劉晶晶鐵嶺師范高等?？茖W校，遼寧 鐵嶺 112008

化學實驗的綠色化與學生探究能力培養(yǎng)的研究

劉晶晶
鐵嶺師范高等?？茖W校，遼寧 鐵嶺 112008

化學家在研究過程中不可避免地合成出未知性質(zhì)的化合物，只有通過長期應用和研究才能熟知其性質(zhì)，這些新物質(zhì)可能已經(jīng)對環(huán)境或人類生活造成影響。傳統(tǒng)的化學給環(huán)境帶來的污染已經(jīng)十分嚴重，嚴峻的現(xiàn)實使各國必須尋找一條不破壞，不危害人類生存的可持續(xù)發(fā)展的道路。早在1990年美國聯(lián)邦政府就通過了“預防污染行動”的法令，綠色化學的概念首次被使用。1992年，“綠色化學”成為美國環(huán)保署（EPA）的中心口號，得到全世界的積極響應。綠色化學是利用化學原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染，

綠色化學；探究能力；實驗創(chuàng)新

綠色化學主張在通過化學轉(zhuǎn)換獲取新物質(zhì)的過程中充分利用每個原子，過程和終端均為零排放或零污染，具有“原子經(jīng)濟性”。綠色化學為化學教育教學指明了了新的方向。綠色化學實驗的目標和任務是主動地減少和消除實驗室的化學污染，而不是被動接受環(huán)境污染造成的后果，這在以往的觀念中，具有積極的意義。因此培養(yǎng)環(huán)保理念，倡導綠色化學成為化學教育工作者的當務之急?；瘜W實驗室是師生學習的重要場所，由此產(chǎn)生的環(huán)境污染和對師生健康的直接影響是不可忽視的，因此建設綠色化學實驗室，采取切實可行的有效措施防止和消除實驗室造成的環(huán)境污染，是值得廣大的化學工作者關(guān)注和思考的。

一、培養(yǎng)環(huán)保理念，倡導綠色化學

綠色化學是世界科學可持續(xù)發(fā)展的需要，自1995年，由中國科學院化學部確定了《綠色化學與技術(shù)》的院士咨詢課題以來，我國的綠色化學也逐漸活躍起來。近幾年，隨著環(huán)境污染的日益加劇，生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，人們越來越關(guān)注污染問題，綠色化學觀點的提出，讓許多與化學息息相關(guān)的行業(yè)都積極響應。面對學術(shù)界綠色環(huán)保的方興未艾，作為化學教育工作者，除了具有扎實的基礎(chǔ)知識以外，還應將環(huán)境污染、保護、治理等作為自己的研究方向。將綠色化學的理念根植于心，牢固樹立可持續(xù)發(fā)展的觀念，“計利當計天下利，求名應求萬世名”，正確處理可持續(xù)發(fā)展和綠色環(huán)保的關(guān)系，將綠色化學的十二條原則始終貫穿于化學教學實驗全過程之中，從一點一滴入手，培養(yǎng)并傳播綠色化學的理念，綠色化學強調(diào)的是原子經(jīng)濟性，即在獲取新物質(zhì)的化學原料中，充分利用每個原料原子，實

現(xiàn)“零排放”，既充分利用資源，又從根本上解決污染物排放問題，讓這種理念時刻伴隨學生，隨著知識的積累而得到傳承和發(fā)展。在傳授學生知識的同時，還要引導學生正確認識科技發(fā)展的負面性：若保護不好環(huán)境，發(fā)展也會受到嚴重制約。在課堂上，教師可以提出關(guān)注較為廣泛的問題進行討論，比如：40年代初期發(fā)生在美國洛杉磯市的“化學煙霧事件”。光化學煙霧是大量碳氫化合物和揮發(fā)性有機物在陽光作用下，與空氣中其他成分起化學作用而產(chǎn)生的。這種煙霧中含有臭氧、氧化氮、乙醛和其他氧化劑。在1952年12月的一次光化學煙霧事件中，洛杉磯市65歲以上的老人死亡400多人。由此引出我國社會關(guān)注度較高的問題——霧霾的成因。光化學煙霧主要為氣態(tài)污染物，而霧霾則是大氣顆粒物，然而光化學煙霧最終生成大量的臭氧，增加大氣的氧化性，這導致大氣中的二氧化硫、二氧化氮被氧化并逐漸凝結(jié)成顆粒物，從而增加PM2.5的濃度。也就是說，光化學煙霧可能成為霧霾的來源之一。因為這種討論與我們每個人生活都息息相關(guān)，積極指導學生開展與化學相關(guān)的綠色環(huán)保行動，這既有利于知識的鞏固，又能增強學生的環(huán)保意識，使學生明白，我們生活的地球處處需要保護環(huán)境。

