化学实验教学与实践中的环保策略

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关键词:化学实验;环境影响;环保策略;探索

1化学实验教学环保策略及其实现探讨的必要性

随着世界经济的高速发展，环境问题如雾霾、酸雨及土壤酸碱度改变也更加严重。化学是一门以实验为基础的科学，实验也是学习化学的主要途径。从中学到大学，在化学课程的教学过程中，实验课程占到了很大的比例。由于实验目的和类型的不同，会使用到各种各样的化学试剂，对应的实验室排放的污染物种类也更加多样化。从污染物种类来看，主要有有机污染物和无机污染物。有机污染物包括了苯、甲苯、乙苯、甲醛、乙醛、苯酚、吡啶等。无机污染物主要包括重金属、强酸、强碱等。不管是有机还是无机污染物，大都具有“三致效应”，并且具有长远的危害性。从污染物形态来看，主要有大气污染物、水体污染物和土壤污染物。大气污染物主要包括实验排放的诸如氯气、二氧化硫及氨气等有毒或强烈刺激性气味的气体，二氧化硫也是雾霾形成的必备成份之一。造成水体和土壤污染的主要来源为废水和废渣的肆意排放，与化学实验相关的废水主要有废酸、废碱和重金属盐溶液。化学实验产生的污染物一旦进入大自然当中，很难自然降解，并且会通过食物链危及到人类的身体健康。因此，对化学实验及其教学中的环保策略及实现途径进行探讨有其现实意义。

2环保策略及途径探讨

关于化学实验教学和实践的绿色化探索，人们已经做了相对较多的工作，借鉴前人的成功经验，并结合多年的实验教学实践，提出实现化学实验绿色化的策略及途径，以期与同行交流。

2．1加强环境教育，提高环保意识

环保意识只能是客观存在的环境知识的反应，环保意识的产生，必须建立在一定环境知识的基础上。人们只有对环境保护知识有了一定的掌握和了解，才可能具有相应的环保意识。当代人的现实生活都处于一定的外部环境中，因而要树立一定的环保意识必须掌握基本的环境知识［1］。在教学过程中，当涉及环保知识时，教师应向学生进行环保教育。在教学中可适当补充一些相关内容，介绍一些实例来加深印象，拓宽视野［2］。如在讲解氮的氧化物及二氧化硫的回收处理时，提出一些问题让学生思考。比如说，在实验过程中可能会产生二氧化硫、硫化氢、一氧化氮、二氧化氮等废气，为了不使这些气体扩散，你用什么方法将它们分别除去，又怎样利用这些废气制得有用的化工产品使他们懂得如何将废弃物回收再利用，这样不仅环保而且还能节约资源，在组织学生讨论的基础上最后引导学生归纳总结出:对于酸性物质，一般可用碱吸收;同理碱性物质通常用酸液吸收。这样可以让学生了解减轻环境污染的原理，还能使他们懂得减少污染，变废为宝，让学生体会到学习化学的意义。环保教育要课内外相结合。教师应引导学生经常注意有关环境保护的宣传画、标语等，观看有关环境保护的电视、书刊、杂志等，还可以让他们收听广播等，凡是诸如此类的细节问题，只要仔细观察、善于利用，就可以将环保意识渗透到学生的心灵，从而达到培养和提高学生环保意识的目的。

2．2完善实验室规章制度，做好实验室建设

各实验室的相关规章制度应置于醒目位置，规章制度包括:化学药品安全管理规定、化学药品及仪器正确使用原则、废弃物回收处理操作指导等。在进行化学实验时，教师必须认真履行岗位责任制。学生要遵守操作规程，学习和掌握必要的急救知识和事故处理方法。对可能引起环境污染的因素和影响安全的隐患要及时清除，做到防患于未然，以免造成不必要的后果。

2．3实验室具有良好的通风条件

通风柜作为局部通风装置，在实验室中有着举足轻重的作用。我国大多数中学乃至大学均采用安装封闭隔离罩的方式进行实验通风，这种方式的优点是可以迅速将作业台面上的有害气体排出［3］，对于达不到标准的实验室通风设备，要及时改进、升级或更新，给实验人员提供一个良好的实验环境。

