“绿色化学”理念在中学教学中的渗透
2014-02-12马春秀
马春秀
(中山大学 附属中学化学科,广东 广州 510275)
基础教育教学研究
“绿色化学”理念在中学教学中的渗透
马春秀
(中山大学 附属中学化学科,广东 广州 510275)
从实验教学、课堂教学、教学管理及第二课堂等几方面阐述绿色化学教育的必要性和手段。
中学化学;化学教育;绿色化学教育
环境污染、食品污染等日益严重,绿色化学再次提到显要位置。实际上,早在2003年4月出版的由中华人民共和国教育部制定的《普通高中化学课程标准(实验)》就强调指出,要培养适应21世纪科学技术和社会可持续发展需要的高素质人才,让学生们在中学阶段就能深刻地认识到科学、技术和社会之间的相互关系,树立持续发展的思想。绿色化学的概念是化学家在研究环境问题和环境保护方法时产生的,在节约资源、防治污染、保障人类健康与安全方面发挥了日益显著的作用,受到社会的关注,贯穿在人类活动与环境相互作用的各个环节中。在中学化学教育中,把绿色化学教育贯彻于教学全程是非常重要和必要的。
1 绿色化学及其特点
1.1 绿色化学
绿色化学[1-3](Green Chemistry),又称环境化学(Environmentally Benign Chemistry)、环境友好化学(Environmentally Friendly Chemistry)、清洁化学(Clean Chemistry),其基本内涵是对产品的生产过程采取预防污染和减少污染。绿色化学的思想是不使用有毒有害物质、不产生废物,力图从源头上阻止污染的产生。
绿色化学最早出现在美国环保局的官方文件中,以突出化学对环境的友好。1995年美国专设“总统绿色化学挑战奖”,以推动美国社会各界进行化学污染预防和工业生态学研究,鼓励支持重大的创造性的科学技术突破,从根本上减少乃至杜绝化学污染源,这是世界上首次由一个国家的政府出台的对绿色化学实行的奖励政策。由于上述诸多原因,使得“绿色化学”这个名称广为传播。绿色化学已经成为企业界、学术界甚至政府的研究与开发重点。
1.2 绿色化学的特点
绿色化学研究和寻找能充分利用的无毒害材料、最大程度地节约能源,在各环节都实现净化和无污染的反应途径。它的主要特点主要体现在以下五个方面[4-5]:(1)原料绿色化,以无毒、无害可再生资源为原料。(2)反应条件绿色化,不仅要使反应在无毒无害的条件下进行,而且要尽量实现废物的“零排放”。(3)催化剂绿色化,应使用无毒、无害,可回收的催化剂,选用对设备无腐蚀性、对人身无危害和不产生废渣、不污染环境的催化剂。(4)溶剂绿色化,使用无毒、无害、可回收的溶剂。(5)产品绿色化,生产环保、安全和健康的产品,可回收、可再生。
2 化学教学中渗透“绿色化学”的途径和策略
中学化学教育是化学教育的初级阶段,不仅影响学生学习化学的兴趣,同时也影响其在日常化学中的行为习惯。把绿色化学基础知识融入到中学化学教育中,使其成为素质教育结构的一个重要因素,这对于培养学生的绿色意识、环保意识有着现实而深远的意义。在中学化学教育中,绿色化学可以渗透于实验教学、课堂教学、教学管理、课外活动等环节中。
2.1 实验教学中的绿色化学
化学是一门以实验为基础的科学,实验是教学的关键,也是影响学生环境意识的首要手段。实验教学的绿色化不仅体现在实验过程中废气、废液、废渣的“零排放”,同时最低限度使用有害物质,对有害物质无害化处理,力求节约资源。还要求实验设计过程尽可能节减,力求使用最小的人力、物力(原料)投入,得到最大的回报。这就要求教师在实验选取和设计中不仅要结合课本要求,同时也要结合目前化学发展的趋势,了解较新的科研动态,选取既简便易得、又便于学生在动手过程中真正体验到实验带来的愉悦和成功感。同时,教学中也可增加环节让学生自己探究在实验中应该如何达到绿色环保的要求。比如在酸催化反应中往常使用浓硫酸作催化剂,这不仅对实验设备要求高,同时也容易伤害到学生,如选用固体酸催化剂进行替代,不仅绿色环保,还避免给学生带来伤害,并且后处理简单,只需要过滤即得产品——省时省力。
