化学的人本思维、绿色思维及其教学
2019-01-03吴俊明吴敏
吴俊明 吴敏
摘要: 化学是为了满足人类生活、生存和发展需要而形成的一门人本科学。化学的人本思维揭示化学的社会角色、人文意义和存在价值,引导和规范化学活动发展的基本方向,是贯穿化学科学形成和发展过程的主线。化学的绿色思维是当代化学最重要的人本思维。介绍了化学绿色思维的产生背景、基本内涵、主要方向、发展趋势及其成果——绿色化学。中学化学教学要抓好绿色化学教育的基本环节、基本途径和取得效果的基本保证。
关键词: 化学的人本思维; 化学的绿色思维; 绿色化学教育; 中学化学教学
文章编号: 1005-6629(2019)12-0008-08 中图分类号: G633.8 文献标识码: B
化学思维关注物质的组成、结构、性质、变化及其相互联系,这是它内在的显性特点和标志,实际上,它还反映着化学活动的根本目的,即为什么要关注物质的组成、结构、性质、变化及其相互联系,并且受到这个根本目的的制约。所谓化学的人本思维就是以满足人的生存和发展需要作为化学活动(包括传承活动)基本出发点的思维。化学的人本思维反映了化学的外部联系,不但能够揭示化学的社会角色、人文意义和存在价值,还能够引导和规范化学活动发展的基本方向。可惜,基础教育界愈演愈烈的强化个体竞争的应试教育常常使化学传承活动的目的被干扰,使包括化学思维在内的化学传承活动常常偏离正确的基本方向。有鉴于此,正本清源,对化学的人本思维进行讨论,使其更加明确是十分必要的。由于化学的绿色思维是当代化学最重要的人本思维,所以本文对化学的绿色思维一并进行讨论。
1 人本思维引导了化学由自发到自觉的形成和发展
为了说明化学的人本思维如何由自发到自觉逐步形成和发展,需要回顾化学科学形成和发展的历史过程。
1.1 化学科学形成和发展的简单回顾
虽然直到17世纪后半叶化学才被确立为科学,它却有着久远的历史渊源。
在几十万年前的原始社会,人类就已经能够有意识地控制和利用火,火逐渐成为人类利用自然、改造自然的有力手段,推动人类历史先后进入制陶时期、青铜时代直到铁器时代: 公元前8000至公元前6000年(新石器时代早期),中国已开始陶器制作。公元前2000多年(新石器时代晚期),我国甘肃广河县齐家坪一带先民已经会铸造红铜器;公元前1400年左右,小亚细亚的赫梯人已经掌握冶铁技术,我国则在大约2700年前的春秋晚期出现生铁冶铸技术。
在人们认识和利用铜、铁等金属的同时,对金、银、锡、铅、汞等金属也逐步有所认识和利用: 公元前1200年,我国商代已经使用锡、铅及汞的某些化合物,并出现镀锡铜器。公元前3世纪(战国后期),我国出现了块炼铁渗碳制钢技术;公元前2世纪(西汉时期),我国有了利用胆水炼铜的湿法冶金记载(宋代时曾利用此法大量生产铜)。此外,公元前1000年,古埃及人已经會制作玻璃器具。
原始社会末期起,人们逐步掌握了酿造、染色、油漆等跟人类日常生活中的吃、穿、用、医等等有密切关系的工艺: 公元前5~2世纪,我国古籍《山海经》成书,书中就有不少药物学和矿物学的内容。我国著名的药物学古籍《本草经》在大约2000多年前成书,其中载录了动、植、矿物药物达到365种,含有丰富的科学内容。公元2世纪,东汉炼丹家魏伯阳的《参同契》成书,这是现存最早的有关炼丹术的著作。公元7~8世纪,我国唐初孙思邈的《伏硫磺法》最早记载了火药的3种成分;公元9世纪唐代中期的炼丹书《铅汞甲辰至宝集成》记载了清虚子《伏火矾法》,也谈到火药的配方。其后,公元1000年,宋初唐福制成火药箭、火球、火蒺藜等火药武器;1014年,曾公亮等编成《武经总要》一书,书中介绍了3种火药配方和多种火器。1092年,北宋科学家沈括的《梦溪笔谈》成书,书中有不少化学史料。13世纪时,英国炼金家罗哲·培根著《炼金术原理》。1556年,阿格里柯拉的《论金属》出版,该书是16世纪欧洲有关采矿、冶金的重要技术著作。1637年,我国明代学者宋应星的《天工开物》问世。1661年,波义耳的名著《怀疑派的化学家》出版,近代化学开始形成。
1.2 贯穿化学科学形成和发展过程的思维主线
从上述化学科学形成的简单回顾可以看出,化学最初是从人类的吃、穿、用、医、工等角度介入人的生活、进入人的视野、引起人的关注的,是在以人为本基础上形成和发展成为一门科学的。化学最初时表现为一门实用的技术,从物质(物资)角度为人类服务、“以人为本”是化学的灵魂、基因。
贯穿化学科学形成和发展过程的思维主线是随着一系列问题的形成逐步展开、深化的。这些问题如:
特定的物质对于人有什么实用价值?(是什么?)
