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环境与发展问题,已成了当代世界共同面临的两难选择,成了对21世纪人类最严峻的挑战,人类不得不面临新的环境问题。为了从根本上预防和治理环境污染,必须依靠近年在国际上引起极大关注的化学领域——绿色化学(Green Chemisty)。
一、“绿色化学”的提出和内涵
“绿色化学”这个名称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,美国总统克林顿、副总统戈尔专设了“总统绿色化学挑战奖”,以推动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。由于上述原因,使得“绿色化学”这个名称广为传播。
“绿色化学”是当今社会提出的一个新概念。在“绿色化学工艺”中,理想状态是反应物中原子全部转化为欲制得的产物,即原子利用率为100%(原子经济性)。原子的利用率越高,意味着生产过程中废物的排放量越少,对环境的影响也越小。
把绿色化学融合于中学课程教材改革和课堂教学改革之中,便绿色化学成为中学化学教育的一个重要的组成部分,这是中学化学教育的崭新课题。
二、“绿色化学”在中学化学中的渗透
在化学教学中培养学生的环保意识,应该抓住教学中的各个方面,多角度的进行环保教育。
1.抓住教材的环保内容渗透环保教育
化学教师应该结合化学教材中的许多章节向学生介绍环保的相关知识。如结合硫、氮的氧化物,介绍空气污染,酸雨的形成及其危害;结合一氧化碳等有毒气体的教学,在课堂上介绍其对环境和人体的影响和相关的实验操作注意事项;结合炼钢炼铁的工业流程,介绍工业污染及废气、废渣的处理;结合重金属元素的教学,介绍重金属对水的污染并给人体健康带来的危害;结合磷肥的相关知识,介绍湖泊水质的富营养化;结合有机高分子化合物的内容介绍白色污染及其危害和解决方法等等。课堂是教师的第一阵地,作为化学教师,我们要抓住这一阵地,紧密联系教材,在日常教学中渗透环保教育,让学生理解环保的必要性和紧迫性,逐步培养起环保意识。
2.在实验教学中推进环保教育
作为化学教师,我们要利用实验教学,让学生参与到环境保护的实践中来。首先,我们要培养学生的实验习惯,如在密闭系统或通风橱中操作有毒气体,对反应后的尾气进行吸收,不让其扩散到空气中,反应后的废液、废渣不随意倒入水池,而是分类回收等等,使学生养成环保的好习惯。其次,我们要帮助学生学会从环保角度设计、改进、挑选实验方案,选取实验药品。使学生尽可能采用一些无毒无害、低污染、低能耗的实验方案和选择一些无污染、可回收、可循环利用的药品。从小培养学生在科学实验和工业生产上的环保意识。
3.发挥考试的导向功能,强化环保教育
近年来,环境保护试题在各地中考试卷中都有出现。这些题有的落点仍在化学的基础知识上,发挥考试的导向作用和教育功能,引导学生关心社会、了解社会,推动中学的素质教育,提高学生对环境保护的认识。我觉得,中考中环保试题应向着综合型发展,难度有所提高,范围更加广泛,促进我们更要培养学生的环保意识,鼓励学生多了解环保常识,多把书本中的理论与社会实践相联系。我们化学教师要在平时就注重把身边实际与知识相结合,在日常考试练习中给学生营造一个重视环境保护的外部环境。
4.利用丰富的课外活动开展环保教育
根据现行《中学化学教学大纲》的要求,学生环保意识的培养仅靠在课堂上的培养是不够的。我们应该把环保活动作为化学课外活动的一个重要组成部分,把培养学生环保意识作为化学课外活动的一个重要目标来认真有效的实施。 ① 专题讲座。结合国内外重大的环境污染问题和重大的环保活动举办专题讲座。如结合6月5 日世界环境日向学生介绍当前世界关注的全球性环境问题有哪些;结合9月16 日国际保护臭氧层日向学生介绍臭氧层的相关知识及其被破坏的原因和氟里昂的应用及其替代技术;结合我国提倡消除白色垃圾活动谈谈白色垃圾的起源及其危害。 ② 组织学生参观活动。我们可以利用假期组织学生到附近典型的污染工厂(如焦化厂、水泥厂和镀锌厂)和受污染河流等处参观,与厂里工人和技术人员及河流周围的居民交谈,明确环境污染的危害性和环保的紧迫性。③ 组织学生进行小课题调查研究 a.组织学生对雨水、江水和工厂废水、民用废水的pH值测定后进行比较;b.了解空气质量是怎样评估的,API值与空气质量级别的对应关系,调查繁忙公路上二氧化碳及空气污染气体的含量;,c.调查目前各品牌冰箱中氟里昂的使用情况,与以前情况对比如何;d.对比小白鼠在不同空气质量、不同酸度的饮用水的条件下的生长情况;e.从环保角度改进课本上一些实验,并进行讨论研究。通过这样一些课外活动,让学生活动在环保第一线,把平时所学的化学知识用到实处,亲身参与环保活动,真真切切体会到环保任务的艰巨性,有利于学生把被动的培养环保意识转为自发的主动的培养自身的环保意识。
随着世界经济的发展,一场绿色变革浪潮正席卷全球,二十一世纪将成为绿色世纪。在中学化学教学中开展绿色化教育是历史赋予我们的责任。绿色化教育有利于保护人类赖以生存的环境,实现人类社会可持续发展,中学化学必须体现绿色化学教育,要让绿色化学的思想和内容贯穿于整个教育活动之中,真正做到绿色无所不在,只有这样我们的教育才能够充满生机,绿意盎然。
参考文献:
(1) 《十万个为什么—环境化学分册》
关键词:微型实验;绿色化学教育;环保意识;教育模式
Mini-experimental and green chemistry education: approach to implement environmental education in the chemistry experimental teaching
Gu Chunxiu, Wang Zijun, Li Ying, Zhang Tong, Liu Cheng, Ma Aiqi
Beijing Union University, Beijing, 100023, China
Abstract: "Education is the foundation of environmental protection ". In order to achieve sustainable development, we pay attention to penetrating environmental awareness education in the analytical experimental teaching, and focus on the quality of environmental education and skill training and development. Combining teaching contents and processes, based on practice, we focus on the environmental awareness education and environmental knowledge penetration during the practical experimental teaching process. In this way we have accumulated a certain amount of experiences in experimental teaching and have achieved good results.
