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关键词:绿色化学;发展现状;高中化学
一、什么是“绿色化学”
绿色化学(Green Chemistry)又称清洁化学(Clean Chemistry)、环境友好化学(Environmentally Friendly Chemistry)、环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry )。绿色化学的先驱、原美国绿色化学研究所所长、耶鲁大学P.T. Anastas教授在1992年给出的“绿色化学”的定义是:“The design of chemical products and processes that reduce or eliminate the use and generation of hazardous substances ”翻译成中文即减少或消除危险物质使用和产生的化学产品和过程的设计。我们可以把绿色化学的核心内容理解为在化学工艺和反应中不再使用有毒、有害的物质,并力求反应中原子利用率达到100%,不再产生废物,实现“零排放”。从而从源头上根除污染,研究环境友好的新反应、新过程、新产品,实现化学与生态的协调发展。
二、“绿色化学”的起源和发展
绿色化学最初起源于美国。1984年美国环保局(EPA)提出“废物最小化”,倡导减少产生废物和回收利用废物,从而达到废物排放最少的目的。绿色化学的思想萌芽。
1989年美国环保局又提出了“污染预防”的概念,指出最大限度地减少生产场地产生的废物,包括减少使用有害物质和更有效地利用资源,并以此保护自然资源。绿色化学的思想初步形成。
1990年,美国颁布了“污染防治”法案,将污染的防治确立为国策。该法案中第一次明确提出“绿色化学”一词,并定义“绿色化学”为采用最小的资源和能源消耗,产生最低排放的工艺过程。
1991年,美国环保局污染预防和毒物办公室启动“为防止污染变更合成路线”的研究基金计划,用以资助化学品设计与合成中污染预防的研究项目。1993年研究的项目扩展到安全化学品、绿色溶剂等方面,该计划更名为“绿色化学计划”。
同一时期,日本等其他很多国家的政府、学术界和企业也开始关注“绿色化学”的研究和开发。
1995年美国设立了“总统绿色化学挑战奖”,1999年澳大利亚皇家化学研究所(RACI)设立了“绿色化学挑战奖”,此外英国设立了“英国绿色化学奖”“绿色化工水晶奖”,并创办了世界第一本名为《绿色化学》(Green Chemistry)的杂志。日本也设立了“绿色和可持续发展化学奖”。这些政府行为都极大地促进了绿色化学的蓬勃发展。
三、我国“绿色化学”的发展现状
我国政府和学术界也很重视在绿色化学方面的研究。
1995年,中国科学院化学部开展了“绿色化学与技术”的院士咨询活动,分析了国内外绿色化学的研究现状和发展方向。
1996年,国家召开了“工业生产中绿色化学与技术”研讨会,并出版了《绿色化学与技术研讨会学术报告汇编》。
1997年,国家自然科学基金委员会与中国石油化工集团公司联合立项启动了“九五”重大基础研究项目“环境友好石油化工催化化学与化学反应工程”。中国科技大学绿色科技与开发中心在该校举行了专题讨论会,并出版了《当前绿色科技中的一些重大问题》的论文集。同年,香山科学会在北京召开了第72次学术研讨会,闵恩泽院士、陈家墉院士等都做了有关绿色化学的重要报告。
1998年,合肥举办了第一届国际绿色化学高级研讨会,这些都加快了我国绿色化学研究的步伐。
四、“绿色化学”在高中化学中的渗透
1.“绿色化学”在高中化学新课标和教材中的体现
化学是一门以实验为基础的自然科学,化学学科的很多重要知识、理论都是从实验中发现并总结的。所以,绿色化学思想融入化学学科是必然趋势。《普通高中化学课程标准》中已经明确提到了绿色化学的概念,比如,“实验化学”模块中提出“形成绿色化学的观念,强化实验安全意识”“树立绿色化学思想,形成环境保护的意识”。
根据课程标准编写的高中化学教材也有很多地方体现了绿色化学的概念。比如,必修2第四章第二节“化学与资源综合利用、环境保护”里第二大点就是环境保护与绿色化学。用一张图可以简单明了地介绍绿色化学的特点。在紧接着的思考交流部分通过比较环氧乙醚制备的新旧工艺,介绍了原子利用率100%的反应是体现绿色化学的原子经济性反应。
再如,选修1“生活与化学”第四章第三节垃圾资源化中治理白色污染的3R原则就源自绿色化学提出的“5R”原则:减量(reduction)、重复使用(reuse)、回收(recycling)、再生(regeneration)和拒用(reject)。
高中化学教材中最能体现“绿色化学”理念的是实验内容,对现行人教版高中化学教材中的实验内容做了简单统计:
对上述实验中涉及的会对环境造成污染的物质也做了简单统计:
由上面两个表可以看出人教版高中化学教材中实验多、涉及的可能污染环境的物质也不少,因此高中化学实验“绿色化”是高中化学教师必须关注和研究的问题。
2.“绿色化学”在高中化学实验教学中的体现
(1)推广微型化实验
微型化实验仪器的体积小,药品的用量可以减至常规所需量的十分之一或更少。与常规实验相比,微型化实验的突出特点是实验成本低、环境污染少、反应速度快、安全系数高、实验效果好。尤其是药品用量少、速度快、污染小的特点与绿色化学的理念完全一致,且十分适合中学实验教学。
(2)利用多媒体模拟化学实验
高中化学里有一些危险系数大或污染严重的实验并不适合课堂演示实验和学生实验,比如,电解饱和食盐水、氢气在氯气中燃烧等。我们可以从网络上下载实验视频,或通过计算机软件模拟真实实验。这样既使学生了解了实验过程,加深了对相关知识的理解,同时实现了化学实验的“零投入和零污染”,也是某种意义上的绿色化学。
3.“绿色化学”在高中化学试卷中的体现
近几年的高考化学试卷都有浓厚的绿色化学色彩。例如,2013、2015年江苏卷第一题选择题就是直接考查保护环境的几种做法;实验流程题更是大多体现了变废为宝,循环利用等绿色化学的思想。高考是有教育功能和导向作用的,高考试题对绿色化学的关注,势必引导高中教学对学生环保意识的培养,从而引起全社会对绿色化学的关注。
我们要在实际教学中渗透绿色化学知识,提高学生的绿色化学意识,增强学生环境保护的使命感,让绿色化学的理念在学生的头脑中深深扎根,形成良好的社会环保氛围,促使我国可持续发展战略的实现。
参考文献:
[1]R.布里斯罗.化学的今天和明天:一门中心的、实用的和创造性的科学[M].北京科学出版社,2001.