为什么特定的物质有这些价值,这跟特定物质的哪一(些)性质有关?(为什么?)
怎样获得特定的物质?需要哪些资源、经过哪些过程、采用哪些方法?怎样改进、提升特定物质的性能,更好地满足人的需要?(怎么样?)……
这些问题促进了原始的实用化学的理性思维,人们开始关注制约有关措施的客观规律和理性依据,为化学真正成为一门科学创造了可能。在化学学科的形成和过程中有关的具体事实主要是:
人们开始关注造成物质性质差异的组成问题。公元前7~6世纪古希腊的泰勒斯提出“万物之源是水”,公元前6世纪古希腊的阿拉克西米尼提出“万物之源是气”,公元前6~5世纪古希腊的赫拉克利特提出“万物之源是火”,公元前4世纪古希腊的亚里斯多德提出水、火、土、气四元素说以及干、冷、湿、热四性说。公元前5~3世纪中国战国时期的著作《尚书》洪范篇提出金、木、水、火、土“五行说”。16世纪初瑞士医生帕拉塞斯提出盐、硫、汞三元素说……1661年,波义耳在《怀疑派的化学家》一书中为化学元素做出了唯物的科学定义,使此前唯心、虚妄的元素说迅速溃败。
人们开始关注影响物质性质的结构问题。公元前5世纪春秋末年的《墨子》经下篇中提出物质的最小单位是“端”。公元前4世纪古希腊的亚里斯多德提出了朴素的原子论。1803年道尔顿正式发表他的原子学说并且成功地用于解释一些实验现象。1811年阿伏伽德罗提出分子假说。1852年弗兰克兰提出原子价概念、1897年汤姆逊发现电子,此后X射线、铀射线陆续被发现,促使人们发现了原子的结构;1916年柯塞尔和路易斯提出原子价的电子理论……使人们更深入地了解物质的微观结构。
人们还关注了化学反应的热力学问题和动力学问题,通过这类研究对化学反应方向和可能性有了深入的了解,对化学反应的实现与调控有了科学的依据,使化学逐步发展成为一门比较完备的科学。化学科学不但为人类提供更加丰富更加满意的物质材料,更好地满足人们提高生活质量的需要,也从精神层面更好地满足了人们探究的需要、求知的需要。
1.3 从人本观念看化学科学
从人本观念看,化学是为了满足人类生活、生存和发展需要而形成的一门积极有为的科学,是一门人本科学。化学的人本思维也是在逐步发展的。就化学人本思维的发展而言,化学科学具有下列特点:
(1) 满足人的生存的基本需要是化学科学形成和发展的实际背景;
(2) 从满足生存的基本需要发展到提高生活质量的需要;
(3) 从提高生活质量的需要发展到提高生存质量的需要;
(4) 从满足物质的需要发展到满足精神的需要。
化学能够满足人在精神方面的某些需要,除了上面说到的满足人们探究的需要、求知的需要、理性的需要之外,还包括满足娱乐、“好玩”等等方面的需要。例如制造各种色彩的美工材料、发光材料、荧光材料、装饰材料等,合成“奥林匹克烯(Olympicene)”“奥林匹克锁烃(Olympiadane)”等等。
化学的精神功能应该重视,不能把它只看成是物质追求的工具。
2 化学的绿色思维
所谓绿色思维,通常是指持续发展思维,在思考问题时讲究人性化、环保化,讲究发展的可持续性;在无法预见将来会发生什么变化时,处理事情注意留有余地。化学的绿色思维主要表现为: 不但注重物质及其化学变化对于人和自然环境的存在、发展的积极意义,也注重其消极意义,注重资源保护与回收利用,注重减少废物废热排放、杜绝有毒有害物质排放,注重环境保护与治理,趋利避害,保证人的生存安全,提高人的生存质量。
2.1 化学绿色思维的产生背景
1962年,美国科普作家蕾切尔·卡森创作的科普读物《寂静的春天》首次出版。在这本书中,卡森以寓言开头,描绘了一个风景宜人、生机勃勃的村庄像遭遇魔咒一般陷入一片死寂,由此引出了以DDT为代表的化学农药对于水源、土壤、动植物甚至人类自身的严重危害。意在唤起公众的环保意识,揭示环境污染的严峻性和紧迫性[1]。自此,由化学制品引起的各种污染问题迅速引起人们的共鸣和关注。随着化学污染的加剧和人们越来越强烈的关心,很多人对化学工业提出质疑,认为化学是罪魁祸首,化学家应该负首要责任。同时,一些人开始厌恶化学、恐惧化学、逃避化学,有如“草木皆兵”;一些商品急于撇清跟化学的关系,广告声称“本品不含任何化学物质”;有人公开声称“我恨化学”;一些学生学习化学的兴趣则大受影响……化学和化学家面临着前所未有的挑战。在这个背景下,“绿色化学”(Green Chemistry)概念应运而生,化学家们开启了化学的绿色思维。