Key words: mini-experimental; green chemistry education; environmental awareness; education model
1 问题的提出
绿色化学理念应用于实验教学可有效提高学生的环境意识。对于高校来说,实验室特别是化学类实验室是不容忽视的污染源,应引起高度的重视。开发与研究微型实验,让学生参与微型实验设计的过程就是一种非常好的绿色化学教育形式。对于学生环境意识的渗透与实验操作技能的培养同等重要[1,2]。要使学生认识到实验过程所产生的废弃物对环境所产生的危害,并尽可能将废弃物回收、利用、化害为利,变废为宝[3],包括对暂时不能利用的废物进行无害化处理,培养学生树立绿色化学观念[4],至关重要。微型实验从环保绿色的角度出发,对有毒有害的实验内容或试剂进行微型化、绿色化改进,旨在提高学生化学素养、增强其绿色环保意识与解决环境问题的本领[5]。
2 本实验课题研究的目标
本研究所涵盖的范围是高校化学、生物、医药等相关专业基础化学类实验。从试剂用量入手,用尽可能少的试剂,获得较明显、清晰的反应结果。使常规实验微型化,做到实验药品的微型化与绿色化,实验仪器的微型化,改进实验教学内容,开发微型化和绿色化实验,提高实验教学效能,是我们研究的目标[1]。研究的内容涉及生物医药系学科专业实验,如无机与分析、基础化学、有机化学、生物化学等实验课程内容。研究从绿色化学的角度出发,针对课程实验中涉及有毒有害化学试剂、有毒有害生物材料、价格昂贵或对环境污染严重的实验内容、实验项目进行微型化、绿色化改造。
具体目标[5]:
(1)不改变实验方法,保持常规实验仪器,从试剂用量入手,进行半微量和微量探索,力求在符合常量分析滴定准确度和精密度的前提下,减少试剂用量,降低实验成本。
(2)推广使用微型实验仪器,缩短实验时间,节约药品,提高实验安全性。
(3)对易产生有毒有害废气、废液的实验进行绿色化改造,降低药品浓度,降低实验排废量,提高实验效果,减少环境污染。
(4)对大量使用“有机溶剂”和“有机试剂”,因产生“三废”对环境污染严重的实验进行微型化改造,重新设计实验路线和实验方法,根除污染源。
(5)对实验内容进行选择,改进实验教学,尽量做到溶剂、原料及产品无毒或低毒,尽可能少用或不用剧毒的有机物,开发微型循环实验,提高实效性。
3 实验微型化、绿色化改造
绿色化的根本是从根源上去除污染,而不是先污染后治理。理想的绿色化方法是不再使用有毒、有害的试剂、原料,不再产生有毒副产物,不用再处理废物,达到“零排放”。将绿色化学的新理念用于预防化学污染,开展微型实验是对常规实验进行改造和发展的必然结果。
3.1 实验药品试剂的微型化与绿色化
有机试剂大多有毒、易燃、易挥发,若按常规实验量进行,既消耗试剂,又增加成本,而且污染大、三废处理困难。在微量化学实验中缩减试剂用量可节约药品、降低成本,降低事故发生率和危害性,缩短时间,减少污染,节能减排。如1-溴丁烷的制备有机实验,可以将药品正丁醇由原来的10 g减为5 g,无水溴化钠由原来的15.5 g减量为8 g,浓硫酸由20 mL减为10 mL,进行微量化改造。又如乙酸乙酯的制备实验,可改用微型实验装置[6],试剂冰醋酸由14.3 mL减为2.0 mL,乙醇由23.0 mL减为3.0 mL,浓硫酸由7.5 mL减为1.0 mL,达到优化教学的目的。在无机与分析[7]―莫尔法沉淀滴定实验中,降低AgNO3标准滴定溶液浓度,从常用的0.1 mol/L降到0.02 mol/L时,其测定结果的相对偏差仍可达到0.5%以内的要求;滴定终点的砖红色仍很敏锐,由于试剂量降低,产生的废物相应减少,污染程度明显降低,减少了硝酸银贵重试剂的用量,降低了实验成本。而且实验的AgNO3废液通过AgCl,Ag2CO3逐级转化,再经高温加热分解得到单质银,彻底解决了含银废水对环境的污染问题。
3.2 开发微型循环实验,提高实效性
高校各化学类实验室实验产物的简单回收和实验废液的长期积累,造成的直接结果是污染危害程度加剧,同时面临实验废物处理费用的高昂支出。如果我们进行各实验间的串联[8],将无机及分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验、仪器分析化学实验、普通化学实验与综合实验各实验项目有机整合,开展循环实验,可使产物变为部分实验的原料。如将有机合成实验中无水乙醇的制备的产物无水乙醇作为茶叶中咖啡因的提取实验的提取溶剂;茶叶中咖啡因的提取实验的产物咖啡因作为仪器分析实验紫外光谱测定饮料中的咖啡因的标准品等。在萃取或重结晶操作化学实验中[10],产生的废有机溶剂,如乙醇、石油醚、乙酸乙酯、丙酮等,提纯后都可用于后续实验。如乙醇可反复用于茶叶中咖啡因的提取、柱色谱分离等实验。适当开设多步合成实验,将多个单元操作实验串联在一起,如开设的有机物或药物的合成与表征实验,将酰化、氧化、水解、酯化、熔点测试、薄层色谱技术和红外分析等单元操作有机地结合在一起。串联实验,不仅可以实现多学科交叉和高度的综合,全面培养学生的综合实验技能,还可以提高化学试剂的使用率,降低实验成本,使学生养成不轻易排放废物的习惯,减少化学实验室的污染,对学生进行绿色化学教育,增强学生的环保意识,从而推进化学实验绿色化。
3.3 选择毒性低的药品及原料―用无毒或低毒试剂代替高毒试剂
及时修订实验内容[8-11],制定适宜的实验教学计划。尽量采用无毒、低毒试剂,用天然产物代替毒性高的化学试剂。在水蒸气蒸馏实验中将原教材中毒性较大、不易自然降解的有机试剂改成从一些天然产物中提取挥发性油,如从橙皮中提取橙皮油或八角茴香水蒸气蒸馏等,原料来源广泛,产物处理简单,低毒性替代品的使用,既可减少污染又可达到实验教学的标准,增强学生理论联系实际的能力。
如不选用苯、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷等作为溶剂或原料的实验[11],不选用重铬酸钾等毒性大、污染严重的试剂作氧化剂,不选用硝基苯或苯胺作为产品的实验。提纯试剂尽量使用绿色溶剂―水。尽量选择低毒、污染较小且后处理容易的实验项目。在应用波谱解析液相色谱实验流动相的选择时,倡导尽量使用环境污染小、毒性小、危险性小、三废处理容易的流动相溶液。
3.4 实验仪器的微型化改造
仪器微型化不但能减少试剂在器皿上的附着量,还能克服实验时仪器装置复杂、易燃易爆药品和副反应多以及污染环境等缺点。在有机实验和药物合成与天然药物提取实验中,我们将实验仪器进行微型化改造,采用微型实验制备仪,同时将试剂用量缩减,在完成整个操作的同时,学生还可以根据实验的特点开发新的微型实验。如在天然大蒜油的提取实验中,学生采用微型仪器对市售大蒜进行大蒜素的提取,试剂的减量使微型实验时间大大缩短,学生可以根据实验过程对大蒜素实验条件进行正交实验设计,并可以充分利用课堂时间完成实验方案的开发。为此类有机制药类实验提供了参考。