对于一些毒性大、操作危险的实验,充分利用多媒体教学,如视频展示、动画模拟等,不仅可以从学生掌握知识的角度达到事半功倍的效果,还可以起到绿色环保的要求,让学生了解实验的毒性和危险性,避免其在实验中受到伤害。
在此基础上,可将部分涉毒实验改成微型实验,也可改成封闭实验。如制取氯气时一定要增加NaOH溶液进行尾气处理。探究气体性质的实验,我们可以做到完全封闭。如SO2的性质实验:在若干个试管中收集好SO2气体,并用医用的滴瓶胶塞封住试管口,用若干个注射器分别吸取Ba(OH)2、溴水、H2S溶液等,分别注入收集好的二氧化硫的试管中,观察实验现象。本实验完全在封闭的条件下进行,无任何有害气体逸出。
2.2 课堂教学中的绿色化学
课堂作为教学的第一阵地,需在日常教学中渗透“绿色化学”理念,可在内容安排、讲解中将绿色化学、可持续发展等概念穿插进去,逐步培养学生的“绿色化学”认知意识。
例如,在学习《空气》的课题时,通过学生上网查阅、小组讨论等多种形式,尽可能多地向学生介绍空气污染的危害、主要来源以及防止和减少空气污染的方法,增强学生“绿色化学”、可持续发展和环保的意识与概念。也可以结合当前关注度很高的PM2.5,让学自己去寻找PM2.5概念以及对人体的危害和产生的原因。也可以结合广州春秋雾霾天气的特征,引导学生形成绿色化学的概念。在学习金属元素时,可从目前生活中铅、隔等重金属超标引起的大米、奶粉中毒事件,让学生了解重金属元素对身体的危害,如何加强重金属元素的检测和监管等。在学习氯气、硫化氢、氟化氢、一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、硝基苯等有毒、剧毒物质时,可从“绿色化学”的角度,结合日常生活常识,有重点地介绍有毒物质的性质、使用、保存以及危害和预防。
在学习二氧化硫时,结合有关酸雨的环境问题,介绍减少二氧化硫排放量的主要措施,如优先使用低硫燃料(含硫较低的低硫煤和天然气等),对煤和石油进行脱硫或对它们燃烧后形成的烟气在排放之前除去硫的氧化物。教师还可以进一步通过向学生介绍从污染处理、安全原料代替、节约能源、使用绿色能源四个层次的方法向学生讲授尽量从源头减少污染的产生,而不是简单的减排思想。在氮、卤素元素的章节中,涉及到氯气、氨气等有毒气体的性质和使用。需要增加相关毒性和安全性的内容。比如在氯气一章中,在介绍氯气的性质以后,可向学生讲述处理氯气泄漏和中毒的方法。通过诸如此类的结合现实热点案例的长期熏陶渗透,利于学生产生“绿色化学”认知概念,并会以此约束自己的行动。
2.3 教学管理中的绿色化学
在教学管理的过程中,也应渗透“绿色化学”理念[4-5]。一是加强化学教师的绿色化学概念,定期开展绿色化学研讨会、介绍绿色化学的经验和心得,促进绿色化学教学的开展;二是鼓励学生进行绿色化学创新实验研究,让学生自己动手查找资料、进行绿色化学的总结和创新,将真正的实验主体交给学生,激发学生的积极性和创造性。以下几点在教学管理中应该加以贯彻:
(1)减量使用。凡用到化学品时,都应该在不影响效果的情况下,尽量减少用量,即节省资源,又减少“三废”的排放,避免造成对环境的污染。
(2)重复使用。既是降低成本的需要,又是减废的需要,比如选择催化剂、载体时首先要考虑可以重复使用。
(3)回收。可有效实现“省资源、少污染、减成本”的要求。如回收未反应的原料、副产物、催化剂等,达到循环使用的目的。
(4)再生。要求在设计产品时,就应考虑到原材料、产品的再生利用,变废为宝,节约资源,减少污染,如离子交换树脂、磺化煤等。
(5)拒用。对一些无法代替,又无法回收、再生和重复使用、有毒副作用、污染作用的原料,拒绝使用。如不再使用含磷洗衣粉等。
2.4 开设形式多样的校本课程,强化绿色化学的概念
形式多样的校本课程是渗透“绿色化学”的另一重要载体。
中山大学附属中学依托中山大学资源,开设了“逸仙·云梯”系列特色课程,课程分为九大领域,其中包含了环境与可持续发展(EPD)学习领域——地理、环境科学——环境地理、战争与环境、旅游与环保、城市规划与环保、生活方式与环保——侧重培养学生环保意识与人文情怀。