2.2 化学绿色思维的基本内涵
2.2.1 绿色化学观
绿色化学观念是人们在社会生产、生活和实践中,为防治、减少乃至杜绝化学污染源,保护环境,而逐步形成的对绿色化学重要性的认识。具体包括4个方面:
第一,可持续发展观。既要达到发展经济的目的,又能使子孙后代永续发展和安居乐业。为此,要保护人类赖以生存的自然资源和环境,实现人口、经济、社会、资源和环境协调发展。
第二,绿色化学价值观。在化学研究和传承中以绿色化学原理为指导,不仅探讨化学物质、化学实验对人类的贡献,更要全面地考虑其对环境、对自然界的影响。
第三,化学的科学发展观。以可持续发展的战略眼光来研究、传承化学科学,探索、保护、利用和改造自然,对化学有全面、科学的认识。
第四,环境和谐道德观。讲究人类与环境和谐相处,形成以人类与环境和谐相处为核心的新道德观念。这种道德观念是人类传统伦理道德观念的继承和发展,是在现代工业文明引发环境日益恶化、与环境矛盾日益尖锐情况下产生和发展起来的,是人类有史以来环境意识发展的最高阶段。
绿色化学观是人类可持续发展的客观要求及具体体现,化学家在这些方面已经并将继续作出更大的贡献。人类活动导致的生态退化、环境污染,有望依靠绿色化学技术来避免,使人类与自然界在高层次上和谐共处。
2.2.2 绿色化学原则
绿色化学的核心是“杜绝污染源”,事实上,防治污染的最佳途径就是从源头消除污染,一开始就不要产生有毒、有害物质。绿色化学要求在化学反应过程中尽可能采用无毒无害的原料、催化剂和溶剂,其内容包括新设计或重新设计化学合成路线、制造方法和化工产品来根除污染源,是最为理想的环境污染防治方法。
P.T. Anastas和J.C. Waner曾概括了绿色化学的12条原则[2]:
(1) 防止废物的生成比在其生成后再处理更好。
(2) 设计的合成方法應使生成过程中所采用的原料最大限度地进入产品之中。
(3) 设计合成方法时,只要可能,不论原料、中间产物和最终产品,均应对人体健康和环境无毒,无害(包括极小毒性和无毒)。
(4) 化工产品设计时,必须使其具有高效的功能,同时也要减少其毒性。
(5) 应尽可能避免使用溶剂、分离试剂等助剂,若不可避免,也要选用无毒无害的助剂。
(6) 合成方法必须考虑过程中能耗对成本与环境的影响,应设法降低能耗,最好采用在常温常压下的合成方法。
(7) 在技术可行和经济合理的前提下,原料要采用可再生资源代替消耗性资源。
(8) 在可能的条件下,尽量不用不必要的衍生物,如限制性基团,保护/去保护作用、临时调变物理/化学工艺。
(9) 合成方法中采用高选择性的催化剂比使用化学计量助剂更优越。
(10) 化工产品要设计成在其使用功能终结后,它不会永存于环境中,要能分解成可降解的无害产物。
(11) 进一步发展分析方法,对危险物质在生成前实行在线监测和控制。
(12) 选择化学生产过程的物质,使化学意外事故(渗透、爆炸、火灾等)的危险性降低到最小程度。
这12条原则已为国际化学界所公认,它反映了绿色化学领域中前期所开展研究工作的内容,也指明了未来发展绿色化学的方向。
2.2.3 化学绿色思维的主要方向与发展趋势
目前,化学的绿色思维主要围绕化学反应,包括原料、催化剂、溶剂和产品等的绿色化,形成了5个主要方向:
(1) 开发原子经济性反应;
(2) 采用无毒无害的原料;
(3) 采用无毒无害的催化剂;
(4) 采用无毒无害的溶剂或不使用溶剂;
(5) 研制环境友好产品。
2007年,我国学者纪红兵和佘远斌提出了绿色化工产品设计、原料绿色化及新型原料平台、新型反应技术、催化剂制备的绿色化和新型催化技术、溶剂的绿色化及绿色溶剂、新型反应器及过程强化与耦合技术、新型分离技术、绿色化工过程系统集成、计算化学与绿色化学化工结合等9个方面绿色化学和化工的发展趋势[3]。