4 充分利用各种途径进行环境绿色化教育
在各种化学类及专业实验中,教师对实验废物的态度对学生环境绿色化意识的培养具有直接示范和表率作用。教师应是“绿色化学实验”的积极倡导者,努力做到实验无害化,处理废气、废水,变废为宝;实验微型化,节约药品,减少对环境的污染。
4.1 以活动为载体的环境意识培养
在教学中,我们让学生结合一些问题,搜集大量资料,展开讨论,进行展览宣传,强化环境意识。同时,开展社会实践,渗透环境知识。如组织参观污水处理厂、密云环保局、密云水库,并请专家介绍讲解,从实际出发,以环境知识渗透为重心,开展教育活动。学生在社会活动中探究学习,真题真做,提高综合素质。通过实验使学生掌握污水来源、测定意义,树立可持续发展观、生态观,树立经济效益与环境效益相统一的观念。
4.2 开展第二课堂,掌握环保技能
化学类、生物制药类实验废液种类多,每次实验后,对污染大、毒性大的溶液进行专项回收,然后利用第二课堂活动进行溶液处理[12]。由于学的是生物、医药专业,学生完全可以在本专业知识的基础上通过查阅资料,寻找方法,对溶液进行处理。由于将所学知识运用在解决实际问题中,学生表现出极大的热情和兴趣,同时认识到自己所学专业的重要性和实际意义,通过环保活动,使学生掌握一定的环保技能。
4.3 进行环保法制教育
化学类及生物制药类实验课不是法律课,不能在课堂上大量讲授法律,只能利用渗透的方式,在讲到某个知识点时,自然引入相关的法律知识:介绍某物质或某操作方法可能产生的危害―相关法律条款―消除污染的方法,以增强学生的环保意识。
5 教育评价
多年来的绿色化学教学实践证明,在化学类实验教学中实施环境素质教育具有如下特点:
(1)以实践教学为载体,将绿色化学实验教学与环境意识培养相结合,学生在提高专业素质、实验技能的同时,大大提高了环保意识。
(2)促进了学生理论知识的学习,培养了学生的创新能力,提高了教学质量。
(3)强化了环境教育的渗透,有利于学生整体综合素质的提高和个性的发展。
(4)互动式绿色化学教学有利于提高学生的学习动机和创造力,创造轻松的学习氛围。
(5)环境污染、生态破坏、资源与能源的浪费等是人为造成的,让学生理解这些问题的出现不是化学本身造成的,而这些问题的解决必须依靠化学方法,培养学生正确的环境道德观念。
(6)实验教师通过微型实验方案设计和灵活多样的教学方法及手段的运用,丰富环境教育的内涵。
(7)从绿色化学教育现实出发,联系社会与环境,使教学内容与形式更生动、更灵活、更充实。
从环境的角度去认识绿色化学,利用各种教学资源,提供参与多层次应用绿色化学知识解决环境问题、研究绿色化学的机会,培养学生的参与意识,养成良好的环境行为习惯[5]。让学生在研究活动中思考问题,保护环境,获得绿色化学与环境问题有关的新知识、新技能,增强用绿色化学知识解决环境问题的本领,使学生树立环境道德观、环境价值观。
绿色化学教学中素质教育的目标之一是“让学生了解与化学有关的环境、资源、能源等问题,培养学生关心自然、关心社会、关心环境的情感,树立环境保护意识和人类的生存、发展意识”。在与环境密切相关的化学学科(各类污染中化学污染占80%~90%)中,结合环境教育及可持续发展的思想对学生进行教育,提高学生对环境问题的感知和对环境保护的认识,努力将环保意识转化为一种自觉心理,一种潜意识,最终使每人、每时、每刻、每处都感受着保护环境的必要性,并在日常生活中成为一种自觉的行动,自觉地为环境保护做出贡献,实现可持续发展。
参考文献
[1] 李君,佟俊旺,王川.某医学院校大学生环境意识教育的效果评价[J].现代预防医学,2011,38(6):1067-1069.
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[3] 钟婵娟,谢宝华,曹小华.化学实验“绿色化”四法[J].实验技术与管理,2010,27(3):140-141.
[4] 余训爽.浅谈高校绿色化学实验室的建设[J].实验科学与技术,2010,8(3):162-165.
[5] 谷春秀,王晓蕾,李颖.微型实验的开发与研究―分析专业常规实验微型化[J].生命科学仪器,2012,12(10):3-9.
[6] 苏一理.医学院校微型实验与医学有机化学实验教学[J].华章,2013(9):185.
[7] 钟国清,蒋琪英.无机及分析化学实验教学的绿色化探索与实践[J].实验室研究与探索,2010,29(9):150-153.
[8] 高万寿.以绿色化学理念指导高校化学实验教学[J].教育探索,2010(6):62-63.
[9] 张红梅,王彦卿,周秋华.基础化学实验绿色化的研究[J].广东化工,2010(2):174.
[10] 罗斌.基础化学实验的绿色化[J].山西化工,2011(3):73.
关键词: 初中化学教育 绿色化学 化学实验
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。其核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。按照绿色化学的原则、最理想的化工生产方式是:反应物的原子全部转化为期望的最终产物。它的主要特点是:
1.充分利用资源和能源,采用无毒、无害的原料;
2.在无毒、无害的条件下进行反应,以减少废物向环境排放;
3.提高原子的利用率,力图使所有作为原料的原子都被产品消纳,实现“零排放”;
4.生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好的产品。
初中化学是化学教育的基础教育,在初中阶段进行绿色化学教育,把绿色化学基础知识融入化学教育中,使其成为素质教育结构的一个重要因素,充实教学内容,这对于培养学生的绿色意识及环保意识有现实而深远的意义。
一、增强教师的绿色意识
化学教师在教学活动中起主导作用,因此教师观念更新,具备绿色意识才会产生积极的行为效果。因而教师应该努力做到:收集环境信息,增强自身环境意识;注意收集有关保护和改善环境的信息,以及与日常生活密切相关的化学污染问题。
二、渗透绿色化学思想
