,更是对保护自然资源缓解化学所造成的环境污染的一种方式。我们通过在网上建立化学实验室,将模拟实验有效地利用到化学实验课程中去,来达到化学教育的辅助教学目的。在模拟实验开始之前,要对学生进行组织观看各种仪器的操作及简要分析,通过计算机模拟实验对仪器进行仿真讲解以及实验过程的仿真操作,帮助学生完成化学实验的机理及仪器操作基本原理;进行传统化学实验中不应出现的违规化学操作,将后果展现给学生,让学生看到所产生后果的严重性,避免后果的产生。采用多媒体实验仿真手段,方便地解决了减少环境污染,深化绿色化学的理念。让学生在学习的基础之上理解掌握化学理论。不仅能够很好地解决传统化学实验中的不足,更是化学实验实现绿色化学事项的重要研究内容,也是减少化学实验室废弃物对环境造成污染的最佳途径。
参考文献
[1]王胜军.绿色化学教育[J].试题与研究(教学论坛),2014(20).
[关键词]环境;绿色化学;教学;教学方法
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2017)04-0044-02
绿色化学,也被称为环境友好化学,清洁化学或无污染化学,主要是指在化学品的设计、制造和使用过程中,利用一系列的原则来减少、甚至消除有毒有害物质的使用或在过程中的生成的化学。绿色化学的核心是“原子经济性”,基本原理是公认的十二原则。绿色化学是更高层次的环境友好化学,与环境保护不同,绿色化学不是被动地治理环境污染,而是主动地防止化学污染,是从物质产生的源头控制废物的产生,减少对环境的污染。所以绿色化学对环境保护及社会的可持续发展具有重要的指导意义, 这与现代化工工业发展趋势相吻合。
一、绿色化学课程教学的意义
大学生是我国科学技术未来的生力军,在大学课程中开设绿色化学课程,通过相关的教学活动培养大学生的环境保护意识,有利于从根本上防止污染,有利于实现社会可持续发展。作为化学教育工作者,我们有责任和义务将绿色化学及相关知识引入高等教育知识体系中,并系统传授给学生。
随着对绿色化学科学研究的不断深入,绿色化学的思想和观念逐步为人们接受,并被引入高校教W活动中,很多高校都开设了绿色化学课程。绿色化学作为一门新的课程,具有涉及知识面广、综合性强的特点。与化学其他课程不同,绿色化学没有完善的知识体系和教学大纲,因此如何结合时代特点和专业知识,为大学生讲授绿色化学课程,是任课教师在教学过程中面临的主要问题。作者从2009年开始在江苏师范大学为环境工程专业学生讲授绿色化学课程,在教学过程中积累了一些经验,进行了一些有益的尝试。
二、绿色化学课程教学方法的探索
针对绿色化学的课程特点,我们对其教学方法进行了以下探索。
(一)精选教学内容 启发学生的兴趣
绿色化学是一门新兴的学科,发展很快,但没有较为成熟的教材,需要教师根据教学目标选取教学内容。这也为教师提供了一定的自由空间,教师可以结合自己的科研方向和学术思想、提供最新的学术动态。另一方面,绿色化学课程的教学内容与有机化学联系紧密,涉及很多有机合成反应的方法和条件,如果只进行抽象的讲解,学生容易感到枯燥乏味。因此在教学过程中,应适时地结合实际生活,用生动的实例充实课堂教学,展现绿色化学在现代生活中的重要作用,进而激发学生对这门课程的学习兴趣。例如,介绍“白色污染”及解决措施,这样学生就会对绿色化学有更加充分的了解,也能够加深学生对绿色化学在日常生活中的实用性和重要性的认识。
绿色化学是一门交叉学科,发展速度很快,而且涉及很多化学相关领域, 因此我们在满足教学基本要求的前提下, 采用灵活多样的教学形式,并经常对教学内容进行更新。比如在课堂教学中,根据学生的接受情况,将一些相关的具有应用价值的最新研究成果添加到教学内容中。另外,也可以利用学校的网络数据库资源来提供关于绿色化学的最新科研成果的链接,以便学生随时阅览、学习,让学生了解绿色化学的研究动态及最新进展,提高学生对该门课程的学习兴趣,增强他们对新问题的求知欲望,使学生获取更多的知识。