2.2.4 绿色思维的重要成果——绿色化学
绿色化学是用化学的技术和方法减少或停止那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用与产生的化学,内容广泛,涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,其定义是逐步发展和变化的。简单地说,绿色化学是一门从源头上阻止污染的化学。
绿色化学体现了化学学科发展的新价值观。它与可持续发展的基本要求即资源的永续利用和环境容量的持续承载能力是相符合的。绿色化学是可持续发展思想在化学领域的实现,是传统化学与技术的全面“绿化”,传统化学中那些破坏环境的反应将逐渐被绿色化学的环境友好化学反应所代替。
绿色化学体现了新的创造性的思想,其基点是研究新反应体系包括寻求新的反应原料,探索新的反应条件与合成路线,设计绿色产品。这就要求化学家与科研工作者要应用当代最新科学技术成就如物理、化学、生物学的技术与手段,以实现化学科学与生态协调发展为目标,研究环境友好的新反应、新过程、新产品。
绿色化学是一种新的思维方式,是关于日常生活的产品和生产过程的重新设计。其核心是从源头上避免和消除对生态环境有毒有害的原料、催化剂、溶剂和试剂的使用和产物、副产物的产生,将反应物的原子全部转化为期望的最终产物,减少和消除工业生产对环境的污染。
绿色化学综合考虑了环境、经济、社会以及化学工业发展的要求,在研究污染根源和污染本质所在基础上,倡导从化学品设计和生产过程设计两个方面用化学的技术和方法来减少或消除那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生,把污染治理转变为污染预防,过程和终端均为零排放或零污染,使化工生产的负面作用尽可能小。所以绿色化学又称为环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry)、环境友好化学(Environmentally Friendly Chemistry)、清洁化学(Clean Chemistry),在其基础上发展的技术则被称为环境友好技术(Environmentally Friendly Technology)或洁净技术(Clean Technology)。绿色化学具有一系列全新的观念、原则、方法和技术,其定义逐步发展和变化,内容越来越广泛,涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科。
綠色化学与污染控制化学不同。污染控制化学是一种被动的治理,研究对已被污染环境进行治理的化学技术与原理,研究如何使研究对象恢复到被污染前的面目。而绿色化学是从源头上阻止污染物的生成,是一种主动的预防,是从根本上消除污染的对策。通过绿色化学寻求产率高、副产物少、耗能低、节省原材料,反应条件温和,试剂和介质以及产物无毒无害或低毒低害的环境友好反应,是解决环境污染的根本出路。“化学的绿色化”已成为新世纪世界化学进展的主要方向之一。
绿色化学主要从原料的安全性、工艺过程节能性、反应原子的经济性和产物环境友好性等4方面进行评价。最大限度地利用原料,最大限度地减少副产物、减少废物的排放,是化学合成方法发展的趋势。1991年,美国著名有机化学家特劳斯特(B.M. Trost)首先提出了原子经济性的概念,他认为化学反应应该最大限度地利用原料分子中的每一个原子,使它们都结合到目标分子(目标中的产物)中去,从而达到废物的零排放。“原子经济性”概念反映了充分利用原料中的各个原子,从而既能充分利用资源又能防止污染的程度,可用原子利用率来衡量,其计算式为:
原子利用率=预期产物的分子量反应物质的原子总和×100%