教师在全面把握教材的基础上,扩充绿色化学内容,如原子经济论、绿色反应、绿色能源等,引导学生建立绿色化学思想,用减量化、再利用、再循环的思维方式考虑和解决实际问题。化学教材中有许多涉及化工生产和实际生活的问题,是进行绿色意识渗透的好素材。采取实例讲解、对比实验和工业流程模拟的方法进行渗透行之有效。例如在讲“氮气的用途”时,介绍三种途径:(1)人工化学固氮;(2)雷雨闪电固氮;(3)豆科植物根瘤菌的固氮。人工化学固氮能耗高且工艺复杂,生产过程中易产生大量“三废”而严重污染环境;雷雨闪电固氮在实践上不便于控制和掌握,对环境也很不友善,固氮量有限且易流失;而植物根瘤菌,既不消耗能源,又不需要大量厂房和机械设备,对环境无污染的生物固氮是化学家不懈追求的目标。再如:在做CO还原Fe■O■的实验时,引导学生改进对尾气的处理,增强学生环保意识,由此激发学生在实验过程中对尾气、废液等的处理问题的探究;倡导回收旧电池,减少污染,等等。要求学生在课外多关心生活中的化学,鼓励他们多运用绿色化学知识思考,关心环保问题。
三、实施绿色化学实验
化学是一门实践性很强的学科,化学实验是化学教学中的重要环节。绿色化学实验是在绿色化学的思想指导下,用预防化学污染的新思想、新方法和新技术,对常规实验进行改革而形成的化学实验的新方法。实践证明,绿色化学实验在激发学习兴趣、增强动手能力、培养创新思维、树立环保观念方面有其独特地位与功效。
1.推广微型实验是实现绿色化的重要途径。微型化学实验是指以微小量的试剂,在微型化的仪器装置中进行的化学实验。微型实验所用试剂量一般为常规量的十分之一至千分之一,它具有现象明显、操作简单快捷、节省经费、减少污染、安全、便于携带等优点。在微型化带来实验现象不明显时,可借助现代化辅助教学手段把实验结果放大。比如,做硫在氧气中燃烧的实验时,把硫粉从常规用量的0.5克减少为0.02克,生成二氧化硫的量从1克减少为0.04克,排污量大大降低。微型实验仪器可以利用废弃物代替。像注射器既能充当滴管、做反应容器,又能制取和收集气体;青霉素药瓶可做试剂瓶、集气瓶,一次性输液器可做导气管、多用滴管等。
2.改进实验是实验绿色化的有效手段。很多化学实验是沿用多年的设计方案,污染环境且成本高,长期以来一直危害师生的身心健康,因此需要加以改进,以达到安全可靠、快捷方便、现象明显、可控制排污量的效果。比如测量空气中氧气含量实验,在注射器A中吸入一定体积空气,C的活塞推至底部,在一段细玻璃管中放入适量铜粉,用乳胶管和注射器连接起来。实验时,用酒精灯加热处铜粉慢慢地推入A的活塞,空气通过热的铜粉发生反应后进入C中使C的活塞外移。再推入C的活塞使气体经过热铜粉进入A内,如此反复2―3次,空气中的氧气全部被消耗掉。再冷却至室温,把剩余气体全部推入A内,观察减小的体积,约合五分之一,准确度很高。该实验与在钟罩内点燃红磷测定含氧量的实验相比,没有毒性物质生成,安全可靠,且新颖别致,能激发学生的学习兴趣。
3.实验废物处理回收是实验绿色化的有力措施。保护环境应从教室、学实验室做起,从我们身边做起。在化学实验中产生大量“三废”,如何处理废物是培养学生良好的环保习惯的难得机会。如把用过的酸碱盐等各种废物分别放入回收容器内,采用中和、吸收、回收循环利用等方法处理;对产生有毒有害气体的实验,在通风橱内完成,并将尾气集中收集处理;对重金属离子一般采用沉淀回收方法进行处理;有机溶剂经处理后再循环利用。这样对实验废弃物进行无害化处理的方式既培养了学生良好的实验习惯,又使学生学到了实际应用技术,同时节约资源、变废为宝、化害为利。
关键词:绿色化学 化学实验教学
自1991年美国环保局提出绿色化学这一新术语以来,绿色化学已逐渐成为世界各国普遍接受和大力实施可持续发展方针的重要组成部分,引起了化学界和工业界的新变革。随着社会发展的不断进步,人们对环境问题日益关注,使得传统化学举步维艰,难以进一步发展。同时人类更加清楚地认识到不能再急功近利,片面追求物质享受,一定要在发展的同时顾及生态环境的协调性,否则人类将无法生存下去。因此,绿色化学应运而生,成为整个化学界一颗耀眼的明珠,它是进入成熟期的使人类和环境协调发展更高层次的化学,是粗放型化学向集约型化学的转轨。近年来,绿色化学受到了世界各国高度的重视,绿色化学与技术已成为各国政府关注的重要问题和任务之一。定期在美国、欧洲和亚洲举行的有关绿色化学主题的会议不断增多,反映了科学界以及公众对绿色化学日益增进的关注,绿色化学组织和绿色化学网络在美国、意大利及英国等国的创立也表明绿色化学已是世界科技发展的热点。为了使化学呈现一片新的生机,为了人类的生存和未来,大力推广绿色化学,很多国家设立了绿色化学奖:1999年世界上第一本“绿色化学”(Green Chemistry)杂志问世;2002年美国出版了第一本“绿色化学”教科书。目前我国也已加入这绿色化学的研究行列,绿色化学及绿色化学教育在我国也得到相当程度的重视。我国在1995年中科院化学部确定了“绿色化学与技术”的院士咨询课。1996年召开了“工业生产中绿色化学与技术”的研讨会;1997年由国家科委主办的第72届香山科学会议就是以“可持续发展问题对科学的挑战――绿色化学”为主题,这个会议宣告了我国的绿色化学研究和开发工作已正式开始起步了,这对我们化学教育工作者的教育指导思想也提出了新的课题。
1、绿色化学的内涵及绿色化学的必要性。绿色化学亦称环境无公害化学或环境友好化学,是用化学的技术和方法消除那些对人类健康或环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂的使用和副(废)产物等的产生,力求使化学反应“具有原子经济性”,实现废物的零排放。其目标是把传统化学和化工生产的技术路线从“先污染、后治理”变为“从源头上根除污染”。是当今国际化学科学研究的前沿之一,是具有社会需求和科学目标的新型交叉学科。它不但具有重大的社会、环境、经济效益、也表明化学的副作用是可以避免的。
1998年中科院院士,在中国科学技术大学校长朱时清的积极倡导下开设了一门独立的绿色化学新课程。1999年9月26~28日在清华大学召开了有国内外多所大学参加的“大学绿色教育国际学术研讨会”,共同对“绿色大学化学课程体系”、“大学绿色教育问题”等进行了交流与研讨。化学实验课是在高等院校进行绿色化学教育最合适的课程之一,这是化学实验课本身的特点决定的。因为化学是以实验为基础的,因此在化学实验教学中进行绿色化学教育是非常合适和必要的。
2、化学实验教学与绿色化学教育。