中山大学附属中学不仅引导中学生走进中山大学实验室,开展专题的研究和实验活动,而且将中山大学教授请进来,开设中学绿色化学教育专题讲座,如陈小明院士的高分子材料与绿色化学、李鸣光教授的外来有害生物种的危害、环境保护与绿色化学、药物生产中的绿色化学等专题讲座,这些更广阔的空间给中学生提供了日常生活、环境保护、资源开发等多方面的知识。
借助各类平台,建立绿色化学兴趣小组,开展研究性学习等形式的渗透。第一,带领学生走出校门,参观工厂或去农村进行环保方面的社会调查,如2010年中山大学附属中学初三学生参加广州市“我与化学”活动——同一江水活动,通过检测珠江水质、净化水样和调查市民对珠江水的印象,从客观和主观方面描述反映了珠江水质状况,并根据调查结果和自己的体会提出了建议。学生们撰写的《珠江水质调查实验报告》获得当年广州市一等奖;第二,在实验室中做一些环境保护的小课题研究,如无污染氯气装置的模拟研究,废气、废液的实验室模拟处理等;第三,上网查阅资料展开讨论研究,如调查化学武器的发展史,探究无磷洗衣粉为何难以推广,讨论城市垃圾的处理以及绿色能源等热点问题;最后,引导学生从节约纸张、节约用水、回收废旧电池、分类收捡垃圾等生活中的小事做起,发挥青年示范作用,引领社会新风尚。这些综合实践活动重过程、重体验、重全员参加,把学生置于生动、开放、多元的环境中,为学生提供了多方位获取知识体验的方式和渠道。
3 结语
绿色化学的根本目标和宗旨是用化学的技术、原理和方法消除对人体健康、安全和生态环境有毒有害的化学品。在中学教育中渗透绿色化学的理念,对于我国未来可持续发展意义重大。如何将绿色化学、可持续发展有机地穿插到中学化学教育中去,是每一个中学化学教育工作者的责任与义务。
[1] 王肇陟.“绿色化学”理念在中学化学教学中的渗透初探[J].科技文汇,2012(9):137-138.
[2] 白雪晶.中学化学实验教学绿色化探讨[J].内蒙古石油化工,2012(2):74-75.
[3] 陈莹.中学化学中的绿色化学教育[J].中国教育技术装备,2010(l4):88.
[4] 黄晓虹.中学化学教学中引入绿色化学的必要性[J].实验教学研究,2012(7/8):24-25.
[5] 林日轩.关于中学化学教育中绿色化学教育的探析[J].课程教育研究,2012(7):222-223.
(责任编辑、校对:琚行松)
The Concept of Green Chemistry on the Chemical Education in Middle School
MA Chun-xiu
(Group of Chemistry, The Middle School Attached to Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510272, China)
Green chemistry is a new projection in the chemical education in middle school. The necessity and methods of green chemical education, such as the experimental teaching, classroom teaching, teaching management, and the second classroom are explored.
chemistry teaching in middle school; chemistry education; green chemical education
G633
A
1009-9115(2014)02-0154-03
10.3969/j.issn.1009-9115.2014.02.047
全国教育信息技术研究“十二五”规划2012年度重点课题(广东专项)
2013-10-11
马春秀(1973-),女,河北辛集人,中学一级,研究方向为中学化学教育。