凸显绿色化学理念设计的课例

蒋澄一

摘要：针对初中化学教学中出现的学生对绿色化学理念认识中存在的不足，以及“环境污染的防治”传统教学中对科学价值观的缺失等问题，通过创设真实的实验、工业和生活情境，在拓宽知识的广度和培养思维的深度的基础上，引导初中学生循序渐进地构建绿色化学理念，初步树立科学的发展观。

关键词：绿色化学理念;初中;教学

文章编号：1008-0546（2021）09-0037-06

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.010

一、教学内容分析

本课主要的教学内容包括“还人类洁净的空气”“保护水资源”“回收利用固体废弃物”三部分。“保护水资源”主要教学内容有水体污染的主要来源和处理污水的常用方法，这些内容与教材第二章第三节相似，不同点是增加了“农业用水、生活污水造成污染水体的原因”。“回收利用固体废弃物”的相关知识是垃圾处理的一般方法，其中废金属、废塑料橡胶的回收，学生在第五章第三节、第九章第二节都已学过，但垃圾分类这一社会热点问题学生了解不多。本课教学的重点和难点是“硫酸型酸雨的形成”的基本原理。

二、教学现状分析

在我校化学测验中有这样一个问题：工厂利用稀硫酸吸收尾气中的氨气，从绿色化学的角度谈谈这样做的目的是什么？命题人只给出“防止空气污染”的参考答案，从阅卷情况统计，有近九成的学生给出类似的答案，几乎没有学生给出“生成的硫酸铵可以用作化肥”的答案。分析以上现象，笔者认为许多学生和少数教师对绿色化学理念的理解存在偏差，他们把绿色化学理念简化成了减少污染，因此非常有必要纠正他们对绿色化学理念认识中的误区。

沪教版“环境污染的防治”的教学内容在以前的教学中多少均有涉及，许多教师很容易轻视本课教学，只把教学重点放在“酸雨形成”的实验和化学方程式的书写上，没有真正挖掘教学内容中蕴涵的学科价值和功能。另外本课是沪教版的最后一章最后一节，许多教师为了尽早地开始总复习，有时只通过划重点的方式来上课，更弱化了应有的教学要求。

三、教学思想与创新点

本课以燃放烟花爆竹对环境的危害为明线，以体验绿色化学理念为暗线，教学设计有以下特点。

1.情境从模拟到真实

本节课的重点之一是“硫酸型酸雨的形成”的实验，笔者通过模拟实验使学生初步了解SO2的形成、SO2与水反应的知识后，适当将教学视野拓展到硫酸的工业制法，使学生在认识化学对社会发展重要作用的同时，更能体会“绿色化学”在工业生产中的具体应用。在污水处理环节，笔者让学生对比已学过的“污水处理”的模拟实验与实际城市污水处理的异同，这些真实和富有启迪性的教学情境，有助于学生加深对所学知识的理解，也有助于帮助学生逐步建构“绿色化学”理念。

2.思想从广度到深度

笔者考虑初中化学的基础性和启蒙性，从生活污水处理、垃圾分类等真实情境中选取合适的素材开阔学生的视野，拓宽学生的知识面。同时从绿色化学遵循的基本原则中选取“原子的经济性”“可再生”“可回收”“控制污染源”等内容作为学生知识的增长点，用于引导学生正确理解绿色化学理念。

为避免把教学变成科普讲座，防止学生听时好玩过后就忘的情形出现，笔者将所传授的知识和方法融入创设的真实的生产生活情境中，用问题去引导学生比较、分析、归纳，在解决实际问题的过程中培养学生思维的深度。

3.理念从体验到经验

学生在体验过程中可以采用自主学习、合作学习和探究学习等多种方式，学生在体验中积累经验，在反思中提升经验，进而形成和发展学力[1]。

笔者分析任教班级学生的差异后，在教学过程中为他们搭建一个体验初中化学“绿色应用”理念的阶梯。学生首先在模拟实验中感受理念，然后在真实生产中认识理念，最后树立在日常生活中合理使用化学物质的理念。以上是学生不断解决问题、积累经验、提升自我的过程。

