基于“绿色化学”中实验优化的思考

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  “绿色化学”就是指在满足课堂教学的前提下,本着节俭和环保的精神,结合物质的性质和反应现象,对实验进行改进和创新,从根源上减少实验所带来的污染与危害。然而在高中化学的实验中,有不少的实验设计不合理、操作不规范,造成了不必要的浪费和污染,这显然是与当前低碳环保的生活主流相悖,很大程度上减弱了学生对化学的学习热情。本文针对“绿色化学”下的实验改进与实施,阐述自己的几点思考,以期为实验优化提供新方向。
  一、绿色化的演示实验
  演示实验是化学课堂的基础,具有一定的目的性、典型性和指导性,成功的演示实验为课堂的顺利展开建立了一个良好的开端。教师不仅要能够利用实验现象激发学生的学习热情和兴趣,还要利用端正的态度、熟练的方法,来感化、影响学生,使学生意识到绿色实验不是刻意为之,而是渗透在学习中的每一个细节,从而帮助学生树立绿色化实验的意识。
  高中化学的演示实验一般都为试管实验,反应后的废气、废液和废渣若直接倒入下水道中,就会影响学生的学习态度。教师为此就要做出改进,从根源上杜绝污染减少排放。
  如CuSO4溶液与NaCl、BaCl2、AgNO3溶液分别反应的演示实验中,教师一般会采用试管实验,这不仅造成了试剂的浪费,其中的重金属离子还会对环境造成一定的污染。为此,教师就可以对该演示实验进行改进,利用点滴板来代替试管,将CuSO4溶液分别滴入点滴板上面的三个小坑中,然后分别滴NaCl溶液、BaCl2溶液、AgNO3溶液,让学生对实验进行观察,写出相关的结论。
  整个实验过程现象非常明显,教学效果良好。演示实验的改进,不仅节约了药品的用量、现象明显,还简化了整个操作过程,从根本上减少了重金属离子对环境的污染,符合绿色实验的理念。
  演示实验往往会给学生留下深刻的印象,教师起到示范、榜样的作用,其态度的认真、方法的得当也会换来学生的积极思考,使学生从绿色化学的角度来分析问题、思考问题,进而掌握一些基本的绿色化学实验的方法和技巧。
  二、绿色化的探究实验
  探究实验融入了学生对化学知识的理解,是结合学生对化学知识的猜想、分析来进行创设的实验,他是深化学生思维、提升学生能力的有效手段。在学生设计探究实验过程中,有时会遇到一个知识点要用几个实验来验证,需要进行多个实验操作,教师就要引导学生将这些实验进行联系,通过调整次序将分散实验进行整合,从而得到一个制备、性质检验、尾气吸收为一体的综合实验,以减少排放,提高试剂的利用率。
  比如在学习“碳与浓硫酸反应的产物验证”时,由反应方程式分析此反应得到CO2、SO2、H2O三种产物,验证就需要做三次实验,且三次试验相互之间还存在干扰。教师要引导学生将零散的知识进行连接,让学生以“小组”的形式进行探究,得到正确检验三种反应产物的顺序为H2O——SO2—除SO2—CO2,并设计实验装置进行试验。在学生的讨论中,进行了细致的分析,得出了科学严谨的实验方案。
  整个实验严谨、紧凑,学生感受到了实验创新的重要性,有机地将几个实验串联为一个连贯性的实验,不仅使学生掌握了所学的化学知识,锻炼了学生的思维,还培养了学生绿色化学实验的观念,提高了资源的利用率。
  三、绿色化的创新实验
  创新实验融入了学生的认知、思维和情感,可以将生活用品变为实验材料,体会到创新的快乐。《高中化学新课程标准》中明确提出要化学教学的生活化,教师要引导学生从生活中发现素材,利用身边的材料进行创新实验,拉近学生与实验之间的距离,让学生感觉到创新就在身边,积极地搜集材料、合理开发、变废为宝,提高学生创新能力。
  比如在“铜与浓硝酸的反应”实验时,若NO2直接排到中空气中,势必会造成室内环境污染,危害学生的健康,使学生对化学的学习产生畏惧感。教师可以引导学生对教材上的实验进行创新改进,让学生想一想能不能利用生活中的材料建立一个封闭式的实验,既能直观观察出实验现象,又不给环境带来污染。图1
  学生从反应发生装置到尾气处理装置都进行了细致分析,积极地寻找相关的素材,利用注射器等材料,设计出了绿色化的实验。如图1所示,整个实验操作简单、现象明显,利用了铜丝的上下拉动来控制反应的进行,节约了材料和药品;利用了另一个注射器来平衡压强,确保了实验的安全。整个实验处于一个密闭的环境中,不会对环境造成污染,实现了绿色化创新。学生对这个实验非常的满意,学习热情也空前高涨,达到了预想不到的良好效果。
  四、熟练规范高效整齐
  学生的不规范操作,浪费掉了实验药品,影响了实验的顺利完成。这样做实验不仅使实验存在非常大的安全隐患,也会造成环境污染,还会对培养学生实验态度造成负面影响。实验中教师要注重对学生绿色化行为的培养,在实验的准备、实施、观察、记录和结束等环节,进行严格管理,使学生做到熟练规范高效整齐。
  在实验准备阶段,教师要引导学生对相关的知识进行全面细致地了解,建立明确的实验目的,对实验方案进行讨论,从中找出优点和缺点,积极地进行改正和修复,使学生做到心中有数,为实验的成功完成奠定基础。在实验实施阶段,要学生树立规范操作意识,从实验仪器的洗涤、安装、操作等各个环节,对学生进行指导,使学生能够正确地对量取、称量、溶解、加热、过滤和蒸发结晶等基本的实验进行规范操作,及时纠正实验中所犯的错误。如在“加热”实验时,要利用酒精灯的内焰,避免试管由于受热不均匀而炸裂,发生危险造成浪费;在“过滤”试验时,要掌握“一贴、二低、三靠”的要领;在“检验气密性”时,一定要让学生意识到装置密闭的重要性,特别是有毒气体的实验,更要让学生意识到危险,意识到规范操作的重要性。
  在实验结束后,学生要能够对实验仪器收回洗涤,整理干净放回原处;实验所产生的废液、废渣要进行集中处理,进行无害化处理之后再排放,避免对环境造成污染。
  总之,高中化学实验的绿色化,需要通过师生的共同努力,树立绿色化学实验的理念,从实验原理、仪器药品、实验设计、实验操作等各个环节入手,在具体的细节上进行探讨和研究,从而将绿色概念渗透到实验的每个环节。
  (收稿日期:2015-10-15)
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