原子利用率越高,就越能够充分地利用原料中的每个原予,使之最大限度地进入到目标产物中,反应产生的废弃物就越少,对环境造成的污染也越小。
绿色化学以利用可持续发展方法,减少使用与产生有害物质作为努力的目标,与此相关的化学化工活动均属于绿色化学的范畴。绿色化学的研究主要围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化来进行。英国Crystal Faraday侨会在2004年提出的路线图中给出了8个技术领域,即绿色产品设计、原料、反应、催化、溶剂、工艺改进、分离技术和实现技术[4]。
关于化学实验的绿色化,人们普遍认为: 实验过程中应遵循绿色化实验“5R”原则,即: (1)Reduction,减量使用原料,减少实验废弃物的产生和排放;(2)Reuse,循环使用、重复使用;(3)Recycling,回收,进行再利用,从而实现“省资源、少污染,减成本”;(4)Regeneration,再生,变废为宝,是减少污染的有效途径;(5)Rejection,拒用有毒有害品,对一些无法替代又无法回收、再生和重复使用的,有毒副作用及会造成污染的原料,拒绝使用,这是杜绝污染的最根本的办法。
绿色化学的核心问题是设计新的化学化工反应体系,研究新的合成方法和路线,寻求新的化学原料,探索新的反应条件,设计和研制绿色产品。原子经济性和绿色评价判断4方面标准应该是绿色化学的核心内容。
绿色化学是人类可持续发展的客观要求。长期以来,人们总是以征服自然、改造自然为骄傲,对自然资源进行掠夺性开发,造成严重的生态失调、气候反常、资源匮乏。现在,人们已经认识到“人类只有一个地球”,人类要求得到自身的持续发展与生存,就必须与环境和谐共处。可持续发展是国际社会在全球环境与发展问题方面达成的共识,其实质是协调好人口、资源、环境和发展的关系,为了人类的世代生存和进步奠定能够持续发展的基础。可持续发展在体现公平性、持续性与共同性原则的条件下,鼓励经济增长,要求注意经济增长的质量、节约资源、减少污染;要以保护自然为基础,与资源承载能力相协调;要以改善生存质量为目的,实现生态、经济和社会的可持续发展。科技进步是实现人类社会可持续发展的基础和关键。而绿色化学则为可持续发展提供了重要的途径和方法。
如果把全球环境问题作为科学问题,化学在这个科学问题面前首当其冲。化学研究与应用贯穿于人类社会与环境的相互作用之中,它与能源、资源、信息和生命紧密相连。化学家和化学工程师们用自己的智慧,借助于化学工业,尤其是有机合成、制药、染料及高分子材料工业等,为人类创造了大量的物质财富,他们早就意识到了化工生产排放的废物对环境造成的影响,并积极参与环境污染问题的研究与治理工作,化学家是“环境”的朋友。他们进行化学理论与实践研究的同时,还对产生环境污染的污染物的特性提供信息;积极探索污染的防治、转化、处理及综合利用的途径。化学家积极改革旧工艺,寻求无污染或低排放的“绿色”新工艺,为从根源上消除和减少污染提供了保证。绿色化学要求设计对人类健康和环境更安全的化合物,利用化学结构—活性关系和分子改造去达到效能和毒性之间的最优结果。这是合成化学史上最困难和最富挑战性的任务。绿色化学不仅是对人类健康的影响而言,也是对生态环境、动物、水生生物和植物而言。除了直接影响外,绿色化学还要考虑间接影响——转化产物或代谢物的毒性。这就要求绿色化学对化合物的生成、暴露、接触途径、摄入,吸收机制和分布以及进入人体内毒性作用机理进行更深入的研究和理解。
绿色化学的诞生,为人类解决发展与环境之间的矛盾提供了前提与保证。在新的历史条件下,绿色化学是赋予当代化学工作者的更加艰巨的使命。
2.3 化學的绿色思维是当代化学最重要的人本思维
化学的绿色思维是旨在提高人类生存安全和生存质量的化学思维,它不仅为人类的现在考虑,还为人类的未来考虑,因此,化学的绿色思维是当代化学最重要的人本思维,是当代化学人本思维最重要的内容,对当代化学化工的发展有着重要的影响,因而应该成为当代化学传承不应忽视的重要内容。
3 化学人本思维、绿色思维的教学