四、教学目标

1.知识层面

学生通过“硫酸型酸雨的形成”的实验，初步了解SO2的产生途径，对环境的危害。学生通过硫酸的工业制法认识SO2的化学性质和生成硫酸的途径。学生对比工业真实污水处理与教材模拟污水处理的异同，加深理解氮、磷、钾元素对植物生长重要意义，进一步认识淀粉、蛋白质、脂肪与氧气发生化学反应。学生初步学习垃圾分类的标准，并对教室常见的垃圾进行分类。

2.价值层面

教师将基于绿色化学理念逐步地渗透在学生学习知识的过程中，让学生对绿色化学理念有一个从感受到认识最后实践的渐进式体验过程，使学生认识化学在促进人类和社会可持续发展中的地位和作用[2]。

五、教学流程

教学流程见图1。

六、教学实录

1.创设情境，提出绿色化学理念

【视频】溧阳市春节期间在限定区域内禁止燃放烟花炮竹的新闻公告。

【教师】为什么要禁止燃放烟花炮竹？

【学生1】可以较少空气污染。

【教师追问】你通过哪些感受知道燃放烟花会污染空气？

【学生2】燃放时会产生很多烟，而且会闻到刺鼻的气味。

【投影】黑火药燃烧时会产生CO、CO2、SO2等气体。

【教师】请能根据以上信息推測一下，是什么气体有刺激性气味？ 【学生3】SO2气体。 【投影】绿色化学理念是指：在化学反应或化工生产过程中，不使用或减少使用有害物质，减少或消除有害物质的生成，从源头上消除化学或化工生产对环境或人类健康的负面影响。

【教师】燃放烟花炮竹在哪些方面不符合绿色化学理念？

【学生4】因为会生成对人体健康或环境都有害的CO、SO2、CO2。

【设计意图】笔者从学生对燃放烟花爆竹的切身感受出发，以生活中熟悉的禁放烟花炮竹为教学情境，使学生尽快进入课堂教学。因为授课班级的学生对绿色化学理念认识很模糊，所以笔者首先简要介绍了理念的内涵，这样不仅纠正学生对绿色化学认识上的误区，而且为后面开展凸显绿色化学理念的教学埋下伏笔。

2.模拟实验，感受绿色化学理念

【过渡】在以前的学习中我们已经知道CO、CO2对环境和人体的影响，SO2这种气体从何而来？对环境和人体有怎样的影响，我们将用实验来探究SO2的生成以及相关的性质。