2.1 结合绿色化学教育加强化学实验教材建设。在高校化学实验教学中渗透绿色化学教育,首先应加强教材建设。由于绿色化学这一领域刚刚形成不久,“具有原子经济性”这一重要的基本概念在1991年才由美国著名有机化学家Trost在《Science》上提出,1996年以前出版的教材都未能反映绿色化学的内容,所以化学实验用教材也需要做一定调整。目前我国有机化学实验有些内容已改为少量或半微量实验,文献阐述了无机化学实验中的绿色化学教育问题,但仍需要进一步调整。应先从绿色化学的基本原则出发选择更新一些具有时代性与绿色化学有关的内容,如汽油无铅化、洗涤剂无磷化、原子经济性减少废物的排放等。分析化学实验应增加分析化学内容:扩展一些新开发的环境友好工艺中采用的新试剂和新技术。如:有机化学教材中介绍Friedel-Crafts烷基化反应。一般是使用反应是用液体酸催化剂,如:H2SO4,HF;或用Lewis酸,如:AlCl3、ZnCl2等催化。由于使用H2SO4,HF类酸催化剂后,酸废液的后处理工艺复杂,产生的废液会污染环境,催化剂再生困难;AlCl3、ZnCl2类酸催化剂选择性不高,分离产物时催化剂被水解放热,并产生大量的HCl气体。近年来国内外报道的负载型固体酸催化剂和其它固体催化剂。如用蒙脱土为载体的固体酸催化剂(K10),金属卤化物,硅胶型催化剂,在Friedel-Crafts烷基化反应中表现出了优良的环境友好催化性能。这样于点点滴滴中渗透绿色化学教育的内容,在介绍基本原理的同时让学生了解到新的应用和发展。也可在教材中以专题形式增加绿色化学的内容。设置开放实验。从传统化学取其精华,弃其糟粕,完善教材内容,实现从传统化学到绿色化学的转变。
2.2 结合实验教学实际加强绿色化学教育。文献阐述了如何处理对实验室环境构成严重危害的在实验中使用的各种各样的试剂,阐述了农药对环境所造成的危害及与绿色农产品相适应的未来的化学农药也应该是直接应用于绿色农产品的绿色农药。可开展与实验教学有关的一些课外活动及社会实践活动,进行废物利用研究,如:从电镀液中回收铬化合物。回收干电池、镉镍电池等实践活动是很有意义的。不仅使学生所学知识得到了巩固和提高,更重要的是进行了绿色化学教育。
2.3 实验教学与计算机辅助的绿色化学设计。化学实验的实施,既要考虑实验成功、尤其合成实验还要考虑具有高的原子利用率,能用简单、安全、对环境友好的操作快速、定量地把价廉易得的起始原料转化为天然或设计的目标分子,还要考虑最少的废物和副产品,而且要求对环境无害,可见其难度之大。因而有必要使用现代化教学手段以适应高层次的绿色化学教育。采用多媒体、Internet等信息教育手段进行实验教学。用多媒体演示对环境有毒有害的生产和已对环境造成的危害,同时介绍减少有毒有害工艺。在绿色合成设计实验中计算机辅助设计(CAD),可以在单位时间内向学生传递更多的信息,同时利用三维动画效果形象地展现实验操作,取得更好的教学效果。
高中化学课堂教学是渗透绿色化学教育的主渠道,教师要积极创造绿色化学教学条件,构建绿色化学知识体系,不断充实化学课本内容,培养学生的环境保护意识。在介绍化学史时,教师可从正反两方面渗透绿色化学思想教育。讲解放射性元素时,教师要对居里夫妇的精神及坚决反战的人格表示钦佩,但也要就海湾战争中使用贫铀弹对环境造成的危害提出批评。介绍环境问题时,教师可着重于介绍20世纪发生的公害事件,指明工业及传统化学是造成公害的主要原因,使学生明确绿色化学是解决环境问题的重要途径。通过在课堂教学中渗透绿色化学思想教育,激发起学生学习化学知识的兴趣,不断强化学生的环保意识、绿色意识。
2.在实验教学中渗透绿色化学教育。
在高中化学实验教学中,应最大限度地实现实验的绿色化,引导学生树立绿色化学思想和环境保护意识,具体教学策略如下:(1)改进化学实验。首先,采用无毒原料、溶剂、催化剂进行化学实验。例如,做完银镜反应后,可将清洗试管的硝酸替换为三氯化铁溶液,避免产生二氧化氮有害气体;在萃取碘单质实验中,可将四氯化碳替换为二氯甲烷作为萃取剂,消除刺激性气味,保证室内空气质量;在乙烯的制备实验中,可将硫酸替换为氧化铝作为催化剂,避免浓硫酸造成污染;其次,优化化学实验方法。又如,在海带碘元素的检验实验中,可将灼烧提取法改进为煮沸提取法,简化实验操作程序,缩短实验时间,减少因灼烧造成的室内空气污染;再次,改进化学实验装置。再如,利用密闭的装置减少实验敞开操作,可将注射器作为密闭的反应容器,进行铜和稀硝酸生成一氧化氮、二氧化硫制备与性质等实验,将污染物消除在密闭装置内。(2)开展微型化学实验。在高中化学实验中,可在保证实验教学效果的前提下进行微型化学实验,以达到降低实验成本、提高环保效益的目的。微型化学实验多采用点滴板、小试管、井穴板、多用滴管等微型化仪器,使用最小化的试剂用量,一般液体用量不超过1mL,甚至一些现象明显的定性实验可在试纸或滤纸上完成,如碘显色反应、溴水褪色、苯酚的检验、验证盐类溶液酸碱性等实验。(3)“三废”的绿色化处理。在高中化学实验中,要及时对必须使用的有毒、有害化学品和生成的污染物进行绿色化处理,从源头处控制“三废”对环境造成的污染。在废气处理过程中,可采用封闭的实验操作方法,减少有害废气的产生量,并对废气进行有效处理或用气囊收集。在废液处理中,可利用中和反应处理含酸碱的废液,使溶液pH值达到6.5~8.5之后再排放;也可用碳酸盐沉淀法、硫化物沉淀法等方法沉淀、分离含有重金属离子的废液。在废渣处理中,可回收一些化学实验中剩余或产生的金属进行再利用,如铜与硝酸反应剩余的铜片、银镜反应生成的银等。对于不能综合利用的固体生成物则要进行无毒化处理。(4)利用多媒体教学技术。在高中化学实验中,教师可利用现代多媒体教学技术辅助实验教学,尤其对于危险系数大、污染严重的实验而言,可通过电脑模拟、实验录像等对实验过程进行演示,实现废弃物的“零排放”。同时,教师也可利用多媒体教学技术模拟错误的实验操作,将不良的实验后果形象地展示给学生,让学生认清实验操作不规范带来的严重后果,以及实验室“三废”对环境造成的恶劣影响,加深学生对绿色化学的认识。
3.在课外实践中渗透绿色化学教育。
在高中化学教育中,教师要积极组织课外实践活动,让学生体验和感知传统化学对环境造成的严重危害,认清利用化学手段进行末端污染治理的局限性,引导学生关注绿色化学,理解绿色化学的重要意义。教师可根据化学教学内容,组织形式多样的课外实践活动,如实地调查、环保知识竞赛、探究性学习、文献研究等。在实地调查中,教师可带领学生参观污水处理厂、化工厂、无公害蔬菜生产基地、生态农业示范区等,对当地水资源、空气质量、环境污染情况进行调查;在探究性学习中,教师可开设相关课题,组织学生进行课题研究,如研究生物催化剂的优点、研究高效低毒农药等,培养学生实践能力和创新能力,达到课题研究的预设目标;在文献研究中,既可让学生利用图书馆馆藏资源和互联网资源,收集有关绿色化学和环境保护的文献资料,也可邀请有关专家学者来校进行讲座,使学生获取最新的科研信息。通过开展多样化的课外实践活动,促使学生更加关注绿色化学,能够运用已学的化学知识分析和解决生活中遇到的问题。
【关键词】高职院校 化学教学 绿色化学教育 环保意识