把绿色化学融合于化学教育,把绿色化学的理念贯穿于整个化学教育之中,让学生初步学会进行化学绿色思维,对于培养学生的可持续发展观念、绿色价值观念、科学发展观念、人与自然和谐共生观念、环境道德观念和人本观念,提高学生的综合素质,培养中国特色社会主义事业未来的建设者和接班人;对于从化学角度缓解环境恶化,贯彻新发展理念,建设生态文明,建设美丽中国,为人民创造良好生产生活环境,为全球生态安全作出贡献,既具有深远的意义,又具有现实的意义,必须充分重视,努力搞好。为此,需要抓好中学化学中进行绿色化学观教育的“三基”: 基本环节、基本途径和基本保证。
3.1 中学化学中进行绿色思维教学的基本环节
要引导学生了解“以人为本”是化学科学的责任与价值所在。
要引导学生了解绿色思维是当代化学最重要的人本思维,是当代化学学科素养的重要内容,也是当代学生素质教育的重要内容。
要引导学生了解绿色化学观,了解绿色化学原则,了解化学绿色思维的基本问题、基本思路、主要方向与发展趋势,了解绿色化学。
观念来自于思想,观念的形成是思想的结果[5]。观念的意义在于指导行为、转化为实践的力量。观念的形成和发展一般要经历由知道到理解,由理解到接受、共鸣,由认同、共鸣到笃行(转化为行为)、深化认识和强化观念等阶段。绿色化学观的教育应该顺应观念形成和发展的规律,抓好知、情、意、行环节。在观念形成之后还要设计和实施强化过程,使观念具有稳定性。
(1) 引导学生逐步形成对绿色化学及绿色化学观的认知。
从绪言课开始就要注意渗透绿色化学观教育,让学生不但了解物质的物理性质、化学性质,还要通过介绍某些物质对人类健康和环境的有害影响,在此基础上引导学生进一步关注、思考、了解有效的预防和保护措施,形成环境保护意识。在元素与化合物教学中有计划地穿插安排主要污染物对环境的影响及其防治内容,例如大气污染及其防治、水污染及其防治、温室效应、酸雨、臭氧层空洞等等。让学生逐步知道源头治理、主动防治、减少各类排放、减少对环境影响的必要性和有关措施。
还应让学生逐步了解、体验:
① 原子经济性概念。
② 綠色评判的4方面标准。
③ 绿色化学的12条原则。
④ 绿色化学实验“5R”原则。
⑤ 绿色化学是一种新的创造性的思想,绿色化学具有一系列全新的观念、原则、方法和技术,其定义逐步发展和变化,内容越来越广泛;绿色化学涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科。
⑥ 绿色化学要求设计对人类健康和环境更安全的化合物,利用化学结构-活性关系和分子改造去达到效能和毒性之间的最优平衡结果。
⑦ 绿色化学的“更安全”这个概念不仅是对人类健康的影响而言,还包括对环境中其他生物影响;除了直接影响外,还要考虑间接影响——转化产物或代谢物的毒性。这就要求绿色化学对化合物的生成、暴露、接触途径、摄入,吸收机制和分布以及进入人体内毒性作用机理进行更深入的研究和理解,从而涉及生物、生理、生化、生态以及环境等方面更多的学科。
⑧ 化学家是绿色环境的朋友,等等。
这些知识不仅有助于学生对绿色化学的了解,也有助于培养他们对绿色化学的兴趣,有助于他们今后进一步学习化学、学好化学,教学时要力求有效、生动,杜绝“走过场”。
(2) 引导学生逐步形成对绿色化学及绿色化学观的认可、认同和共鸣。
要引导学生认识到: 绿色化学有利于我们建设美丽中国、美丽家园,不但提高生活质量,而且提高生存安全性。
引导学生认识到: 绿色化学观包括可持续发展观、绿色化学价值观、化学的科学发展观以及环境和谐道德观四个方面。只有从这4个方面来认识绿色化学观,才能真正理解绿色化学观,认可、认同绿色化学观,形成情感的共鸣,坚定走绿色发展科学道路的意志。
(3) 引导学生要把绿色化学观转化成绿色化学技能和行为,做到笃行有为。
要引导学生逐步学会进行原子利用率计算;初步学会设计绿色产品;初步学会比较系统地选择或设计制取过程中符合绿色原则的原料、化学反应、催化剂和溶剂,以及实现技术、分离技术和工艺改进等。
