中学化学实验绿色化设计的探究

2022-12-17侯丽梅

今天 2022年21期

李英侯丽梅

（武威第九中学甘肃武威 733000）

1.研究中学化学实验绿色化设计的方法论的意义

化学教学论作为研究化学教学规律性和应用性的专业课程，强调化学教学中有效教学的相互联系、相互影响和统一。有机化学实验是有机化学的一个主要学科，它有着自己的具体的研究对象和具体的理论体系。但是直到现在，在有机化学实验设计的研究中，还没有一种独特合理的绿色设计研究方法。因此，探讨和研究中学化学实验绿色设计的科学方法，不仅有利于实验设计的完善，同时也能充实试验的理论基础，从而使得绿色现代化的设计理念更能融入到试验的实践之中。

2.中学化学实验绿色化的必要性

实验是学习和训练化学、感受化学、研究化学全过程的必要手段。根据直接化学反应，进一步提高学生的实践和使用能力。结合实际情况，逐步塑造学生的创新精神。虽然绿色化学理念的实施和文化教育已在全国范围内广泛覆盖，然而，在实际的化学实验教学中，往往仅侧重于对学生观察、动手和分析问题的能力的训练，但忽视了学生环保节能观念的塑造。在实验课堂教学的同时，一些有害物质排放到空气中，废水立即排入下水道，这门课程使学生无法从化学的角度培养环保理念，长期处于实验污染的模式中。但在提倡“绿色化学”的今天，绿色化学实验的个人目标和日常任务不仅可以被动地控制污染，而且可以从根本上主动减少和消除实验的形成和排放污染。因此，提高环保意识，优化实验具体内容，改进实验方法，研究新的实验思路，妥善处理废弃物，是基本建设绿色化学实验的重要途径[1]。

3.中学化学实验绿色化设计原则

3.1 简约性与安全性相结合

从现阶段中学化学课程的内容来看，我们可以综合考虑如何使实验更简单、更安全、更少的环境污染，甚至实现零环境污染。要提高对实验仪器设备和实验基本原理的认识，就必须考虑仪器设备的各种主要用途，在有机化学实验中进行自主创新。实验方法、步骤和实验药物少，使用实际实验仪器方便，可在短时间内完成。例如，对于HCl、AgNO3、Na2CO3和NaBr水溶液的鉴别实验，如果选择基本成分实验方案，一般需要12个操作步骤；如果对解的性质进行逻辑推理，然后进行实验，6个工序可以缩短。与此相反，简单的试验不但能节约试验所需的材料，而且可以保护生态环境。在整个实验过程中，我们必须尽量减少有毒实验试剂的使用，减少实验的实际操作带来的一定风险。如果需要应用，应在实验计划中规定常见问题，以避免污染和意外伤害。整个实验过程必须符合安全要求。否则，将不利于生态环境的保护，也无法完成绿色化。更严重的是，它会危害师生的生命安全。

3.2 微型性和直观性相结合

小型有机化学实验的发生和发展趋势越来越符合社会需要，发展趋势率不断提高。小型有机化学实验是环境安全管理和环境污染防治的重要内容。小规模实验的主要特点是所需的设施和设备简单易操作，实验试剂用量少。这种实验活动被有机化学实验活动所认可，因为它减少了实验试剂的使用，也减少了空气污染。同时，可以满足实验安全标准等因素。随着绿色化学的深入分析，小规模实验因其加热速度快、操作方便等优点，已成为加速化学反应的经典技术。在我国，这种实验已经取得了广泛的市场推广，课堂教学应用的作用不言而喻。学员进行的操作实验可按照小型实验活动进行。如果不方便观察小实验的实际效果，可以放大投影。

4.中学化学实验绿色化设计途径

4.1 原料的绿色化

在实验设计方案中，我们将从根本上减少实验的环境污染与实验结束后解决环境污染进行了比较，不仅节能、环保、同时，该试验对教师和学生的人身损害也很少。所以，对试验材料的选用要考虑：一是要按照试验的特性选用不同的试验材料，避免繁琐。例如，在具有一定浓度值的水溶液构型实验中，在选择实验试剂时应考虑原料的绿色化。可选择氧化钠。中性物质没有有害物质，价格低廉。其次，尽量避免导致更多不良反应的实验方法。最后，尽量避免使用有毒或难以处理的实验试剂。