2．4化学药品与仪器的正确使用

绿色化学实验对化学品的使用原则是不用危害品，减少用量，循环使用，重复使用［4］。药品和仪器的放置地点要配置有效的消防安全设施。化学药品储存的地方应保持通风，温度和湿度适宜。危险化学品应按有关规定储存。应有安全负责人员。学生在做化学实验之前领取实验药品仪器时应按实验操作指导文件，实行定量化原则。实验完毕后对实验废弃物进行回收，对实验仪器进行清洁处理。在对实验废弃物进行回收时，需要注意:(1)使用统一类型的储存容器(与其它试剂瓶、药品瓶区别开)、使用统一颜色的标签(醒目)。应标明种类、成分、收集时间、收集人姓名。(2)储存容器要洁净，密闭保存，防止有害物质逸出。(3)严禁废弃物混合储存，防止产生新的有害物质或酿成事故。(4)废弃物储存容器应放在指定的场所，避光，远离热源。(5)废弃物(包括废弃药品瓶、试剂瓶)应在规定的时间内进行处理。

2．5实验室“三废”的妥善处理

实验室“三废”包括液体、气体、固体三类。减少实验室“三废”应从源头做起，开展全过程的“三废”管理。实验室应有具体的排污管理方案，使“三废”处理更加规范化［5］。(1)废气的排放。使用有毒、对环境污染严重的气体，应按需使用，若使用不完则采取回收或其他方法减少其排放量，有毒气产生的实验应该在通风橱中进行，这样可使室内的有毒气体排入上层大气中，以保护实验人员的身体健康。(2)废液处理。值日生或实验人员应将实验过程中产生的废液收集起来，将它们置于废液桶。实验结束后按废液的性质进行回收并定期送到指定的废液处理单位进行处理;对清洗仪器产生的废水，应由实验室内的排水系统集中回流到一个中和缓冲池中，进一步降低其对环境的污染，再将其排放。(3)废渣处理。实验过程中产生的废渣要统一收集，按其危害性、毒性等情况采取相应的措施，尽可能减其毒害性，再统一处理。

3化学实验的微型化与绿色化

为了减少化学实验对环境的污染，应尽量尝试对化学实验的微型化与绿色化［6－7］，以尽可能少的化学试剂来获取所需化学信息。虽然在微型化学实验中化学试剂用量一般只为常规实验用量的几十分之一乃至几千分之一，反应时间也大为缩短，但其却可以达到效果的准确、明显，实验的安全、携带的方便和防止环境污染等目的［8］。在化学实验中，有些实验存在安全隐患，有些操作困难，甚至有的偏远山区中学由于条件限制，学生根本没机会做实验，根据微型化学实验的安全节约原则，教师可以带领学生选择性自制实验仪器，并进行一些探究性实验和家庭实验，这不仅能帮助学生理解化学概念，还能培养学生的观察动手能力，大大激发学生的学习兴趣。微型化实验具有节省试剂、减少污染、快速、安全等特点，所以化学实验的微型化是我国中学乃至大学化学实验改革的方向之一。化学实验微型化的主要途径有减少反应物用量和实验装置的改进。

3．1减少反应物用量

在教学过程中，无论是教师演示实验还是学生自己动手做实验，都不同程度存在只注重实验现象而忽略反应物的用量和实验废弃物的处理问题，这样不自觉会冲淡学生环保意识和实验简约化的原则［9］。多年来，化学实验工作者在进行化学实验时，药品的用量均以常规量进行。为了达到实验微型化，减少化学实验污染物的排放，在化学实验中，实验者必须转换观念，尝试在不影响实验结果和实验现象观察的情况下对实验的反应物用量进行控制［10］。(1)对于只需观察实验现象的实验，应将反应物用量控制在有明显现象即可。如金属间的置换、酸碱指示剂的显色反应、过滤、溶解等基本实验操作都可以在反应物用量上进行控制。例如钟国清［11］开展了滴定分析化学实验的小量化和减量化改革与实践，实验结果表明，减量化滴定能够达到常量滴定分析要求的精密度与准确度，可以满足滴定分析实验的教学要求，有利于培养学生严谨的科学态度和认真细致的工作习惯，使学生树立绿色化学思想和环保意识，同时大幅度降低实验消耗、节省实验经费，全面提高人才的培养质量和效益。(2)物质的制取和性质实验同时进行，这样既能节约试剂，又能减少污染，从而达到节约资源，实现绿色环保的目的。比如氯气的制备及其性质实验:①制取氯气。在微型烧瓶里加入少量高锰酸钾粉末，由分液漏斗向烧瓶中加入浓盐酸，使反应进行(用排饱和食盐水法收集);②现象观察。可看到集气瓶中有黄绿色气体产生。制取和颜色观察同时进行，既减少了药品用量也减少了有毒氯气的排放量，从而减少了对环境的污染。(3)以低污染、低值的物质作为实验用品。如氧气性质实验中可以用双氧水代替反应物，进行一定量物质的量浓度溶液的配置实验时，可以选择小的容量瓶等。