目前,环境问题已成为当今人类面临的严峻而紧迫的问题。20世纪90年代初,美国化学会针对日益严重的环境污染问题,提出了“绿色化学”口号。“绿色化学”是指在反应过程和化工生产中,尽量减少或彻底消除使用和产生有害物质。绿色化学的核心就是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。作为化学教育工作者,我们有必要在化学教学中对学生进行绿色化学教育,使绿色化学的观点与新课标的教学融合在一起,进一步培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力。
一、 联系地方环境状况,树立学生的环境忧患意识
利用化学学科优势,教师可以密切联系当地实际,给学生介绍本地区的资源特点、工业状况、环境现状,以及本地区突出的环境问题。随着改革开放的深入,地方工业和经济得到前所未有的飞速发展,但随之而来的城市污水、工业“三废”的无节制排放,不仅阻碍了农业、水产养殖业的发展,而且给生态系统造成了重大危害,严重危及人体的健康。我们应组织学生成立化学兴趣小组,利用闲暇时间对空气和附近工厂的废水进行采样分析化验,指导学生写出有关环保方面的调查报告。让学生亲身体验到污染给人们带来的危害,培养学生对环境保护的责任感,让学生意识到实施绿色化学的重要性;明确发展经济不能走先污染再治理的老路,要提倡绿色化学,从源头上减少和消除工业生产对环境的污染,从而树立学生的绿色化学思想。
二、在化学教学中渗透绿色化学内容
现行的化学教材已经融入了一定的绿色化学知识,教师要时刻渗透绿色化学教育。例如:实验室制氯气的实验中,多余的氯气应用氢氧化钠溶液吸收,防止尾气对环境造成污染,教师可同时讲解氯气用于自来水消毒的利弊、氟利昂对臭氧层的破坏与保护等;在谈到“硫和氮的氧化物”的问题时,教师可讲解酸雨的危害与防治、大气的污染与防治;在谈到“氮氧化物的产生及转化”时,教师可介绍硝酸型酸雨和光化学烟雾的危害,以及汽车尾气的处理;在“原电池”的教学中,教师应指出化学电源产生的负面影响,并倡导回收旧电池,减少污染;在讲“化学反应及其能量变化”时说说能量的开发与利用、能源的合理开发与利用,等等,使学生意识到应合理应用化学,用绿色化学观点防治污染、保护环境,并为人类在绿色的地球上生存作出自己的贡献。
三、在实验教学中渗透绿色化学思想
化学教材中实验所占的比重很大,实验过程中往往会产生、排放大量的有毒有害物质,这些物质的产生排放给环境造成了危害。 在化学实验中实施绿色化学,有利于充分发挥现有药品的利用率,减少原料的消耗,降低实验成本,减少学校的开支,同时可减少污染的排放,提高环境质量。在实验教学中渗透绿色化学思想,教师可以从下几个方面着手。
1. 开展微型化学实验
用绿色化学的新理念对化学实验进行微型化,发展微型化学实验,利用微型仪器、尽可能少的试剂进行实验,能减少中间生成物的转移过程和试剂在器皿中的附着量,从而减少实验中的“三废”。它具有现象明显、效果良好、节约实验材料和时间、减少污染、安全、便携等优点,受到广大师生的欢迎。
2. 改进化学实验,减少环境污染
化学实验总伴随着气体、液体或固体物质的生成,这些产物中许多是有毒或有害物质,会造成环境污染。做实验时教师要引导学生认真考虑这些实验有没有污染环境,是否可循环利用、可回收再用、可再生利用,如何防止污染。在不影响实验结果、观察效果的前提下,改进实验内容与仪器装置,或变化实验程序,从而尽量减少实验试剂和实验产物对环境的污染。
3. 实验操作规范化,妥善处理实验废弃物,减少对环境的污染
在化学演示和学生分组实验中,都存在着“废气、废液、废渣”的问题,这些问题的处理过程,是培养学生良好的环保习惯和体现绿色化学理念的难得的机会。在实验操作过程中,教师在演示实验时要言行一致,做到实验操作正确规范,尤其是涉及绿色化学教育的内容,比如在药品的取用和称量、液体的量取和转移、过滤等基本操作过程中,准确熟练的动作可避免药品洒落、挥发而造成污染。每次实验完毕后的废液,一定要按指定程序倾倒或回收,这样才会牢固树立学生的环保意识。
4. 创意利用废物
【关键词】化学教育绿色化学理念环保思维
引言
我国加速教育改革也意味着社会对教育事业提高了重视程度,在教育改革的大背景下,教师要着重培养学生形成环保意识,不仅是教育改革的要求,更是社会可持续发展的关键。在化学教育中,通过不断渗入绿色化学理念,可以让绿色理念和实践教学充分结合,在教学绿色化学知识的同时,让学生建立绿色环保意识,形成可持续发展思维。
一、将绿色化学理念渗入化学教育的重要性
在化学教育中渗透绿色化学理念有助于进行新型化学人才的培养,在教学过程中渗透绿色化学理念可以培养学生的环保意识,可以提高化学改革的动力。在化学教学中渗入绿色化学理念可以让学生产生环保体验,从绿色环保角度看待化学知识。融入绿色化学理念的教学可以培养学生形成环保习惯,提高学生化学学习的效率,为社会输送有利于社会发展的环保型人才[1]。在化学教学中,涉及到很多有毒、有害物品,使用绿色化学理念展开教学,有助于避免有毒害化学物质带来的伤害,提高化学课堂的安全性。在保障教学质量的同时,减少学生受到的健康威胁。同时渗透绿色化学理念,要求教师转变教学思维,从教师自身做起展开生态环境的保护,将环保意识传递给学生,让学生可以得到思维的转变,建立正确的生态价值观。在环保思维下展开的化学教学,更加符合社会可持续发展的要求,满足社会未来发展的需要。在环保思维指导下进行的教育,是对教学改革的落实,有助于教育事业的发展。
二、在化学教育中渗透绿色化学理念的策略
(一)重点展开绿色化学教学内容
在化学教育中,渗透绿色化学理念,需要加入绿色化学教学内容,需要让学生突破思维的限制,明白化学和环保之间的关系。在化学教学实践中,教师根据学生个性特点和课程内容,增加绿色化学内容,在调动学生学习兴趣的同时,可以丰富学生的见识,让学生接受绿色化学的理念[2]。如教师可以根据课程内容,将课程内容和绿色化学理念联系起来。教师可以在教学中讲解雾霾现象的形成和治理,雾霾作为社会热议的讨论话题,会快速引起学生的注意,让学生集中注意力进行学习。经过对雾霾现象的讲解,教师可以将绿色化学理念向学生传递,学生可以正确认识化学知识,提高学生的环保意识。通过融合绿色化学教学内容,将绿色化学理念更完整的传递给学生,可以将化学知识和生活问题联系起来,提高化学教育的应用价值,让学生更加积极主动的参与化学学习。
(二)在化学实验中渗透绿色化学理念