【演示实验】利用图2装置，完成硫在氧气中燃烧。

【教师】请观察实验现象并写出硫燃烧生成SO2的化学方程式。

【学生5】有蓝紫色火焰，石蕊试液变成红色。

【教师】石蕊试液变成红色了，这现象能否说明SO2会造成酸雨？

【学生表现】少数学生说“能”，多数学生沉默。

【教师】请同学们在回答问题以前想一想，pH在什么范围内的雨水是酸雨？

【学生6】我认为上述实验不能说明SO2会造成酸雨。因为酸雨的pH<5.6，但石蕊變红只能说明溶液呈酸性，不能说明其pH一定小于5.6。

【教师追问】老师非常赞同你这种定性与定量相结合的思想，那你会做什么实验来说明二氧化硫会造成酸雨？

【学生6】测溶液的pH。

【教师追问】你打算用普通pH试纸还是pH计测定溶液pH？为什么？

【学生6】用pH计，因为可以测得更准确一些。

【学生7】我也选pH计，因为现在测试的溶液是红色，若用pH试纸，可能试纸的颜色变化不准确。

【教师】这两位同学注意到了在不同的情境，要运用相应的知识解决实际问题，很值得称赞。

【投影】用pH计测定SO2与H2O反应时pH的变化，实验装置和结果如图3所示。

【教师】依据数字传感器测定的结果，二氧化硫是造成酸雨的因素之一。你能模仿二氧化碳与水反应的原理，写出二氧化硫与水反应的化学方程式吗？

【学生】完成化学方程式。

【教师】请同学们谈谈，我们演示的实验与课本上的实验比较哪些方面体现出“绿色化学应用”的理念？

【学生8】课本上的实验需要在空气中点燃硫粉，这样会对空气造成污染。而现在的演示实验生成的SO2始终在集气瓶中，不会扩散到空气中。

【学生9】演示的实验中硫粉用量很少，这样生成的SO2就减少了。

【学生10】演示实验的装置中预先放人的水可以吸收生成的SO2气体，减少污染。

【板书】小结绿色化学理念（图4）。

【设计意图】为使学生对绿色化学理念有更深刻的体会，笔者通过改进的演示实验，让学生亲身感受“减量”“回收”等绿色化学理念，使学生意识到绿色化学的理念不是空洞的口号和抽象的概念，而是真实的实验、具体的操作，有利于充分发挥实验的教育功能。在教学时笔者不是简单地把“SO2气体会形成酸雨”作为结论直接教给学生，而是用问题引导学生利用实验数据结合已学知识自己分析判断，得出结论，既复习所学知识，又培养学生定性和定量结合的思维方式，这样就充分发挥实验的教学功能。

3.工业生产，认识绿色化学理念

【过渡】二氧化硫与水反应生成物是亚硫酸，那么酸雨中的硫酸是怎么来的呢？

【投影】硫酸的工业制法（图5）。

【教师】请写出反应室和吸收塔内发生反应的化学方程式。

【学生】完成化学方程式的书写。

【教师】空气中的尘埃也可以将SO2催化氧化成SO3，你能用化学方程式表示酸雨中硫酸的生成过程吗？

【学生】完成化学方程式的书写。

【教师】绿色化学理念的核心内容“原子的经济性”是指：尽量使参加反应的原子都进入产物。你们刚才书写的化学方程式符合“原子的经济性”吗？

【学生表现】大多数沉默，有少数同学窃窃私语。

【教师】假设化学反应后生成两种新物质，其中一种是我们需要的产品，这样的反应符合“原子的经济性”吗？

【学生11】不符合。

【教师】基本反应类型中的哪一类反应符合“原子的经济性”？

【学生12】化合反应。

【教师追问】反应室和吸收塔内发生的化学反应满足“原子的经济性”？

【学生13】满足的。

【教师】空气中的尘埃与反应室中的催化剂作用相同，都能将SO2氧化成SO3。现在你知道酸雨中含有硫酸的原因吗？请写出空气中二氧化硫转化成硫酸的化学方程式。

【学生】练习化学方程式书写。

【教师】反应室中SO2不会全部转化成SO3，你会怎样处理这些未反应就离开反应室的SO2呢？

【学生14】要将这些SO2收集起来。

【教师追问】你怎么想到要收集这些SO2气体的？

【学生14】因为刚才绿色化学理念中说要从源头上消除有害物质，因为SO2气体会造成酸雨，所以不能直接排放，要收集处理。

【教师】很好，你的答案已经体现了绿色化学理念。在生成H2SO4的过程中要充分利用原料，实现原子利用率100%，如果从这个角度考虑，你会怎样处理收的SO2气体？

【学生15】可以再次放人反应室生产SO3。

【学生16】炉渣的主要成分Fe2O3，炉渣可以用来炼铁吗？

【教师】可以，绿色化学理念中的“变废为宝”的思路和你的答案非常相似。你怎么会想到炉渣可以用来炼铁？

【学生16]因为炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分也是Fe2O3，这一点与炉渣很像，所以我就有这样的猜测。

【教师】你的思路非常清晰，对绿色化学理念的认识也更深刻。

【板书】总结绿色化学理念（图6）。

【过渡】燃放烟花爆竹不仅会生成SO2造成酸雨污染水体，而且燃放后被丢弃的固体废弃物也会污染水体。

【教师】请同学们观看视频后回答，第二章所学的实验室模拟污水处理和实际城市污水处理从流程上比较有何异同。

【投影】对比模拟污水处理和实际城市污水处理的异同（表1）。

【视频】城市污水处理工艺流程。

【学生活动】观看视频，交流讨论，完成表格。

【设计意图】本教学环节由硫酸的工业生产和城市污水处理两个基于真实工业生产流程改编而成。笔者以真实的工业生产硫酸为知识载体，用问题引导的方式，让学生在解决问题的实际过程中，获取并巩固以SO2为核心的化学基础知识。同时帮助学生逐步建构基于绿色化学理念的模型，进一步认识绿色化学理念在实际生产中的价值。所以教师要给学生广阔的空间、强大的支持、温暖的鼓励，让学生从绿色化学的理念出发，勇敢地将自己的想法付诸实践。学生的想法也许不够成熟和完善，但这其中蕴含的绿色化学观念才是最需要教师小心呵护的珍宝[3]。