3.2 中学化学中进行化学绿色思维教学的基本途径
中学化学中进行绿色化学观教育的基本途径是:
(1) 在日常课堂教学中有计划地分布介绍有关知识,向学生渗透绿色化学观。从绿色的角度来说,传统的化学教科书中很多物质的制取、化学工艺等等都应该重新考虑、重新选择和设计,按照绿色化学原则进行评价,批判不良案例、介绍绿色案例,建立绿色的教学内容体系。
(2) 化学实验是化学教学的重要环节,接触各种有毒有害物质、致污染物质的机会较多。在中学化学实验中要注意传授绿色实验技能,注意让学生体验并初步学会实施绿色化实验“5R”原则,注意让学生体验绿色化学观,使之成为实施绿色化学教育、使学生树立起牢固的绿色化学理念和环保意识的重要途径。
(3) 在课题实践活动中通过环境考察、绿色化学项目考察,以及研究性课题活动等,引导学生实践绿色化学观。
3.3 中学化学中化学绿色思维教学效果的基本保证
为了绿色化学观教育能够取得切实的效果,消除“走过场”现象,要认真实施下列措施以保证效果。
(1) 精心计划,有序进行。
绿色化学观的内涵十分丰富,要由浅入深、由简单到复杂,周密地订好计划,同时要做好课时教学内容的调整、整合。
(2) 抓好实际环节,避免流于空谈。
目前在中学化学实验方面,关注环境、关注污染预防还很不够,有关的实践活动更是凤毛麟角,一定要下决心抓实抓好。对于中学化学实验。要做到:
① 重视有计划地在有关章节及实验内容中融进绿色化学知识。重视整合教学内容,使凸显绿色化学理念落实到每一个实验,让中学生形成和深化绿色化学意识。
② 重视利用典型案例和实例教学,体现、深化绿色化学理念。典型案例和实例教学更易为学生接受,更能激发学生进行绿色化学学习和探究的兴趣。
③ 重视改进教学方法,优化实验教学,体验绿色化学理念,积极应用提高现代信息技术和教学手段;优化实验教学,让学生体验绿色化学理念。
④ 积极开展探究教学活动,组织学生设计绿色化学方案解决实验或者化工生产中难度适当的有关问题。
⑤ 在有条件的地方,可以邀请化工技术人员
作有关报告并组织现场参观活动,让学生体验绿色化学理念和绿色化学工艺。
(3) 注意排除错误观念的干扰。
现在,化学实验或者化工生产污染环境必然论、难免论和实验污染可以忽略论,以及防治化学污染无能为力等错误认识在少数教师和学生中还有“市场”,导致学生绿色化学意识淡薄低下。不破不立,不排除错误观念的干扰,绿色化学观就难以确立。
(4) 坚持立德树人,努力避免“知识教学第一”和“升学率第一”的消极影响。
目前在绿色化学观教育中存在的许多消极现象,根源在于立德树人意识淡薄,“知识教学第一”、“升学率第一”造成了言行分裂现象。要改变这种情况,必须强化立德树人意识,认真改变只重视传授化学知识不顾及环境,只强调(化工产品的)功能、用途和转化率,忽视生产和消费过程中对环境的危害的现象,全面地从社会、经济、环境的角度去重新审视传统化学的研究内容,突出绿色化学。从传统化学到绿色化学的转变,既是化学科学的进步与发展,也是化学教育观念的更新。每一个化学教育工作者都有责任自觉地宣传绿色化学目标,促进绿色化学目标最终实现。
(5) 组织学生撰写专题总结报告,升华认知。
实践表明,组织学生撰写专题总结报告,有利于学生系统地梳理有关认识,实现知识的结构化,从而强化认知、升华认知。
参考文献:
[1][美]蕾切尔·卡森著. 韩正译. 寂静的春天[M]. 北京: 商务印书馆, 2017.
[2][美]P.T. 阿纳斯塔等著. 李朝军, 王东译. 绿色化学: 理论与应用[M]. 北京: 科学出版社. 2002.
[3]纪红兵, 佘远斌. 绿色化学化工基本问题的发展与研究[J]. 化工进展. 2007, 26(5): 605~614.
[4]https://baike.baidu.com/item/绿色化学/19612?fr=aladdin.
[5]https://baike.baidu.com/item/观念/1180711?fr=aladdin.