在很多化学课程中,化学知识都能联系到环保知识,在教学过程中,教师需要重视和环保理论的联系,充分体现出学科优势。在化学教学中,可以形成正确的价值观,得到环保理念的灌输。例如在实验教学环节中,教师需要从绿色环保理念展开实验教学,在环保理念下将化学知识和环保知识融合起来,从而可以加强学生的环保意识。在教学化学反应实验时,教师组织学生进行讨论,针对新能源开发利用进行讨论,让学生可以更深入的了解能源问题的严重性,从而让学生在生活中重视能源问题,可以在生活中节约能源,这样才算是有价值的化学教育。教师通过将化学实验和绿色环保结合起来,让学生可以更加全面的认识化学,了解到化学的两面性,从而能够在未来的生活中,做到节能环保,从自己做起建设绿色环保社会。
(三)积极使用多媒体技术
在教育领域中,多媒体技术的使用十分常见,通过使用多媒体技术,让课堂教学取得更好的效果。如微课、慕课的使用,让化学教育效率有了质的飞跃,使得教育改革加快了脚步。为了让绿色化学理念更好地融入化学教育,要积极利用多媒体技术,充分发挥出多媒体技术的优势,激发出学生学习的积极性,让学生可以在兴趣引导下更加专注的进行化学学习。例如教师可以使用动画视频向学生展示温室效应、冰川变化,基于动画视频资料,学生更直观了解到环境污染的严重性。在激发出学生学习兴趣的基础上,教师进一步介绍引发环境污染的化学药品和化学反应。这样绿色化学理念才能得到更好的渗透。
绿色化学又称为环境友好化学,是指[1]在制造和应用化学品时,应有效利用原料,消除废物和避免使用有毒、危险的化学试剂和溶剂。其目的是节约资源,从源头防止污染,将治理环境从治标转向治本。其两个最显著的优点是:最大限度地利用了原料和最大限度地减少了废物的排放。绿色化学的核心内容是原子经济性,即在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子。理想的原子性反应是原料分子中的原子全部(100%)转变成产物,不产生副产物或废物,即实现废物的零排放。
1无机化学实验教学中加强环境教育
我院无机化学实验是为材化、生工、化药学院专业学生开设的一门重要基础课。无机化学实验教学中加强环境教育非常重要,当学生进入实验室做第一个实验时,指导教师应当在教学中结合实验可能用到的有毒、有害药品进行讲解,使学生明白这些药品对环境和身体健康的影响,以及它们的主要来源,污染环境的主要原因及防治方法。例如:实验室经常用到的硫酸.硫酸具有腐蚀性、强酸性。废弃硫酸会对地下水,对土壤造成污染,实验中应尽量减小其用量。在无机化学实验中还经常遇到重金属污染物主要有Hg、Pb、Cd、Cr等毒性显著的元素,它们是主要的水污染物和土壤污染物,也应严格控制用量。通常无机化学性质实验取用试剂一般1-2ml,可改为点滴板操作,试剂取用的量几滴即可,.尽量减少药品用量,减少污染源。通过教育让学生体会到有毒有害物质就在我们身边,无机化学实验是一个不可怱视的污染源,废液、废气、废渣都会对环璄造成污染,从而改变学生在实验室随意大量使用试液,乱倒废液、废渣的现象,养成良好的实验习惯,增强环境保护意识。
2无机化学实验教学中绿色化学理念的渗透
按照绿色化学理念,无机化学实验中使用化学品应遵循4R原则[2]:减少用量(Reduce)、不用危险品(Reject)、循环使用(Recycle)、回收重用(Reuse)(1)减少用量例如:在检验SO42-离子的实验中,学生往往一下子加入了较多的BaCl2溶液。假如在实验前向学生讲解钡类化合物中毒性最大的是易溶于水的BaCl2,水中钡离子最大允许浓度为1.0mg/L,过量的BaCl2转入废液中会造成水质污染、土壤污染,并且让学生通过查表知道BaSO4是溶解度很小的不溶性盐,在1L水中仅溶解1.05×10-5mol(25℃),只要加入少量的BaCl2溶液即可观察到明显的白色沉淀现象,这样既节省了试剂,又达到了实验目的,更重要的是净化了实验环境,增强了学生的绿色化学意识。(2)不用危险品例如:做沉淀反应的目的是根据溶度积规则及平衡移动原理验证沉淀的生成、分步沉淀及沉淀转化。传统沉淀反应实验选用的试剂有:Pb(NO3)2、AgNO3、K2CrO4,而Pb2+、Cr6+是有毒金属离子,Ag+是贵金属离子。根据绿色化理念在选择试剂时,尽量不用有毒化学试剂,而用低毒或者无毒试剂代替,可将沉淀离子及沉淀剂改为Cu2+、Zn2+、硫化钠、氢氧化钠,这样在降低了有毒、有害物质的排放的同时,也达到了验证溶度积规则及平衡移动原理的目的。传统实验和改进实验的对比分析详见表1。(3)循环使用例如:氧化还原反应实验中过氧化氢氧化性的验证,传统实验是Pb2++S2-=PbS黑色沉淀,PbS+4H2O2=PbSO4+4H2O,Pb2+是有毒金属,从绿色化学角度考虑应淘汰,将这个实验改为I-与H2O2反应则溶液的颜色由无色变为棕红色,即可证明H2O2将I-氧化成了I2此实验方案现象明显,使用试剂种类少,且碘是可再生原料,符合绿色化学原理。.(4)回收重用例如:四氯化碳萃取碘的水溶液得到碘的四氯化碳溶液,然后在碘的四氯化碳溶液中加入氢氧化钠溶液至紫红色刚好消失,利用反萃取把四氯化碳分离出耒,最后进行蒸馏,使四氯化碳回收再利用。通过绿色化学理念的渗透,不仅拓展了学生的思维,提高了学生做实验旳兴趣,培养了学生设计实验及创新精神,加深了对绿色化学提倡“更安全”概念的理解。
3推广微型化学实验
微型化学实验是20世纪80年代经济发达国家的高校为解决化学专业耗资巨大的三废处理问题、实验安全问题及一些试剂价格过于昂贵而发展兴起的一种新实验方法,它的试剂用量是常量实验的十分之一至千分之一。目前常规无机化学实验,药品用量较大,不仅造成浪费,还污染环境。因此在高校无机化学实验中开展微型实验非常必要,制备实验的产品数量要以不超过后期测定的需要为原则,性质实验点滴化。将常规实验裝置进行改进或采用先进的微量手段代替以往的常量测定。实验教学中充分利用现代化的仪器,如:红外、紫外、色谱、核磁共振等,可以有效的将合成与鉴定融合,并对少量产物进行定性、测定。从而实现了以尽可能少的试剂获取所需化学信息的目标。如性质实验,在不影响实验效果的前提下,尽可能降低试剂的浓度,减少试剂的用量。微型化学实验的主要优越性在于:试剂用量大大减少,同时减少了相关辅助材料、水电的消耗,降低了实验成本,大大的节约了费用,也提高了实验的安全性。此外,因为微型化学实验产生的“三废”量很少,不但改善了实验环境条件,而且极大的减少了对环境的污染。微型化学实验具有减少污染、安全、节约实验经费与时间等优点,是化学实验绿色化的重要手段,值得大力提倡和采用。
4实验废弃物的回收、处理中的绿色化学理念的渗透