(二)多种教学方法结合使用,启发学生思考
传统的课堂教学主要是“讲解―接受型”教学模式,教师是教学信息的主动发出者,学生则是被动地接受知识,这种教学中师生的互动交流少,教学气氛沉闷,也阻碍了学生主动学习的积极性和创新能力的培养。相比之下,研究性教学是深受广大师生欢迎的教学方式,可以将课程的内容转变成生活、生产或科学中的实际问题,以学生为中心,在教师的引导下按照科学研究的模式来分析、解决这些问题,最终达到学生获取知识、提高能力的一种教学过程。
在研究性课堂教学中,教师作为指导者,在设定的问题情境中要引导学生主动思考问题, 帮助学生找到解决问题的办法,这种教学方式有助于培养学生的创新意识。如在讲授绿色溶剂技术这个章节时,我们让学生在课前查阅相关的文献资料,了解有关的科学前沿内容。在该章节的课堂教学过程中, 可以将这节课的10~15 分钟左右的时间留给学生介绍自己的学习体会,以及对绿色溶剂技术的理解,分组进行讨论,以提高他们的学习主动性,强化学生的科学思维方式。这种自主学习可以让学生体会到学习的乐趣,同时也锻炼了学生文献查阅和使用网络资源的能力。课堂教学和学生自主学习的有机结合可以有效地提高教学效果,有利于培养创新性人才。
作为一门专业课,绿色化学每节课要传递的信息量非常大,多媒体教学技术的运用大大提高了绿色化学课程的学习效率。但是,多媒体教学的缺点是容易导致学生一直处于抄笔记的状态,没有时间去消化和思考教师讲授内容,不能和教师互动,只能被动接受课堂内容。所以要改善教学效果,就应该结合本课程的特点以及学生的实际情况,合理地使用多媒体教学手段,注意不同教学手段间的配合使用。
课堂教学是学生学习绿色化学的主要场所,但丰富多彩和形式多样的课外活动是对课堂教学的良好补充,将二者有效结合起来,能够起到事半功倍的效果。为全面提高学生的绿色化学素质,我们一方面组织学生到学校的实习基地,有合作的化工厂或制药公司参观调查并进行交流。另一方面,通过课外实验教学来配合课堂教学进行绿色化学教育,让学生在具体的实验过程中进一步强化绿色化学观念,如在环境工程专业学生的研究设计性实验中分别采用有机溶剂和离子液体为反应介质合成一些有机化合物,让学生对两种合成方法进行比较。这样不仅能锻炼学生的动手能力,而且能使他们用理论联系实际,真正感受到环境污染带来的危害性,增加他们迫切保护环境的积极性。另外在毕业设计和课程设计中有意识按绿色化学要求进行,开展专题讲座,环保展览宣传等,让绿色化学融入人才培养全过程,增强学生的环保意识。
(三)建立合理的考核机制,注意与学生的互动和反馈
在教学过程中,我们发现一些学生上课听讲不认真,主动学习积极性低,部分学生为了获得更高的平时成绩,抄袭别人的作业。因此,提高学生的学习兴趣,优化考核体系显得尤为重要。
绿色化学课程的最终成绩包括课程论文成绩和平时成绩两部分。在每学期的授课中,我们通常在完成课堂教学任务前给出课程论文的具体要求,要求学生根据绿色化学课程的学习内容,结合课程论文的具体要求,查找和阅读有关的文献,综合运用所学知识,整理和撰写课程论文。考虑到学生的实际情况,在这个环节通常也会给出一些相关指导,如每个数据库的使用教程和视频等,课程论文的完成很好地培养了学生检索文献、阅读文献、分析问题和解决问题的能力,也为环境工程专业学生的毕业论文设计打下了良好的基础。