二、嘗試探索創(chuàng)新，推廣綠色實驗

眾所周知，很多化學知識都是以化學實驗引入并且加以驗證的，實驗是化學教學中的重中之重，如果能在基層教學過程中，大力推廣綠色實驗，勢必會將綠色化學貫穿整個教學。傳統(tǒng)化學實驗所使用的實驗藥品，以及伴隨實驗所產(chǎn)生的各種廢棄物，不但對環(huán)境造成污染，對師生的健康或多或少都會有一些影響。因此，在教學實驗中，教師應嚴格把關(guān)，Anastas和Warner提出了綠色化學的12條原則，這些原則可作為實驗化學家開發(fā)和評估一條合成路線、一個生產(chǎn)過程、一個化合物是不是綠色的指導方針和標準。1.防止廢棄物的產(chǎn)生，比先產(chǎn)生后治理要重要；2.合成方法應設計盡可能將所有起始物嵌入到最終產(chǎn)物中去；3.只要可能，合成反應應設計成反應中使用和生產(chǎn)的物質(zhì)對人體和環(huán)境無毒或毒性很?。?.設計的化學產(chǎn)品應在保證其應有功能的同時盡量使其無毒或毒性很??；5.盡量不用輔助性物質(zhì)（如溶劑、分離試劑等），當不得已使用時，也應使用無毒物質(zhì)；6.能量消耗應是越少越好，應能為環(huán)境和經(jīng)濟方面所認可，合成方法應在常溫、常壓下實施；7.只要技術(shù)上和經(jīng)濟上是可行的，盡量選擇可再生的原料；8.應盡量避免不必要的派生過程；9.盡量使用具有催化選擇性的試劑；10.化學產(chǎn)品中的設計應保留其功能，減少其毒性，當完成自身功能后不再滯留于環(huán)境中，使之降解為無毒的物質(zhì)；11.需要開發(fā)實時、跟蹤監(jiān)控的分析方法，預先監(jiān)控有毒物質(zhì)的形成；12.化學物質(zhì)及其在化工過程使用中的物態(tài)，應選擇潛在化學隨機事故（包括氣體泄露、爆炸和著火）最小的，等等。

從以上論點可以總結(jié)出，化學實驗綠色化的內(nèi)容包括：化學試劑、溶劑和催化劑的綠色化，盡量選擇低毒和可再生資源，溶劑盡量選擇水溶劑，避免采用有毒有害和揮發(fā)性溶劑，催化劑應首選采用無毒害、無腐蝕的物質(zhì)；實驗劑量綠色化，在保證完成化學反應的情況下，盡量使用最小劑量的試劑、溶劑和催化劑；對實驗產(chǎn)生的“三廢”進行無毒無害化處理，確保污染程度降到最低。

三、激發(fā)探究精神， 完善綠色化學

（一）開展微型化學實驗

微型化學實驗，就是以盡可能少的化學試劑來獲取所需化學信息的實驗方法與技術(shù)。雖然它的化學試劑用量一般只為常規(guī)實驗用量的幾十分之一乃至幾千分之一，但其效果卻可以達到準確、明顯、安全、方便和防止環(huán)境污染等目的。近年來，在我國化學實驗教學改革領(lǐng)域中，微型化學實驗蓬勃發(fā)展，引起國內(nèi)化學教育界極大關(guān)注。目前微型化學實驗開展到分析化學、物理化學、醫(yī)用化學和高分子化學實驗的微型化探索，并取得了驕人的成績，逐漸形成了具有中國特色的微型化學實驗特點：微型儀器價格低廉且配套比較完整，在國際上具有很強的競爭力。此外，微型化學實驗與傳統(tǒng)實

驗相比，具有明顯的綠色環(huán)保、節(jié)約藥品和節(jié)省時間的特點。微型化學實驗的優(yōu)勢已經(jīng)在教學中呈現(xiàn)出來，受到了廣大師生的歡迎。目前，國內(nèi)已有800余所大、中院校開始采用微型化學實驗。