无机化学实验由于实验项目内容覆盖面大,实验所需要试剂和药品种类繁多,学校实验室一般废弃物大多简单处理就直接排放,特别是一些有毒有害物质缺乏回收处理,造成了资源浪费和环境的污染,这也是成为实验教学中一个非常重要的问题[3]。因此引导学生把用过的酸类、碱类、盐类等各种废液、废渣分别回收,达到一定量后,根据其性质进行处理,这样对减少浪费和减轻污染十分必要。对于废酸可用于冲洗厕所,也可以进行中和处理并达到规定的pH值[4]后排放。对于重金属及其盐可加入碱、碳酸盐、硫化钠使金属离子变成氢氧化物、碳酸盐、硫化物沉淀。对于有的可利用离子,可以保存在专门的废液试剂瓶中,用于其它实验。无用残渣埋于地下。废铬酸洗液用高锰酸钾氧化后循环使用;含银废液可制成硝酸银变废为宝;含氰化物废液可倒入碱性亚铁盐溶液处理;汞:可以用注射器收集起来放入瓶中用水覆盖,微小汞粒撒上硫磺粉。总之,废弃物的处理应根据“变废为宝、安全废弃、分别处理”的原则。
5多媒体仿真实验是实施
绿色化实验教学的最佳选择之一多媒体实验教学可将一些试剂耗量大、价格昂贵、毒性大、对环境污染严重且不易控制的化学实验采用计算机模拟实验,让学生在计算机上操作也能达到身临其境的效果,运用科学的手段来实现化学实验“零排放”、“零污染”。它的实施将对化学实验绿色化,以及环境保护、增强学生的环境保护意识起到不可低估的作用。无机化学实验中一些元素化合物的性质实验,如Cl2、SO2、H2S、CO等气体的制备及其性质实验,产生大量有毒气体,它不仅严重地危害了人体健康而且极大地破坏了环境,若将这部分实验釆用多媒体模拟化学仿真试验,用文字、声音、图象、动画的效果,使学生在虚拟实验室里做实验并达到身临其摬的感受,既能够实现无机化学实验的绿色化,又能够帮助学生清晰、生动地观察无机化学实验现象和实验方法,又避免了污染,提高学生对实验课的学习兴趣,取得在真实的化学实验中难以实现的良好的教学效果。
一、低碳经济和绿色化学的概念与内涵
现代社会出现资源、环境问题的根源在于人类的生产、消费模式。以碳为主的能源物质在被人类利用之后,都变成了以CO2为主要物质的气体,造成了温室效应、蝴蝶效应。在多哈提出低碳经济理念之后,全国乃至全球都在倡导低碳模式经济。Lowcarbon是低碳的英文诠释,是指排放更少的以二氧化碳为主的温室气体。而低碳经济是一种高效的、环保的经济模式,其特点是耗能更低、污染更少、排放减少等,要求在利用能源时提高使用效率,且着重于清洁能源的开发与使用,其实质是提高能源利用效率和清洁能源结构问题。从碳到低碳是一个从化学到社会生活的过程,是一场涉及生产方式、生活方式和价值观念的全球性革命,它与我国的化学教育有着紧密的关联。绿色化学重视对环境的保护,通过清洁能源、原子经济等内容的学习,可实现绿色化学。绿色化学是对化学原理的转化,通过化学方法来减少有毒、有害物质的生产和应用,在研究过程中,弱化有害、有毒作用,强化其绿色作用,从技术和经济角度分析,绿色化学能够从源头、生产过程以及使用等各个环节减少并降低污染。因此,在平时的化学教学中,贯彻“低碳经济”的观念,培养学生“绿色化学”的可持续发展理念显得尤为重要。
二、在化学教育中重视低碳经济与绿色化学教育
我国的《九年义务教育化学课程标准(实验)》明确指出了化学课程的性质、目的以及方法。在义务教育阶段中的化学课程,教学目的是让学生了解化学为社会发展带来的影响,利用化学来认识科学技术和社会、生活中的相关问题。同时,学生能够从化学教育中了解化学物品给人们生活和健康带来的影响,且能够借助化学手段治理环境污染,开发并且利用化学资源。另外,化学教育中要强调学生对自然和社会的责任心,当学生在遇到与化学相关的问题时,能够利用化学知识科学地解决问题。由此可知,我国新课程对中学化学有了全新的诠释和要求,新课标更加注重培养学生的科学和人文素养,为新课程理念下的中学化学教学指明了方向。
三、对中学生进行低碳经济与绿色化学教育的基本策略
中学化学教学要选择真实的问题情境,突出科学观念、科学思维、科学方法、科学主题,重视学生创新意识和创新能力的培养,将科学教育与人性发展有机融合起来。在平时的化学教育中可以做到以下几个方面。
(一)贯彻绿色化学和低碳经济的观念
让学生接受绿色化学思想,把绿色化学内化为自己的自觉行为。初中和高中的化学课本直接或者间接地对绿色化学都有涉及,但仅是停留在书本的概念之上。在平时的教育中,教师应该引导学生通过实践来加深对绿色化学的理解。如利用周末时间带学生到化学工业园进行参观、实践,亲身接触化学物质的转变和生产过程,形象地说明绿色化学理念的重要性,低碳经济的影响力。介绍空气污染及防治,抓住时机向学生介绍绿色化学及其主要特点,在教学中尽可能渗透、强化绿色化学的思想理念。例如教授温室效应及其危害与防治,使用燃料对环境的影响,金属资源的利用与保护等。同时通过绿色化学的教育,让学生形成良好的生活习惯,真正实现节能减排,低碳经济。
(二)建立绿色化学和低碳经济的意识
人教版新课程下的化学教材,着重于从多个角度阐述了绿色化学和低碳经济的内涵、概念。例如从环境保护的角度讲述了酸雨、大气污染与温室效应的关联;介绍了循环操作、交换剂再生、催化剂中毒等概念;介绍了有毒物质的性质、使用、保存;介绍了与绿色化学相关的再生、使用替代产品、回收以及重复使用的工业化学内容。其中包含了许多低碳经济的理念,例如:以海水为原料提取镁、接触法制硫酸……这些绿色化学技术充分说明了低碳经济并不一定需要极高的成本,也不需要很高的技术,只要我们共同努力,做好自己,就能很好地应对全球变暖等环境问题,为地球尽一份力量。
(三)从实验中体验绿色化学和低碳经济
绿色化学实验具有基本的5R原则,即reduce(减量)、recycling(回收)、reuse(循环使用)、rejection(拒绝使用)、regeneration(再生)。从化学试剂的选择、化学反应条件的控制、化学反应结束后三废的处理等,充分体现了能源、化学试基础教育剂、化学反应、反应产物、剂量等的低碳化等特点。这些具体包含在以下三个方面。
1.将化学实验微型化,实现绿色化学。课堂演示实验以及学生自主实验,要避免出现有毒、有害物质的污染。实验应在小烧杯或小试管中进行,在点滴板上观察。由于实验药品剂量的普遍减少,既节约了药品资源,又减少了化学污染,同时还能够直观地观察实验结果,效果非常明显。
2.优化实验内容、装置和方法。化学实验离不开气体、液体和固体的产物,部分实验产物具备毒性或者对环境、人体有害的特点,因此,实验中既要保证实验的效果,还要对实验的内容和仪器、方法进行改善,尽可能在密闭条件下或在通风橱中进行,以减少实验产物对环境的污染。
3.妥善处理化学实验的废弃物。化学实验为了能够得到科学、真实的实验数据,往往要产生许多废弃物,而这些产物却没有较好地得到处理。在实验教学中,教师应该引导学生利用化学反应洗涤、吸收或转化,将有害产物回收利用。这样不但能够提升学生绿色环保和绿色化学的意识,而且还能给学生及早灌输低碳经济的观念,将普通的化学实验最终提升为绿色化学实验。
(四)实践低碳生活