绿色化学的平时成绩一般由出勤率,作业和课堂表现构成。不同于其他化学类课程的考核方式,在绿色化学课程的考核中,我们将学生在课堂教学中的表现以及课后心得体会也计入平时成绩。如在某些章节的课堂教学前,对学生进行分组,给每组学生布置一些题目,课堂教学中,每组可派出代表对相关问题给出解答,组与组之间可以互相提问。学生通过这个环节的学习可以更好地了解相关教学内容的背景知识,更深刻地掌握教学知识点。教师根据每组学生的表现进行打分,并将这部分成绩计入平时成绩中。课程结束后,每个参与的学生都要总结该课程的学习心得体会,对课程进行简单的评价并给出自己的意见和建议,这部分内容也作为平时成绩的一部分。以上教学活动的开展,一方面可以提高学生的学习积极性,另一方面学生给出的意见和建议可以督促任课教师改进教学方法,提高教学水平。在这门课程中,部分评价意见如下:1.绿色化学这门课跟我们的生活关系密切,感觉很有用;2.课堂上老师举的例子很生动,学到了很多东西,扩展了知识面;3.通过准备课程论文,感觉自己查阅文献的能力提高了;4.喜欢老师的讲课,内容吸引人,但是有部分反应有机化学里没学过,能否多讲一些。
总的来看,学生对这门课程的关注程度高,总体满意程度也比较高。
三、结语
绿色化学是一门面向21 世o的高层次化学,它体现了化学、科学技术、社会之间的相互影响和联系。在绿色化学教学中,教师采用研究性教学的方式,能帮助学生获得相关的知识、技能和能力,有助于学生培养创造性思维,从而更好地理解人与自然、人与社会、人与人之间的相互依存关系, 激发其社会责任感。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 胡常伟,李贤均.绿色化学原理和应用[M].北京:中国石化出版社,2006.
[2] 张礼和.化学学科进展[M].北京:化学工业出版社,2005.
[3] 沈玉龙,王克诚.国外大学的绿色化学教育[J].化学教育, 2006(10):63-64.
[4] 仲崇立.绿色化学导论[M].北京:化学工业出版社,2000.
关键词:说课稿;化学;教材;实践
中图分类号:G622 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2015)21-210-02
一、学情分析
学生所知道的只是零碎、肤浅的化学常识,但对于究竟什么是化学,化学研究的内容是什么还是一片空白,对物质的观念和有待建立。也有一些了解过少量化学知识的学生有一种错觉,感觉化学学习很浅,只需要记一记就行了,还有部分学生畏惧理科,对作为理科的化学有一定的畏惧心理。
二、教材分析
1、教材的地位和作用 《化学使世界变得更加绚丽多彩》是人教版九年级化学上册的第一节课,也是整个化学学习的启蒙课,因此在整个教材中占有特殊的地位。通过这节课的学习,使学生一开始就喜欢化学,认识到化学的真正价值,产生强烈的学习愿望和远景动机,对学生学习的整个环节起着至关重要的作用。
2、教学目标 作为一门新的课程,学生会关注与化学有关的许多问题,绪言课的内容主要围绕着两个问题展开:什么是化学和化学有什么用。
(1)知识与技能:
①知道化学是在分子、原子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的自然科学。②通过化学知识的学习进一步了解认识自然、适应自然、改造自然和保护自然的重要性。
(2)过程与方法:①通过小组合作学习、主动探究,讨论交流,培养良好的学习习惯和学习方法。②通过具体事例额,体会化学与人类进步及社会发展的密切关系,认识化学学习的价值,体会学习化学的方法。
(3)情感态度与价值观:①激发学生对化学的好奇心和探究的欲望;②培养学生亲近化学、热爱化学,渴望了解化学的情感,关注与化学有关的社会问题。
3、教学重点 什么是化学;化学与人类的关系;激发学习对化学的兴趣和感受化学之美与化学的价值、探究之欲。
重点的突出:根据九年级学生的年龄特点和心理特点,设置问题情景,联系学生的生活实际,让学生在问题中去想象,在实验中去探求,在价值中去感受。这更好的激发了学生对化学的兴趣和渴望进一步学习的愿望。
4、教学难点 什么是化学和化学真正价值的认识。