（二）探究精神在綠色化學實驗中的應用

化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學科，翻開化學的歷史，從火的發(fā)現(xiàn)到陶器的發(fā)明，從兵器的鍛造到白酒的釀造，都離不開科學探究，只要學生用科學探究的方式學習和研究化學，就一定能加強對科學本質(zhì)的認識、提高科學素養(yǎng)，且在知識與技能，過程與方法等方面獲得較大提升?？梢?，化學實驗是進行科學探索的重要途徑之一。探究化學實驗的綠色化有以下幾個重要的特點，首先就是以實驗為基礎(chǔ)，將環(huán)保理念貫穿始終，以試驗為依托，分步驟實現(xiàn)綠色化；其次，在探究性試驗時，教師以“變廢為寶”“節(jié)約減排”等作為指導思想，引導學生獨立進行試驗、觀察現(xiàn)象、分析結(jié)果，通過實驗設置的優(yōu)劣，進行綠色化，無害化處理等；再次，教師要牢牢抓住實驗探究是針對問題來開展的一系列活動這一本質(zhì)，有針對性地提出問題，在對問題探究的過程中，不僅要求學生具備一定的邏輯思維能力，還要求學生具有一定的想象力，敢于大膽地猜想、假設，甚至是質(zhì)疑。這對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力有重要的作用。另外，教師提供必要和及時的指導也顯得尤為重要，在探究性試驗中，教師是學生學習的引導者和支持者。探究實驗成功與否，教師的科學引導、有效操作、深刻總結(jié)等方面，具有決定性的作用。所以，教師要在探究性實驗中縱覽全局，對細節(jié)的把握要絲絲入扣，對學生在探究階段的引導要耐心、細致和科學。

綠色化學是從維護生態(tài)環(huán)境角度出發(fā)，用低毒無害的綠色實驗，逐漸代替易污染的傳統(tǒng)化學實驗。是化學發(fā)展的必然規(guī)律，實現(xiàn)這一目標的途徑很多，如選擇具有高的原子經(jīng)濟潛力的化學反應類型，達到不排放或少排放有害物質(zhì)；控制實驗步驟，防止污染發(fā)生；改變實驗合成線路，實現(xiàn)“原子經(jīng)濟性”；建立無苯、無鉛實驗室，等等。綜上所述，實驗綠色化是化學發(fā)展的良好趨勢，他不僅減少實驗本身對環(huán)境的污染，也減少了對參與實驗的師生健康的危害，通過對實驗綠色化的不斷推陳出新，化學教育事業(yè)的明日必將燦爛輝煌。

[1]朱清時.綠色化學與可持續(xù)發(fā)展[J].中國科學院院刊，1997（6）.

[2] 唐嵐，李曉林，謝慶春.高?；瘜W實驗室安全規(guī)范管理探究[J].實驗技術(shù)與管理，2010（3）.

[3]顧金士，鄧玲，吳金芳.中國環(huán)境社會學十年回眸[J].河海大學學報（哲學社會科學版），2011 （2）.

[4]杜華.綠色化學與綠色化學教育[J].黑龍江高教研究，2002（5）.

[5]丁金光，楊航.光化學污染的預防與處理——以洛杉磯光化學污染事件為例[J].中共青島市委黨校青島行政學院學報，2010（6）.

[6] 吳傳保，劉利江，曾湘暉.分斷長程實驗在化學實驗教學中的應用及意義[J].實驗技術(shù)與管理，2010（1）.

[7]Anastas，Paul T，Warner，John C Green Chemis?try Theory and Practice[M].NewYork:Oxford University Press，1998.

[8] 劉一兵，沈戮.微型化學實驗課程資源的開發(fā)和利用[J].課程·教材·教法，2007（3）.

[9]黃忠京.微型有機化學實驗教學初探[J].廣西民族大學學報（自然科學版），2007（2）.

[10]王宏.大學普通化學實驗綠色化的探討[J].山西農(nóng)業(yè)大學學報，2008（4）.

（責任編輯：寧沈生）

劉晶晶（1984-），女，遼寧鐵嶺人，鐵嶺師范高等?？茖W校講師。

2014-11-10

G424.2

A

反應物全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物。