4.2 通过计算机辅助与多媒体仿真实现化学实验绿色化

在高中的一些化学试验中，一些试验具有较高的危险性，并且极易发生爆炸。例如，如果乙醚中的氯丁二烯爆炸，可以进行模拟实验。学生们在电脑前做实验。他们在这方面有一些经验，但要避免风险。另一个例子是NH3生产实验。教师专门指导学生使用软件现代信息技术模拟NH3的生产。为了消化和吸收不必要的NH3，学生们不记得连接倒置的布氏漏斗并直接将软管插入水中。这时，我们可以让计算机模拟这个错误的实际操作。我们会注意到烧瓶中的水会产生反向吸收，从而导致试管爆炸。这将给学生留下深刻的印象，取得更好的教学实践效果，实现绿色实验的目标[2]。

在一些实验中，有毒有害的药物需要全程使用，或者在实验中形成大量有毒有害的废气、废水造成环境污染，也会危害师生的健康。依靠上述方法是不可能实现绿色化的。对于这类实验，我们可以利用模拟实验进行实验课堂教学，即利用现代信息技术对实验的全过程、状态和结论进行模拟仿真。这样，显然不容易对学生和自然环境造成环境污染。同时，学生不仅观察实验条件和操作步骤，它不但可以使同学们能够体会并加深印象，进而使他们对化学试验有更多的了解和培养。例如：高二分析化学第5章的石油蒸汽蒸发及制取溴苯，充分考虑到石油水蒸气蒸馏实际操作的复杂性和溴苯制备全过程的严重环境污染，我们可以借助现代信息技术指导学生用动画模拟这两个实验，具有良好的学习效果。

4.3 建立低规格化学品的流通机制

通过科学研究，我们发现基础课程内容中的许多实验产品都是中学化学实验试剂，中学化学中的一些产品也可以在高校基础课内容实验中作为中和剂使，当然，有必要建立一种适当的制度和方式来实现这类物品的流通。学生实验的目的取决于再现一些实验条件或验证一些结果。因此，学生的实验用品、回收的有机溶剂和储存的试剂都是含量很高的化学品。如果情况允许，为需要的人创建营销渠道。这样，“废物”的“回收”目标就完成了。在某种程度上，它也可以被描述为“零排放”的另一种方式。

4.4 节约试剂用量,实现实验的微型化

在保证重要条件的前提下，对实验进行小规模定量分析或小规模改进，是减少化学物质对环境污染的有效途径。前者用量为常规用量的50%～25%，后者减至前一用量的10%～1%。如果将两者结合起来，可以取得一定的实际效果。近年来，小规模实验课题研究已纳入我国化学教育研究院总体科研规划，国内化学学会还举办了“小规模实验研讨会”，探讨国内小规模化学实验的发展趋势。与传统化学实验相比，小型化学实验具有使用方便、实验可靠、形势显著、节约资源、节省实验试剂、成本低等优点。

5.中学化学实验绿色理念建设的具体措施

5.1 教师先要树立中学化学实验绿色理念

教师作为教学过程中的实施者，首先要在中学化学实验中塑造“绿色”的核心概念，以身作则，在实践过程中帮助学生在中学化学实验中创造“绿色”的核心概念，以提高学生的环保观。在实施之前，应提前与学生沟通所有常见问题，防止学生受到伤害，并教育学生学会如何保护环境。让学生了解废物的危害性，也让学生了解实验废物不合理排放造成的事故，让许多人亲身感受到空气污染的危害性，塑造他们的环保理念，提高他们保护环境的使命感。

5.2 中学化学实验绿色化设计

在化学教学中，有些实验在某些情况下是可以替代的。此时，教师应充分发挥创造力，通过改进教学计划设计，减少或防止环境污染。例如，对于毒性大、危险因素高、化学试剂价格高、实验试剂储存困难的实验，可以利用多媒体系统进行实验模拟；对于一些普通实验，通过对化学药剂的使用进行严格的控制，实现对高中化学试验的环保要求。不管是老师在教学中，还是在实践中，都要按照“节约能源、降低环境污染”为原则，在药剂上明确标注的用量，以达到限定用量的作用。该方法既能降低化学药剂使用、缩短试验周期、降低大气环境的影响，又能使中学生在高中化学试验过程中培养绿色思想，提高环境保护意识。

5.3 进行有效的实验废弃物处理

在一定程度上，有机化学实验的整个过程就是创造废物的整个过程。高校的许多实验室，和小型加工厂，每天都需要排放大量废物。其中一些化学物质蒸发到空气中，另一些则倒入下水道，渗入水和土地资源，造成环境污染。事实上，一些实验试剂和产品可以回收利用。对于这些不可回收的废物，教师还需要做好分类工作，并按照有机废气、废液、毒副作用等的分类进行解决。在做完实验后，要教授学生如何进行垃圾处置，使学生不仅能够解决有机废气、废液等废物，而且能够学会解决废物的方法，成为敢于承担责任、敢于处理问题、敢于解决困难的人，培养中学绿色化学实验的核心理念，促进学生全方面综合性水平的提高。