难点的突破:通过创设教学情景、发挥九年级学生联想力丰富和活跃的优势,使学生在如同身临其境的情境中感受化学的价值,再在学生已知的基础上引出化学新的作用。选择丰富的色彩和历史图片、引导学生完成从新奇到萌发出喜欢化学再到渴望学习化学、学好化学的心理历程。不仅使学生初步了解了化学研究的一般方法和学习化学的方法,而且通过此过程,大大降低了学生对化学的神秘和畏惧心理。使学生在丰富的感官和思维刺激中展开想象的翅膀。
三、教学方法
根据学生心理需求,使在兴趣激发过程中学生由被动变主动,在教学中采用相互合作,交流讨论,师生互动,使学生亲身感受到化学的价值和学习化学的乐趣。
四、学习方法
采用从学生身边熟悉生活事例中提炼出的问题,在回答过程中参与、发现、讨论归纳等方法。通过化学史和实验探究中的发现感受化学学习的各方面价值。
五、教学过程设计
1、创设情境,引入新课,激发学生学习兴趣
首先教师演示实验以激发学生对化学的兴趣。
(1)魔棒点灯:用玻璃棒先后蘸取浓硫酸和高锰酸钾粉末,反应后将酒精灯点燃;
(2)滴水点火:将淡黄色的过氧化钠用脱脂棉包好放在石棉网上,用滴管滴水后棉花燃烧;
(3)雪球燃烧:用药匙取些固体酒精放在蒸发皿中,用火柴点燃。
这三个实验与学生的日常生活经验相违背,学生的兴趣会被激发起来。
2、播放录像,引起学生对化学的求知欲并讲授新课 教师通过多媒体展示课件:化学使世界变得绚丽多彩、蓝天白云、高山流水、基因解谜、克隆技术、纳米材料、三峡工程、神舟六号上天、隔水透气的鸟笼……,根据资料然后提出问题:飞船的外壳具有什么样的优点?制作鸟笼的材料有什么样的特点……等等。学生讨论,畅所欲言,在一个轻松的气氛中回答问题,这样会激发起学生的探究欲望,从而会对化学感兴趣。
3、归纳总结 针对学生的讨论发言,教师归纳总结化学的研究对象,揭秘化学的本质。加深学生对化学研究内容的认识,引导学生建立“从生活走进化学,从化学走向社会” 的学习意识。让学生真正理解化学研究内容的内涵,树立学好化学、造福人类的远大理想。
4、指导学生自学,了解化学的发展简史 学生自读教材2-4页,并在老师引导下归纳概括化学发展的几个阶段,大屏幕展示,学生描述。从而可以培养学生良好的自学习惯,并学会如何提纲挈领的概括,训练语言表达能力。
5、互动交流,了解化学与人类生活的密切联系 展示课前搜集的有关化学在衣、食、住、行、新能源、新材料方面发挥的作用,教师进行补充和总结。然后让学生分组讨论交流在日常生活中的体现。从而可以培养学生对信息的收集、加工及整理能力,语言表达能力。通过探讨化学与人类的关系,加深学生对化学重要性的认识。
6、拓展研究 指导学生阅读课文第4页绿色化学部分,使学生了解什么是绿色化学及其特点,从而对学生进行环保教育和爱国主义教育。结合化学学科特点,在学习方法和学习要求上给予指导。
7、课堂小结 今天是我们学习化学的第一节课,大家已经认识到了化学在我们生活中的重要作用,以及化学这门新学科要研究的内容,从今往后大家要对身边的物质有一个新的认识,站在化学的角度观察你所熟悉的事物。在今后的学习中希望每一位同学和老师一起走进神秘有趣的化学世界。
六、教学反思
通过本节课的学习,使学生充分体验到了化学的奇妙,萌发出渴望亲近化学、进一步学习化学的愿望和情感,感受到化学在生活中无处不在,感受到化学对世界影响的普遍和深远。为学生的后继学习打开了良好的开端,奠定了坚实的心理基础,基本实现了激发最大多数学生远景动机的作用。
七、板书设计
绪言 化学使世界变得更加绚丽多彩
一、化学是一门研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的科学。
二、化学发展史
绿色化学思想高中化学教学应用分析一、高中绿色化学教育的内容及特点