3．2改进实验装置

在化学实验教学中，实验者要积极在实验内容、方法以及仪器装备等方面实现化学实验的整体微型化。应大胆尝试实验药品代用品，自行设计制作一些小巧实用的微型仪器或装置来进行常规实验的微型化改进［12］。李世权［13］将注射器用于空气中氧气含量的测定，按照人教社中学化学课本上的实验装置测定空气中含量时，存在以下问题:容器较大，如果将其容积5等分存在一定误差，从而导致实验测得的含量不准确;所需红磷较多;水位上升位置误差较大，李世权的改进实验实现了空气中氧气含量测定实验的微型化。朱心奇［14］巧用滤纸做酸、碱指示剂作用的实验，将滤纸裁成条状平放在玻璃板上，滴加不同的试液，晾干后即可得到相应的试纸，在做酸、碱指示剂作用的实验时，把滤纸裁成1cm2见方的小块放在玻璃片上，滴上酸或碱，再滴上相应的指示剂，即可看到颜色的变化，实验现象更加直观，改进后只要几滴即可完成从而也节约了试剂。

3．3开展微型绿色化学实验遇到的问题

在化学实验中实现化学实验的微型化具有现实意义，它既可以节约试剂，也可以减少化学实验对环境的污染，但在开展微型绿色化学实验的过程中存在以下问题。(1)化学实验装置的微型化与药品用量的微量化会使微型化学实验在操作上与一般实验不同，所以微型化学实验在培养学生基本操作技能方面存在一定的局限性。(2)微型化学实验与一般实验仪器差别较大，教师在指导微型化学实验时一定要注意实验条件的探索。比如微型塑料型仪器不能加热，因为塑料本身能与一些化学试剂发生反应而使其应用受到影响。

4虚拟仿真实验平台的建设及应用

化学类虚拟仿真实验平台的建设及应用可以改善化学类专业的实验教学中试剂消耗大、成本高、实验条件苛刻、难以进行真实实验及克服实验潜在风险等缺点，实现实验教学的“立体化”，在提高学生的学习兴趣和拓宽学生的知识受益面的同时，减少了化学实验排放物环境的污染。当然，虚拟仿真实验平台的建设需要大量的财力支持，不具备此条件的学校，尤其是中学，可以与相关平台建设学校达成使用协议，实现网络资源共享，达到实验的目的。多媒体网络技术利用计算机对文本、图形、声音、动画等多种信息综合处理，建立逻辑关系和人机交互作用的技术。将PowerPoint，Flash等软件应用于化学实验，能使文本、图形、声音等多媒体信息二次有机结合在一起，使其具有简便、灵活及人性化的界面，以提高演示实验的真实性，生动性，实现人机互动。除可以借助多媒体网络技术完成一些有毒、危害性大、污染严重的实验［15］外，也可以利用多媒体技术对特定装置和操作复杂的实验进行微课模拟［16］，让学生先进行模拟操作，然后再进行真正的实验。多媒体技术在化学实验中，起到对学生进行化学知识和实验操作技能的演示教学作用，有利于培养学生创造能力，解决问题的能力，让学生在在多媒体“实验室”中畅游，发挥各自的才能，去探索化学世界的实验。计算机对不同方法所产生的不同现象都会模拟，并对正确判断给予正确提示，有利于培养学生的创新精神以及创造能力［17］。

5结语

化学是一门实验学科，化学实验是培养全面化学人才的最有效的场所，它贯穿于中学及大学化学教学的全部。在当前全球环境污染问题日益凸显的情况下，本文从加强学生环保意识，建设绿色化学实验室，应用微型化学实验，在化学实验中引入多媒体技术等方面就加强化学实验教学及实践中的环保策略及途径进行了探讨，这对于培养学生良好的实验习惯，强化化学实验中的环保意识，树立绿色化学观念，减少化学实验对环境污染有重要的意义。

参考文献(References):

［1］商文英．中学化学实验对环境的影响及防护与学生的环保教育［J］．环保科技，1995(1):38－41．

［2］李庆文．浅谈高中化学教学与可持续发展观教育［J］．新课程学习(中)，2011(11):1．

［3］边贵荣，李建民，崔国辉．现代化学实验室的建设探索———实验室的改造、实践与探索［J］．中国医学装备，2004(4):23－24．

作者：李志锋 张树巧 王晓峰 杨筱平 单位：天水师范学院