在保护水资源部分，笔者以真实的城市污水处理工艺为素材，一方面有利于扩宽学生的知识面，了解城市污水处理不仅有书本中学到的过滤、吸附、消毒等步骤，还有除氮、磷元素和调节pH等环节。另一方面也是重现学过的知识，并将原来零散的如“化肥流失污染水体”“有机物的降解”等知识以污水处理为主线进行重组，也有利于学生知识的系统化，为以后开展复习工作夯实基础。

4.日常生活，树立绿色理念

【教师】每年燃放焰花炮竹后的固体废弃物给环卫工人带来沉重的工作负担。你打算如何处理这么多的“垃圾”？

【学生17】重新生成纸制品。

【學生18】可以燃烧取暖。

【教师】听了同学们的答案，我感觉同学已经初步认识绿色化学理念。其实大家在回答这些答案之前，清洁工已经完成了重要的分类工作。垃圾只是放错位置的资源，若要合理处置首先需要对垃圾进行分类。

【投影】学校教室里的垃圾（图7）。

【教师】这些垃圾应该怎样分类呢？请结合视频说说你的看法。

【视频】播放上海市垃圾分类宣传视频。

【学生19】笔芯、草稿纸、纸质酸奶盒应该属于可化学教与学2021年第9期回收垃圾，用过的纸巾和食品包装袋是不可回收垃圾，香蕉皮是湿垃圾。

【教师】中性笔笔芯中的油墨含有挥发性物质、多余墨水、浮脂等污染物。若任意丢弃笔芯，会造成土壤、水体污染。废弃的中性笔笔芯属于哪类垃圾？

【学生19】有害垃圾。

【教师】我国每年会消耗几十亿支中性笔，废弃的笔芯对环境的污染不可忽视，你对此有何良策？

【学生20】我们可以少用中性笔啊。

【教师】那老师就少布置点作业啦。

【学生20】我的意思可以用钢笔代替中性笔，这样可以从源头上控制污染源。

【教师】你的看法很好体现了绿色化学理念中的“替用”原则。同学们在校学习过程中还会产生哪些垃圾？结合绿色化学理念，谈谈你会怎样处理这些垃圾？

【学生21】电学实验后的废弃干电池，它们是有害垃圾，要回收。

【学生22】学校食堂每天都会产生许多湿垃圾，这些湿垃圾可用于生产肥料，另外同学要做到学校倡导的“光盘行动”，从源头上减少湿垃圾的产生。

【学生23】在食堂就餐自带餐具，不用一次性筷子。

【设计意图】绿色化学理念的价值绝不是教师向学生单向地讲授，而应当培育学生内在的兴趣和自发的行动力[4]。如果我们仅仅把绿色化学理念体现在试卷的解题中是有所欠缺的，我们期望把绿色化学理念能根植于学生心中，反映在学生的言行中。考虑学生已有的知识和生活经验，笔者从垃圾分类切入。垃圾分类学生在平常学习生活中可以亲身实践，而且垃圾分类会逐渐成为日常生活习惯，因此能在很长一段时间内持续使学生关注绿色化学理念，有助于学生在日常生活中树立绿色化学理念，了解化学为实现人类更好的未来发挥着重大作用。

【教师总结】今天我们在课堂里学习了治理环境污染的有关知识，体验了绿色化学理念，希望同学们能把学到的内容不仅用在化学学习中，更需要在日常生活根据绿色化学理念合理使用物质，增强对自然和社会的责任感。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012：2

[2]吴永才.体验“命题”：从经验走向“学力”一高三化学复习教学的实践与反思[J].化学教与学，2013（3）：2-4

[3]蔡智君.美国Beyond Benign推进高中绿色化学教育的实践与启示[J].化学教育，2016，37（23）：78-81

[4]叶长军，李丹，张娟.中学化学中绿色化学教学的问题与对策[J].化学教育，2018，39（17）：18-20