[2]朱清时.绿色化学与可持续发展[J].中国科学院院刊,1997(6):415-420.
[3]徐汉生.绿色化学导论[M].武汉大学出版社,2002.
[4]李进军,吴峰.绿色化学导论[M].武汉大学出版社,2015(8).
对于绿色化学的概念,教材上涉及的很少,如何让学生学习绿色化学更是少的可怜,那么教师如何来构建学生的这种理念呢?学生如何来学习绿色化学更好呢?怎样才能让学生深刻地理解绿色化学呢?这一直以来都是困扰着教师的一个问题。那如何来解决这个困惑呢?我认为可从以下三个方面入手,大家可以借鉴一下。
一、绿色化学的概念的确立。
从学生接触绿色化学的字眼开始,把绿色化学融入中学课程教材改革和课堂教学改革之中,这是中学化学教育的崭新课题。就应该让他们知道绿色化学的定义,绿色化学是由美国化学会提出的化学无害概念,是能够保护环境的化学技术,它可以通过使用自然资源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质,利用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和储藏技术的开发,并考虑节能节省资源、减少废弃物排放量。绿色化学又称“环境友好化学”、“环境无害化学”、“清洁化学”。绿色化学的定义就是从生产资料就是无污染、无公害的,生产过程也应该是无污染、无公害的,生产出来的产品也应该是无污染、无公害的产品。从概念上就让学生有一个大致的理解,从而对一些常听到的绿色建筑、绿色食品有一个初步的了解。最起码知道绿色的东西并不是单纯的指绿色,而是指无污染、无公害的,是对人体有好处的东西,所以从一开始就给学生一个正确的理念,对概念有所了解。
二、绿色化学的核心及特点的渗透。
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坏境的污染, 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,以减少废物箱环境排放。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所消纳,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。对于绿色化学的核心和特点的渗透,主要的是在教学过程中让学生树立防治污染、保证人类生存质量的责任感。我们教师应该把握住这一点,充分利用学生的优点,激励和激发他们的兴趣,调动他们的积极性。对于农村的孩子来说,学习绿色化学更是难上加难,各种实验设施的不完善都导致了学生的学习困难,和对化学的直观认识。那我们就利用现有的、现实的实例来给学生进行渗透,例如:我们冬天烧煤取暖、做饭。看到烟雾缭绕、闻到刺鼻的、呛人的气味,我们有怎样的感觉,这会不会对环境造成污染,这个现象符合绿色化学的核心特点吗?再有,我们看到的三轮车、汽车排放的尾气对坏境有怎样的危害?让学生讨论这些对坏境的危害和如何预防这些危害,我们应如何采取措施防止和减少这些污染?这样可以增强学生的环保意识、调动学生学习的积极性。培养学生理论联系实际、实事求是的科学态度,而且能使他们感知环境污染的危害性和环境保护的迫切性。
三、绿色化学在教学中的贯穿和实施。
1 绿色化学的教育现状
绿色化学的概念起源于欧美发达国家,他们最先开始意识到环保的重要性,并且将这个概念融入到学生的教育当中,以此来实现真正的绿色化学。首先是美国,美国不但在中学生课堂中提出了绿色化学,还将其写进教材中,积极开发绿色化学实验设备和绿色污染化学材料,从而提高学生的绿色环保意识。不仅如此,美国的相关协会还举办了一系列的关于绿色环保的主题活动,让学生和公众都充分参与了进来。
现在,美国还在不断修整中学化学教材,在其中大量介绍了绿色化学的知识,并告诉学生哪些化学物质是有毒的,从而避免污染。美国还在一些大学中设立了关于绿色化学的专业,并且举办绿色化学挑战奖,对获得奖项的优秀大学生进行奖励。一些大学生已经开始使用安全无毒的化学原料,或者是采取有效措施来减少资源的消耗。这也说明学生的环保意识得到了一定的提高。
后来,另外一些国家也纷纷开始实施绿色化学的教育,比如日本,日本编写了一些关于绿色化学的教学培训资料。而我国的绿色化学观念相对来说较落后,一直到上个世纪90年代末,我国一所大学开始编写《绿色化学》的教材,其他一些高校也纷纷进行效仿。但是比起其他发达国家,我国在这方面的普及程度还远远不够。目前,我国已经开设了一些关于绿色化学的教育培训课程,为绿色化学的发展提供了条件,奠定了基础。
到21世纪初,多个国家已经设立了绿色化学的奖项,用于奖励在这个领域有一定的贡献,或者有一些成就的人,美国还专门设立了培训机构,用于培训绿色化学领域的人才,并且鼓励他们参加绿色化学的奖项。
2 绿色化学教育将面临的挑战
2.1 要让学生弄清楚复杂的化学成分
化学物质里的有毒成分以及其他成分很复杂,教师要让学生明确认识到有害物质对环境和水质的破坏,并且还要让学生明白化学物质的有毒性是可以进行控制的。不但要让学生弄懂复杂的化学成分,还要让学生在实验中明确这些有毒分子处于环境中发生的变化,这一个比较难的过程,对于教师来说,也是一个挑战。
2.2 如何将绿色化学的教学延伸到现实的环保措施中
虽然中学生绿色化学传授的知识是有关于环保的,但是这些知识仅仅只是停留在原理和理论上,如何将绿色化学的教学延伸到现实的环保措施当中,这将是一个难题,也是个很大的挑战。比如,对助剂或者溶剂的毒性进行测试,并且开发出无毒原料来代替助剂,这对于教师来说是一个挑战,对于学生来说更是一个挑战。
2.3 教师的能力和技能
绿色化学除了要求教师要有基本的化学知识以外,还要求教师要对环保知识及其他领域的知识有一定的了解,因此也对教师的能力和技能有了较高的要求。另外,绿色化学教学还要求教师在传授知识的时候,教会学生如何分解材料、如何用环保化学成分来代替有毒材料,等等。如果学校不对教师进行培训,教师的知识结构就会无法满足知识的需要,因此,教师的能力和技能对于绿色化学来说也是一个重大的挑战。
2.4 教学方法的挑战性
绿色化学的教学方法也是一个巨大的挑战,并且要求教师改变过去的“粗放型”教学方法,从而转变为“集约型”教学方法,同时,这也是绿色化学对教学的一个要求。教师不但要帮助学生了解化学知识,还要使学生意识到环保的重要性,在整个化学课程中,要将环保无污染的理念贯穿于整个化学领域,又要把绿色化学的内容和知识融入到化学教学当中去,从原理到实验过程,各个环节都要采取环保的标准。
3 绿色化学教育的措施
3.1 改进不环保的实验方法
在进行化学实验的时候,应该尽量采用环保的实验方法,并且选用一些无毒无危害的材料。比如绿色自燃实验,在之前的课堂上,教师都采用的是白磷来给大家做实验,但是白磷是一种危害性极强的物质,而且白磷在燃烧的过程中发挥的有毒气体会对空气造成污染。因此,可以用其他一些无毒的物质或者材料来代替白磷,比如碳粉等。
3.2 培养学生的创造性
在化学课堂上,教师要培养学生的创造性,可以鼓励学生对“减量、减废”进行实验或者改造,从而培养学生的创造力。除此之外,也要给学生灌输节省资源的观念,带领或者指导学生对化学教材中的化工生产工艺流程进行分析,或者重新设计一条生产工艺流程,必要的时候,还可以借助计算机来进行辅助设计,通过这个过程可以培养学生的思维与创造性。
3.3 更新教学手段
原来的化学教学方法已经不能再适应绿色化学的要求了,教师必须及时更新教学手段。通过有效的教学工具、教学材料以及训练手段来向学生传授知识,让他们形成绿色化学的意识和环保意识。新的教学手段有多媒体(投影、录像、光盘等)以及计算机技术,便于学生和教师获取知识和技术,同时也有利于促进学生用可持续发展的眼光来思考问题。
关键词:绿色化学;绿色理念;初中化学;新型人才
随着社会的不断发展,环境污染现象也日趋严重,对于环境污染的治理不仅要采取相应的措施,还应该从人们的理念和思想出发,增加人们的环保意识。绿色化学是针对全球化学污染、环境保护提出的教学理念,它不仅符合国家可持续发展的要求,也是保护环境、防治环境污染的一种手段。初中化学教育是学生化学的启蒙阶段,因此也是树立绿色化学观念的最佳时机。在中学的教育教学中为学生灌输一定的绿色化学理念,将绿色化学融入化学教育课堂之中,对培养学生健康化学观,树立正确环保意识有重要意义。
一、绿色化学
(1)绿色化学的含义。绿色化学是指在制造和应用化学产品的过程中,应有效利用可再生原料,一方面消除废物,另一方面避免使用有毒的、危险的试剂和溶剂。同时,绿色化学又称“环境无害化学”“环境友好化学”“清洁化学绿色化学”,是通过使用自然能源,避免造成环境负担和有害物质排放的一种保护环境的化学技术,它涉及有机合成、催化、分析化学等多种学科。绿色化学的最大特点就是在生产过程始端便采用科学的预防污染措施,使整个过程以及终端形成零排放或零污染。初中化学教育正是秉承这样的环保意识,将绿色化学这一理念贯穿于教育教学中,培养学生的环保意识,树立学生的绿色化学观念,为国家培养新世纪所需要的新型人才。
(2)初中化学教学中绿色化学教育的现状及意义。绿色化学教育理念是一种新型教育理念,在化学教育中还处于初始渗入阶段。从目前的初中化学教育来看,开展的绿色化学教育时间并不长,许多化学教师对绿色化学理念也不甚了解,因而在教学中渗入绿色化学理念还显得比较困难,甚至有教师认为开展绿色化学教育是一种毫无意义的教育活动。同时,部分初中化学教师的思想观念还未得到转变,教师自身环保意识不强,对于绿色化学的新理念和新要求在化学教育教学中不够重视,抑或在教学实践中,不能将绿色化学理念与自身的教学方式和素质教育进行有效结合,教学效果不佳。
当前,我们正处于一个随处可见化学品的世界里,食品添加剂、汽车燃料、清洁洗涤等物品,都存在着大量的化学添加剂。虽然这些化学物品给人们的生活带来极大的方便,却也给环境造成了一系列的负担。现如今,环境污染严重是一个全球化问题,教育教学秉承可持续发展观引入绿色化学教育理念,对刚接触化学启蒙的初中学生推广绿色化学成果,是初中化学教育的重要课题,对社会发展亦有着重要意义。
二、如何在初中化学中渗透绿色化学理念
(1)以教材为基本渗透绿色化学意识,树立学生环保观念。初中化学教师在最初就需要将绿色化学理念引入课堂,从教材入手渗透绿色化学意识,将绿色化学理念贯穿于整个化学教育过程。
首先,要确立绿色化学思想。在化学课堂之初,教师就应该明确提出绿色化学的概念、意义及作用,让学生充分了解绿色化学对社会及环境带来的益处,才能确立学生的彩色化学思想。同时,绿色化学思想还是化学教师应该具备的基本素质之一,教师加强自身绿色化学意识,才能有效地将这种思想传递给学生。
其次,在教学过程中融入绿色化学意识。化学课堂是学生接受知识主要场所之一,教师能够通过课堂教学将知识直接而高效地灌输给学生。因此,教师在教学中,应该积极研究绿色化学内容和课本知识的有效整合,尽可能地发挥课堂教学的有效性,将环保思想、绿色理念、环境知识融入课堂,让学生充分了解到绿色化学的重要性和实效性。在初中化学中也涉及许多相关内容,如“自然界中的水”这一章节中涉及爱护水资源、水资源净化等相关环境问题。在这一章节,正好可以指出,我国是一个水资源相对缺乏的国家,工业三废和生活污水的排放都严重破坏了我国水资源环境。还可以结合“赤潮”现象和“水俣病”等事件,形象且直观地让学生了解绿色化学的重要性,同时又能够加深学生绿色环保意识。同时,教师还可以认真发掘教材中与绿色化学相关的知识,有效地为化学教育作补充。例如,在学习“我们周围的空气”这一章节时,可以渗透诸多关于大气污染与防治的知识。另外,还可以借助网络资料等,与学生一起讨论环境与化学的关联,加深学生对绿色化学理念的理解。
第三,课后开展绿色化学教育活动。在课后,举办与绿色化学为主题的活动,能够让学生在实践中更深刻地体会绿色化学理念。比如,开展适合初中生的自来水消毒剂成分调查、参与附近水质检测酸碱性检测、测定雨水PH值、废物回收利用等活动。同时,教师还可以组织关于绿色化学的一些演讲活动来宣传绿色文化。
(2)在化学实验中培养学生的绿色化学意识。初中化学实验课也应该注重绿色化学理念的渗入,教师在进行化学实验设计时,应从节约能源、减少污染的角度出发,利用尽可能少的化学实验物品获得最好的实验教学效果,在实验结束后对实验产生的废液和废渣等进行有效处理,将可以再利用的废液或废渣进行分类回收。如:在“二氧化碳的制取与性质”的实验中,实验过程所产生的废酸液可用来中和废碱液。在试验中要充分利用无毒、无害的原料,以减少向环境排放废物,引导学生充分利用身边的用品作为实验原材料,如利用鸡蛋壳和白醋制取二氧化碳,注射器可以在某些试验中代替胶头滴管。
总之,“绿色化学”已经成为当前化学教学研究的重要课题,初中阶段渗透绿色化学理念,有利于学生对绿色化学、环境保护等问题的重视,有助于为国家培养新世纪所需要的新型人才。
参考文献:
[1]杨春华.基于绿色化学理念的初中化学教学初探[J].数理化解
题研究,2012(8).
[2]俞铁花.初中化学教学中开展绿色化学教育的实践研究[D].南
关键词:环境污染;治理;绿色化学;渗透途径
一、绿色化学的产生背景
20多年前,传统的化学化工作为生产主力,秉承着“先污染后治理”的原则发展了多年以后,随之而来的问题终于一发不可收拾,传统的化学工业在生产过程中排放了大量的有毒有害物质,企业已无法承受沉重的环保费用,这需要国家大力研发从源头上减少和消除污染的工具。因此环境保护和治理、社会经济的可持续发展、资源的有效开发利用和人类的健康安全等一系列问题迫切需要人类创新出新的理论和技术手段。绿色化学作为环境友好化学,在解决环境污染问题上的作用是不容小觑的。在这种大背景下,在初中化学教学中进行绿色化学教育对于学生化学学科素养和绿色化学理念的形成,是十分有必要的。
二、绿色化学的基本概念和具体特点
绿色化学又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化学,使用化学的技术和方法去减少或者消除有害物质的生产和使用,按照绿色生产的原则,具有的特点是:(1)充分利用资源和能源,采用无毒、无害的反应物;(2)操作反应过程中使用无毒无害的反应物以减少向环境排放废物;(3)提高原料利用率,使所有原料在反应中都被消纳,实现“零排放”;(4)生产出对环境有保护作用、对社区安全的和对人体健康的产品。
三、初中化学教学中渗透绿色化学理念的途径
绿色化学理念的基本概念和绿色化学的特点应用于初中化学教学中有哪些途径?在化学课程中绿色化学理念怎样得到渗透?针对现阶段我国绿色化学教育的现状,在本文中,将从化学课堂教学中的学习方法、化学实验课程的布置安排及课下习题等方面,对初中化学教学如何渗透绿色化学理念、通过什么途径、采取何种措施等方面进行探讨。
(一)结合课本内容,开展绿色化学教学
学生接受新知识的能力越来越强,化学也是,这就要求教师对教学内容精确把握,在课堂上将绿色化学理念穿插到每个知识点中。课上要理论联系实际,针对现在大气、土壤等方面存在的普遍问题对学生进行引导,灌输绿色化学的理念,让他们对空气污染、温室效应、白色污染等问题有更生活化的认识。培养学生善于思考和观察的能力,引导他们关注社会环保问题,并将社会问题与日常知识点集合起来研究,激发学生的求知欲和解决实际问题的欲望。
(二)以“课上常提问,课下勤思考”的方式开展教学
为了加深学生对绿色化学、环境保护的认识,课上对学生提出化学相关的、生活化的问题,布置作业让学生自行解决,无论是通过查阅资料还是求助亲友的方式,目的是锻炼学生自主学习化学知识的能力和善于发现解决问题的能力。例如:课上出题,日常生活中为什么要购买无磷洗衣粉?为什么农业部禁止使用敌敌畏,BBT等仿效优越的农药?日常生活中的废电池该如何让处理?第二节课再公布答案。这些问题学生通过查阅资料等方式基本可以解决,这样一方面可以学习到许多前言东西,熟练掌握查阅技术;另一方面,又可以从生活琐事中获得化学知识,了解使用无毒无害制剂,平常注意节约自然资源,防止环境污染,用所学知识来为保护环境打下良好基础。
(三)在实验课中开展绿色化学教育
化学作为一门实验科学,日常实验课程必不可少,实验的重要性包括(1)使学生对知识点的记忆印象深刻,培养学生思考和动手能力,使学生扎实掌握化学知识。(2)反应物是实验必需品,教导学生选择过程中必须注意无毒无污染,从源头控制环境污染(3)反应过程可能会产生废气或者废料,进而造成的较严重的污染,这时候可对学生布置作业,要求他们进行更为环保的实验设计,引导他们掌握更多甚至是并未环境改造做出努力(4)实验尽量避免大型实验,一方面可节约实验药品,另一方面又可减少污染。
四、总结
环境污染的治理任重道远,绿色化学的蓬勃发展作为最有效的方法,需要在化学教学中渗透绿色化学理念才能够取得持久进步。学校可以在日常教学中及课外时间中将绿色化学的观念慢慢渗透,可以通过组织绿色化学知识点答题赛、绿色化学主题征文或者传统工业利与弊的辩论赛等多种方式增加学生的积极参与。作为人类灵魂的工程师应该走在时代前沿为祖国的花朵引导方向,掌握更多的绿色化学在日常教学中的渗透方法为我国环境改善竭尽全力。
参考文献:
[1]田淑珍.在化学教学中对学生进行绿色化学教育[J].高等函授学报,2002,15(4):36-38
随着社会的发展与进步,人类面临巨大的环境问题,可持续发展非常重要。绿色化学的观念符合人类可持续发展的要求,近十年来发展迅速。绿色化学涉及有机合成、工业催化、分析化学、生物化学等领域与学科,其中有机合成对于人类具有不可估量的意义。从早期的有机试剂、药物、塑料到近代的维生素、激素、色素、抗生素、高分子材料以及各种具有特殊性能的现代材料都是有机合成的产物,当今国计民生的各个方面都离不开有机合成产品。在有机合成中应用绿色化学的思想,能够节约资源并防止环境污染,从根本上改变传统的有机合成理念。
二、有机合成教学现状
我国大学教育不断发展,各高等院校化学系专业划分得更细,培养人才的综合素质更高。高等院校的有机合成课程是化学、生物、药学等专业的专业必修课之一,是最能体现绿色化学思想的一门课程。1998年中国科技大学首先把绿色化学单独作为一门课程[1],现在开设绿色化学课程的高校越来越多,但是作为绿色化学课程最重要组成部分的绿色有机合成化学的教学发展缓慢。目前大多高等院校使用的教材没有根本性的改革,依然使用在传统教材基础上改版的教材,缺少绿色化学的思想。现行各种教材反映的内容只是从有机合成的合理性、简便性方面考虑,并没有注意反应的原料、催化剂、溶剂和最终产品是否无毒无害,反应过程中的废弃物是否尽可能少等绿色化学原则。Anastas等[2]提出12条关于绿色化学的原则,用来评价实验过程、生产过程、最终产物是否绿色,其中最基本的原则就是原子经济性原则;采用无公害的原料;无公害的反应条件;终产物环境友好。绿色化的有机合成化学教学正是我国教育发展最需要的教学,在教学中贯穿绿色化学的思想,让每个学生都有绿色化学与可持续发展的概念。绿色化学新技术在教学中的应用,能培养适合我国发展现状的绿色化学工作者,并为以后我国的可持续发展输送高素质的人才。
三、有机合成绿色化教学的策略
(一)贯穿原子经济性原则
在有机合成课程课堂教学过程中,会讲到许多基本有机反应,这时就应该培养学生绿色化学的思想,首先要在基本的合成反应中体现原子经济性原则。原子经济性就是反应分子中的原子全部进入最终产品,没有任何副产物[3]。原子经济性与有机合成反应产率不同,产率是目标反应产物的生成量和原料中某一组分加入量的比值。当原料和产物由几个组分组成时,某一产品的产率再高,它仍存在其它副产品,没有达到废物“零排放”的要求。例如,Wittig反应产率较高,一般可达80%以上,但Wittig试剂的较少部分被利用到产物中,其余都成为副产物。所以,Wittig反应的原子利用率低,原子经济性很差。可见,应使用产率和原子经济性两个概念作为评估标准,才能实现更“绿色化”,更有效的化学合成反应。
有机反应中最常见的主要包括4类:重排反应,取代反应、消除反应和加成反应等,重排反应和加成反应基本属于原子经济反应,而有些反应,如取代反应和消除反应的原子经济性则不一定高,另外,成键周环反应,如Diels-Alder反应,[2+2]、[3+2]环加成反应属于原子经济性的,而氧化-还原反应类型很多,不能用“原子经济性”来衡量,只是化学氧化还原反应一般有毒,而电氧化-还原反应对环境更友好。除了对这些学过的反应进行归纳总结外,还可向同学们介绍一些绿色新反应,如:Ene反应(双烯合成)类似Diels-Alder反应,反应通式为:
X=Y=C=C,C=O,C=S,N=O,N=N等。
金属复分解反应(RCM 反应)是一种过渡金属催化反应,反应通式为:
R=芳香基、烷基、芳香杂环;
R1=H,COOR,烷基
X=O,NCOOR,NTs,NSO2PH
DO(DEt)2,SO2PH,SO3PH,SOPH
EWG=吸电子基,如-COR,-CHO,-CN,-COOR
以上的各反应都是绿色化学的基本反应,在讲课的过程中就应该贯穿绿色化学的基本思想,让学生在对比中明白绿色化学的概念,让学生在今后的工作学习中都有绿色化学的概念,在合成某些产品时尽量用原子经济性来衡量整个反应过程。
(二)原料与产物无公害
1.尽量用无毒无害的原料
绿色化学基本原则中包括原料无公害,在设计有机合成实验时就应该寻找安全有效的反应原料,进而得到功效卓著而无毒无害的产品。例如:合成聚氨酯时,传统的方法一般要采用光气作为原料,而光气是可致命的剧毒气体。新的绿色化学合成方法则完全不使用光气,不仅消除了剧毒原料光气的使用,并且反应产生的副产物是水,对环境无污染,同时解决了两方面的问题,整个聚氨酯合成的实验更加接近绿色化学。
如:亚氨基二乙酸二钠的合成也可以改变原料,避免使用甲醛、氢氰酸紫等剧毒原料。
NH3+2HCHO+2HCN NCCH2NHCH2CN
由以上反应方程式可以看出,传统方法合成亚氨基二乙酸二钠的步骤要繁琐,要用到HCHO、HCN剧毒物质,还要用到NH3,并且产物不能转化完全,对环境的污染较大。新的合成方法简单,只需要在铜催化剂的条件下就能直接合成出亚氨基二乙酸二钠,副产物是H2,对环境的污染也较小。在讲课过程中可以将多种有机合成方法进行对比分析,找出最符合绿色化学标准的合成原料与产物,让学生充分的理解绿色化学的基本原则。在学生动手实践的过程中,要应用最绿色的有机合成方法,降低实验室对环境的污染与对学生身体的危害。
2.利用可再生资源为原料
在实验室教学过程中,利用可再生的原料可以减少对环境的污染并符合经济与环境的可持续发展。例如:用氧化法合成己二酸(ADA),传统方法合成已二酸的实验通常用致癌物质苯或苯酚作原料,在原料上就不符合绿色化学的标准,对学生的身体健康有一定的危害。新的合成工艺可以直接用葡萄糖合成出,并且葡萄糖能够通过植物的光合作用直接得到,使原料的成本降低,并且合成的工艺简化对环境污染减少。这种符合绿色化学标准的新合成方法可以应用在有机化学实验教学中。
3.设计更安全的产品
有机合成实验的设计阶段就应该考虑合成出产物是否有毒,尽量通过通过改变和修饰有毒物质的结构,消除其“致毒反应”[4]。例如:联苯胺是很好的染料中间体,但具有极强的致癌作用,可以对其分子结构加以改造,变为二乙基联苯胺,既保持了染料的功能,又消除了致癌性。
在设计具有特定功能的化学产品时,还应考虑它能否降解,要使其降解,也可通过在分子结构中入特殊功能团来促使其降解。通过水解或者光解使大分子结构变成可以生物降解的基团。
(三)研究安全有效的反应条件
在有机合成的基本反应中,除了考虑反应原料及产物的绿色化外,还要注意反应过程中所用的催化剂和溶剂的绿色化。通过催化剂与溶剂的改变,改善整个反应条件,使整个合成反应安全有效。
1.寻找安全有效的催化剂
在常见的有机合成反应中所用的催化剂大多为硫酸、三氯化铝,三氟化石朋等酸性催化剂,这类酸催化反应都是在均相条件下进行,对设备腐蚀作用大,并且容易形成酸雾、废酸液污染环境,危害人体健康。目前解决的方法是使酸催化剂负载化或均相催化剂的多相化。在工业中可以采用的方法是用固体酸如酸性白土、混合氯化物、分子筛等代替液体酸,尽量减少酸雾的形成,并且通过一定的方法对固体酸回收,用该催化剂取代传统的三氯化铝,催化剂用量降为原来的1/10,废弃物氯化氢的排放量减少了3/4,而产率增大到了70%。
2.寻找安全有效的反应介质
传统的反应介质大都是有毒的有机溶剂二氯甲烷,乙腈,甲醇等不仅危害人体健康,而且对环境污染严重。超临界流体(SCF)特别是超临界二氧化碳(scCO2),超临界(SCW,scCO2)以及水作溶剂;符合绿色化学的要求,有不少反应已大量使用此介质,Pinacol(频那醇)零排反应原在液相中需要强酸作催化剂,而且催化剂的寿命较短,反应速度和选择性很低,现在此条件下超临界水中不加任何催化剂下反应,速度比蒸馏条件下快100倍。Cannizzaro反应在传统的工业生产反应条件中需使用大量的碱作催化剂,后处理步骤多,且产物纯度较差。
一、推广绿色化学理念的必要性
1、绿色化学理念是未来发展的方向。经济快速发展的同时,人们忽略了环境的保护,资源的珍惜,资源浪费、环境污染、疾病传播等等问题的出现逐渐引起人们的重视。以破坏和污染环境为代价的粗放型经济发展方式已经不符合当期时展的要求,绿色化学理念正是一种环保、科学、可持续发展的理念,是当前经济、社会、生态环境发展的需要。这符合当前实际的需求,是未来发展的方向。
绿色化学的发展有利于培养学生的环保意识和环保理念,推广环保行为的进行,自觉将理论运用于实践中,在全社会形成保护环境,减少污染,可持续发展的风尚。
2、利于化学的推广和进步。新课程教学中大量融入新化学理念,绿色化学是高中教学课程的重要目标。在新课程教学标准中,已经将绿色化学放在了教学的重要地位,化学课程的教学更加强调环境与发展的可持续性。通过绿色化学理念的传播,培要学生的良好方法和操作,从实践中规范日常行为,通过化学教学提高学生的实践能力的同时,减少实验的危害性,增强了安全性,在改良传统实验课程的同时,探索了更先进、科学的实验方法,有助于化学课程的研究和发展,有利于化学的推广和进步。
绿色额化学理念的推广在客观上刺激了现代化学的发展。有利于改良传统实验方法,改良制作工艺,提高资源利用率和推广无污染、环保材料的使用。在客观上刺激了化学实验的改良升级,提倡更加科学、规范、环保的实验。绿色化学理念的传播,推动了现代化学的发展和变革[1]。
二、传统化学教学中面临的问题
学校条件有限,化学实验设施简陋,规范性差。部分学校的规范性建设上较差,为了开设实验课而开设,没有规范的实验设施条件,缺乏合格的化学老师,实验步骤不够规范等等,都容易导致实验过程发生意外。实验的不规范性、不科学性,不仅影响实验效果的呈现,也会造成实验材料的浪费和环境的污染。
传统化学教学中对绿色化学认识不足。传统化学教学中,教师更重视理论知识的传授,没有对学生的意识、素质的培养方面进行引导。有的学生甚至不知道绿色化学的概念。可见传统化学教学对绿色化学的认识和重视程度不够,没有将这一理念贯穿于讲学中,更没有将绿色化学融入教学环节,学生对此没有概念,绿色化学传播范围狭小。
化学实验中过程中,会接触到有毒有害物质。传统化学实验,缺乏绿色化学观念,在实验中,对实验涉及的化学材料不够重视,对有毒有害物质的防范不够规范,缺乏科学、严谨、规范的制度约束。在实验中很容易造成受伤或危害环境的事情发生[2]。
三、如何在高中化学教学中推广绿色化学理念
1、重视绿色化学理念,提高学生绿色化学意识。在高中化学教学中,将绿色化学理念渗透到高中化学教学中的各个层面,教师尤其要明确绿色化学理念的重要性对当前经济社会转型,减少污染、减少能耗,经济社会可持续发展的重要意义。教师在传输知识的同时,要以身作则,引导学生理论与实践相结合,引导学生在实际生活中要减少有害物质的使用,使用无害环保的物质,例如减少一次性方面袋,使用可降解包装袋等行为,倡导学生保护环境,保护资源。
2、在实验过程中对实验生产物质和实验废弃物进行分类处理,严防环境污染。在实验过程中,难免有废弃物的产生,这些物质的处理必须科学、严谨的分类处理,可以分类回收的进行回收,不能回收的要科学、合理、规范的处理,严防环境的污染。
3、改良传统化学实验,降低实验的危险性。严格按照实验的步骤和规范进行实验操作,对传统实验中不合理和不科学的地方进行改良。对实验步骤进行严格要求,规范化学生操作,对实验的场地空间、实验设施、教师配备进行严格要求和考量。对于危害性大和毒性较大的实验材料进行禁用和限用,能替换进行替换。尤其危险性大的实验必须在教师的监控下进行实验。
4、理论与实际相结合,引导学生在日常生活中坚持绿色理念。引导学生将绿色化学理念待入生活,在生活中也使用环保、无危害的产品。例如使用不含氟的牙膏,使用无磷的洗涤产品、不使用一次方面袋、垃圾分类回收等等。在学生意识中培养环保的理念,形成绿色化学的行为习惯,顺应时代的发展,增强社会责任感。
5、引导学生合理利用资源,减少资源浪费。无论在教学中还是实际生活中,尽量减少化学材料的使用,多次循环利用,减少资源的浪费。尤其在教学实验中,规范操作,控制好化学材料的用量和比例,根据实验需求领取材料,将化学实验材料分种类合理放置,将剩余材料进行回收,减少不必要的浪费[3]。
四、结语
目前我国正出处于经济转型的战略时期,同时我国倡导和建设资源节约型、环境友好型社会,主张可持续发展战略,绿色化学理念正是顺应这一时代要求。在高中化学教学中传播绿色化學理念是时展的需要,也是现代化学发展的需要,也是培养未来新人的需要。在高中化学教学中传播绿色化学理念,提高学生环保意识,有利于在全社会形成节约资源、保护环境的意识,产生良好的经济效益、生态效益。
参考文献
[1]尹博,钟克利.高校化学教学中绿色化学理念的渗透与探究[J].才智,2016,(08):143-144.
[2]陈默.浅析“绿色化学”理念在高中化学教学中的应用[J].中国校外教育2014.(05):152-154.
[3]于湛英.浅谈高中化学教学中渗透绿色化学思想[J].生物技术世界,2015,(09):209.
关键词:绿色化学;途径;化学实验
化学是一门与我们生活息息相关的学科,更是与我们生活环境的安全性相联系的学科,化学实验是提高学生对化学课程的理解的重要途径,所以,绿色化学的提出是非常必要的,是人类与自然和谐相处的重要理念。
一、什么是绿色化学
绿色化学,又被称为环境无害化学或者是环境友好化学。通过绿色化学,能够让我们国家的发展在刚开始就采用了防止环境污染的手段,从而在促进社会发展的同时保护好我们的环境。绿色化学推动了我国化学实验的改革,强调了实验过程中排放物的无毒、无害、无污染,最终实现零排放。这样的观念深入,对于促进我国的和谐发展以及可持续发展具有重大意义。
二、在高中化学实验中培养绿色化学观的教育途径
1.要有效处理实验过程中的废弃物及排放物
在我们的高中化学实验课程中,我们一定要有效地处理实验中产生的废弃物以及排放物,通过将不同实验相互联合起来,可以做到上一个实验的产物是下一个实验的反应物,这样一来,不仅能够节约化学药品,同时还能够减少不必要的废弃物的产生及排放,最终达到了节约资源和环保的目的,提高了学生绿色化学的意识。
2.规范学生的化学实验操作,提高实验效率
化学实验之所以会有浪费出现,主要是因为实验并非一次性就能够成功的,而是经过多次的探索和实验才能够得到结果的。那么,这就要求我们的学生能够掌握好正确的实验操作步骤,从而提高实验过程的精确性,提高实验过程的准确度,提高实验结果的有效性,最终提高实验的效率。同时,教师在安排实验的同时一定要合理地安排实验内容,尽可能做到实验室的安全性,达到绿色化学的教学目的。
3.寻找实验原料替代品
在我们的高中化学实验课程中,往往会用到一些有毒、有害的化学物质,为了减少化学物质的危害,我们可以寻找具有相同效应的,但毒性较弱的替代品,从而提高实验过程中的安全性,并同时减少实验中对环境的危害。
绿色化学是为了保护好我们的生活环境所提出的新概念,在高中化学实验教学中一定要渗透其理念,这样才能够全面提高学生的化学素养。
参考文献:
【关键词】绿色化学;环保;教育现状;未来发展
一、绿色化学教育的必要性及重要性
21世纪是绿色文明的世纪,绿色科技将成为21世纪适应于可持续发展要求的主导。不同于传统科技,绿色科技具有综合化与生态化的显著特点。绿色化学正是给21世纪绿色产业、绿色消费和绿色文明带来希望的绿色科技。近几个世纪中,已错过多次现代化发展的我国,必须紧紧抓住这一机遇。这便需要千千万万具有绿色知识、懂得绿色化学技术和知识的人才坚持不懈的努力,而绿色化学人才的培养离不开绿色化学教育。
绿色化学教育是当代学生素质教育的重要内容。绿色化学教育是化学教育的前沿,又是化学教育发展的必须。具有绿色化学的常识,也是建设我们未来美好家园的保证。绿色化学教育是对传统的化学教育思维方式的更新和发展。在具体教学中,应培养学生树立绿色化学的思维方式,用“5R”原则来考虑化学反应问题,在绿色化学教育与实践中,化学教育必须体现绿色化学的新内容,要在课程教材中体现绿色化学的理念,在课堂教学、实验中,要始终贯穿绿色化学的思想,树立环境保护的意识。
二、以高中化学课程标准为依据倡导绿色化学教育
1.立足显而易见的绿色化学内容,进行绿色化学教学设计
在多种版本的化学新教材中都包含了非常明显的绿色化学内容,比如鲁教版 《实验化学》 教材末尾处“主题拓展从实验室到工厂——化工过程开发”,不仅将实验室仪器与工厂设备联系起来、将科学研究与生产实践联系起来,还对绿色化学进行了正面介绍。人教版 《化学2》(必修)最后一章直接以“化学与自然资源的开发利用”为题目,其第二节专门以“资源综合利用 环境保护”为题,本节第二部分更是以“环境保护与绿色化学”为标题对绿色化学进行了正面介绍。教材的这种设计使绿色化学的思想更加明确化和系统化,教学中应立足这些显而易见的绿色化学内容,进行绿色化学教学设计,开展绿色化学教育。
2.努力挖掘教材内容潜在的绿色化学思想
教材中除了有明显“绿色化学”提法的内容外,还有许多内容包含绿色化学的思想和观念。例如,在讲有机化合物塑料时,以废弃塑料的回收利用为例,让学生讨论其可能的途径,认识化学对废旧物资再生与综合利用的作用;在讲化学反应与能量这一主题时,结合燃料燃烧效率的提高、高能清洁燃料的开发和新型燃料电池的研制,安排一些调查与交流活动,提出合理化建议。通过这样的教学设计,可以让学生意识到资源的循环利用、能源的优化应用以及环境的源头治理对可持续发展的意义。此外,还有许多可以充当绿色化学教育素材的内容,比如当学习氮和硫的氧化物时,让学生讨论减少大气污染物的原理和方法;当涉及到土壤污染、白色污染、废水处理等内容时,让学生讨论防治方法,体会化学对环境保护的意义;在介绍温室效应和全球气温变暖的主要原因时,可以补充二氧化碳被压缩成为超临界流体时可以作为一种优良的绿色化学溶剂。教学中要努力挖掘这些内容潜在的绿色化学思想,适时对学生进行绿色化学思想和观念的教育
3.实验教学中渗透绿色化学思想,培养学生的环保意识
化学实验的绿色化是 《化学课程标准》 的要求,也是化学学科发展的要求。在不同课程模块实验教学中渗透绿色化学思想、培养学生可持续发展的环保意识,也是进行绿色化学教育可操作性最强、效果最明显的途径。
对一些实验成本高、危险性大、污染较重的实验,比如氨溶于水的喷泉实验、碱金属铷和铯与水的反应、爆炸实验、黑面包实验等,可以考虑通过视频影像、flash 动画等手段利用计算机多媒体系统加以呈现,化学实验仿真化不使用化学原料、无毒无污染、成本低,与绿色化学思想相吻合。但仿真实验不能取代实际操作,一是实验仿真化需硬件条件支持,只适合经济较发达、配备多媒体系统的学校;二是仿真不能取代实际反应,仿真也不能取代动手操作,因其不能提供学生基本的实验技能训练,与提高学生科学素养、推行素质教育的宗旨相违背。但适度使用仿真实验对于快速高效地向学生解释实验原理还是非常有效的。高中化学教学中有不少实验采用的原料或产物有一定毒性,可以考虑采取封闭的方式进行绿色化改进。如二氧化硫、二氧化氮等的性质实验,就可以利用医用注射器将实验设计为封闭实验,防止有毒物质逸出或渗漏。也可以把有毒气体的制取和性质实验两套装置合二为一,采用连续性实验的方式进行绿色化设计,降低有毒气体逸出的几率,获取较好的环保效果。此外,实验中剩余药品、实验产物等注意回收利用和无害化处理,不能随意丢弃;在有氯气、二氧化氮、二氧化硫等有毒气体参与的反应中,向学生强调尾气处理、防止污染大气的重要性,使实验教学真正成为渗透绿色化学思想、培养学生环保习惯的良好契机。
三、绿色化学教育的发展趋势
化学教育工作者要树立可持续发展的观念,使绿色化学思想、内容从基础教育贯穿到高等教育,让学生了解绿色化学,树立绿色意识,培养学生在实验的操作、运用、开发等方面,多从绿色化学的角度来思考;从绿色的角度来说,中学化学很多物质的制取、化学工艺等等都值得重新考虑。这给改革课堂教学,培养学生的创新能力和创新精神提供了一个良好的契机。
绿色化学不但有重大的社会、环境和经济效益,而且说明化学的负作用是可以避免的,显示了人的能动性。绿色化学不是把人看成是自然的主宰者,而是看作自然界普通的一员,追求的是人对自然的尊重,人与自然的和谐发展。人类在向自然界索取、创造富裕生活的同时,不能以牺牲人类自身生存环境作为代价。作为新世纪的一代,我们不但要去了解绿色化学,接受绿色化学,更应为绿色化学发展做出应有的贡献。
参考文献:
[1]孙同明.新课程理念下高中绿色化学教育研究[J].教育研究与实验. 2009(S2)