高中化学教育并不仅仅是一种知识教育,目的也不单单是为了应付考试,它其实是一种素质和思想教育。高中化学中理论和实验并没有特别的深奥难懂,其教育的主要目的是教会学生基础的化学原理、物质性质和基本规律,让学生明白化学是干什么的,怎么利用化学和怎么避免伤害,从而为学生接下来深入的学习打好基础。高中绿色化学教育,是在基本化学知识体系的基础上,对学生进行环保化和科学化的思想教育,加深学生对于科技和环境的双重理解,并在自身所学知识的支持下,设计和改正一些传统的污染性实验。也就是说,高中绿色化学教育包括两个方面:理论教育和实验教育。在明确了高中绿色化学教育的内容之后,其教育的特点也就不言而喻了,主要包括以下四个方面:一是思想要符合绿色化学的要求;二是实验使用的材料要环保无害;三是实验进行时不会产生污染性的物质;四是化学实验的产物不仅要达到目的,还要对环境没有损害。
二、将绿色化学引进课堂
1.转变教学理念
学生在进行高中化学的学习时,并没有形成一个正确并且稳定的化学思想,因此教师在平常的教学中所展现出来的思,很容易影响学生的思想形成。因此,将绿色化学引进课堂教学首要的一点就是教师应该积极转变教学理念,要在平常的教学活动中重视绿色化学思想的渗透和讲解。这就要求教师要先进行自我更新,重新认识化学,使自身的观念发生改变;其次,教师还要在课堂上重点培养学生的绿色化学意识,比如引导他们对化学实验种可能发生的事故进行预测并相应地提出解决办法。
2.变革教材内容
教材是高中化学教学的基础,也是学生学习化学知识的工具。因此,将绿色化学思想引入高中化学课堂就要从教材的改革入手,这样学生就不会对这种思想持有怀疑和抵触,同时也能在课下进一步巩固绿色化学相关的知识。变革教材并不是要将原本的教材内容全部删去,而是在保留高中化学大纲内容的基础上,增添一些有关绿色化学的知识。比如在学习能量这一环节时,不仅要讲解一些传统的能源,像碳和煤气,也要介绍一些新型无害的能源;向乙醇和地热,这样学生既能够了解能源的发展史,也能够树立起应用和开发绿色能源的意识。
三、将绿色思想引入高中化学实验
1.尽量设计简易型实验
简易型实验并不是将化学的目标进行删减,而在在充分满足实验目的的前提下,对原有实验的材料和步骤进行简化,以节省材料的使用,减少实验的时间和缩小实验装置的规模。这样不仅会降低实验的成本,还会大大降低实验的危险程度。比如,减少和更换实验材料,会相应地减少甚至消除有害物质的产生,这样不仅会较少环境的污染,还会在一定程度上保护实验者免受有害物质的伤害。简易型化学实验的设计需要教师带领学生不断进行验证,在这一过程中学生不仅加深对绿色化学思想,也亲自验证了绿色化学思想的应用和所取得的成果。
2.规范实验操作的步骤
规范实验操作步骤,一方面,要求设计实验时要对实验的步骤进行反复推敲,从而增强其规范性和可实施性;另一方面,则要求实验者严格按照实验设计步骤操作、准确称量化学试剂和认真处理化学实验产生的有害废物,严禁为了省力而私自进行不在实验步骤上的操作、更改实验的试剂使用量和随意丢弃实验废物。如果不规范操作步骤,很有可能出现不在预料之内的实验事故,给实验室的教师和学生带来人身安全隐患;也会有可能因为不安全的废物处理而加大对周围环境的污染,不利于实验的展开。总之,规范实验操作步骤不仅有着非常重要的安全意义,同时也是绿色化学思想的重要体现。
3.使用无毒无害新型实验材料
高中化学实验进行的地方一般是学校的实验室,这里学生密度比较大,如果在实验中发生有害物质的泄露或者是学生接触有害物质不慎而致使有害物质进入身体内,都会给实验者带来一定的危险性。所以在能够达到实验目的的前提下,尽量使用无害无毒的实验材料。比如在进行观察IA族与水的反应这一实验时,钠与水的反应过于强烈,很有可能发生爆炸,因此可以选择钾与水进行实验,既能够观察到实验现象,还能够确保安全。
四、结语
当前将绿色化学思想应用于高中化学的教学尚处于起步阶段,许多想法和措施还不完善,如绿色化学教材的编写、新型实验材料的开发和实验室设备的更新等,这需要社会和学校共同努力和开发,以取得成功并付诸实践。
参考文献: