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浅析在高中化学实验教学中如何科学培养学生的绿色化学观

2020-05-12李丽芳

考试周刊 2020年30期
关键词:高中化学实验教学

摘 要:实验是高中化学教材的重要组成部分,与学生的化学核心素养培养联系密切。在环境污染加剧的趋势下,高中化学教学需引入绿色化学观,引导学生预防化學污染。本文从绿色化学观的内涵入手,以山东科学技术出版社出版的高中化学教材为例,阐述实验教学中学生绿色化学观的培养。

关键词:高中化学;实验教学;绿色化学观

一、 前言

高中化学实验的原材料不可避免地涉及有毒物质,实验产生的废弃物也含有强酸或强碱等物质,会对师生的身体健康及周围环境造成危害。高中化学教师需在实验中注重学生绿色化学观的培养,规避化学实验对环境与人体的不良影响,以绿色化学实验的方式学习化学知识。

二、 绿色化学观分析

绿色化学是有效解决化学污染的途径,该理念主张化学实验反应产物与最终产物的无污染,也注重化学药品的最大化利用。在本质方面,化学反应是离子交换产生新物质的过程,绿色化学要求在化学反应中,不存在无用的离子,确保每一个离子有效应用,减少化学物质的浪费现象。在化学教学中,教师可通过实验的合理设计与实验操作的规范等手段,保障化学反应的无害化与绿色化。基于高中化学实验的复杂性与多样性,高中阶段是学生绿色化学观念的最佳培养时期。就理论角度而言,绿色化学观有两项内涵,分别是绿色化学价值观与绿色化学教育观。

绿色化学的价值观是指学生对高中化学实验及环境的准确认知,要求学生在进行高中化学实验时,可明确实验中会对人体造成损害、会引发化学污染的药品,并要求学生掌握化学药品的合理处理方式,规避其对人体造成的损害,减少化学污染。

绿色化学的教育观是指教师需将绿色化学观引入高中实验教学中,使学生认识到绿色化学的落实不仅是化学行业工作者的责任,也是学生及全社会群众的责任,引导学生在开展化学实验时,树立将化学对人体、对生态环境造成的影响降到最低,实现人与自然和谐共处的理念。

三、 高中化学实验教学中学生绿色化学观的培养策略

在高中化学实验中,部分教师对绿色化学观的认识不深入,仍旧在实验中应用大量的化学药品与有毒有害物质,化学药品浪费现象严重,极易引发化学污染。基于绿色化学观的重要性,高中化学教师需提高对绿色化学观的重视,在高中实验教学中引入绿色化学观,并引导学生落实该理念,改进高中化学实验存在的浪费与污染问题。本节以山东科学技术出版社出版的高中化学教材(下文简称“鲁教版高中化学教材”)为例,阐述实验教学中学生绿色化学观的培养策略,为高中化学教师提供实践参考。

(一)规范学生实验操作

在化学实验中,规范的实验操作是指在实验过程中,对实验仪器的精准选择与操作,对实验材料的精准测量,减少实验中废弃物的产生,减少化学污染。同时,规范的化学实验操作,还可降低对实验仪器及实验材料的损害,降低实验事故出现的概率,保障实验安全。在鲁教版高中化学教材的实验中,涉及气体的实验较多,存在“闻气体”的实验操作。由于高中化学实验应用有毒或易燃气体,教师需规范学生的“闻气体”操作,保障实验安全,控制化学污染。

就有毒气体而言,教师需在实验前讲解有毒气体的危害,并指出“闻气体”的规范操作,即:应用密封容器装有毒气体,并在闻气体时打开一个小口,以手扇的方式“闻气体”,不可直接打开瓶口,引发有毒气体的大量泄露,造成严重的化学污染。同时,在应用有毒气体前后,学生需做好气体装置气密性的检查,避免实验过程中有毒气体出现泄漏现象,或者由于气体装置损坏导致实验失败,浪费实验材料。在上述有毒气体的实验操作中,也适用于高挥发性的化学溶剂处理。例如,在实验中涉及高挥发性有机溶剂苯时,学生需保障实验室的通风,避免有毒物质浓度过高,对学生造成不利影响。

就易燃气体而言,在开展气体燃烧实验时,需保障气体的纯度;在进行有毒气体的制备实验中,如一氧化氮、二氧化硫等,需在制备所用的化学装置后安装尾气吸收装置,用于收集尾气,避免废气挥发,引发安全事故。可见,通过化学实验操作的规范,可提高学生对安全绿色实验的重视,引导学生树立绿色化学理念。

(二)引入微型化学实验

微型化学实验是指使用微型的化学仪器与少量的化学药品。在传统的高中化学实验中,教师为学生提供充足的化学实验材料与大中型化学仪器,学生在开展化学实验时,应用的材料较多,产生的有害物质也多,造成较为严重的化学污染。但在减少化学药品用量时,较大的化学仪器难以准确观察化学现象,不能取得理想的化学成果。就此,高中化学教师可通过化学仪器与化学药品的缩小处理,在保障化学实验成果的同时,减少化学污染的出现,使学生在实验过程中发展绿色化学观。

以碳还原氧化铜实验为例,教师可将传统的反应仪器替换为小型仪器。例如,某教师选用长度为20cm、直径为4cm的玻璃管与小型试管;要求学生在实验中称量0.1g CuO、0.01g碳粉、2mL石灰水。具体的实验步骤如下:将玻璃管截断为相同的两段,一段制作为导管,一段利用酒精灯封口,作为小型试管;将称取的0.1g CuO和0.01g碳粉置于小型试管中,以倾斜方式置于操作台上;以抖动方式控制试管,使试管内药品均匀置于小型试管底部;通过胶管连接小型试管与导管,在管内通入石灰水,用酒精灯加热试管,观察实验现象。在上述实验中,教师将实验材料的使用量减少90%,可显著减少产生的有害物质,培养学生的绿色化学观。同时,上述实验中实验材料均为自制,可有效培养学生的动手能力,促进学生全面发展。

(三)引入绿色化学实验

在高中化学实验领域,绿色化学是指通过化学实验材料、仪器的更换,减少化学污染的化学实验。在化学实验教学中,高中教师可通过以下三点引入绿色化学实验,发展学生的绿色化学观。

第一,更换化学实验的材料。在高中化学实验中,部分实验会应用污染性较强的实验材料,引发化学污染。基于绿色化学观,教师需在化学实验教学中更换实验材料,引入无污染或污染较小的实验材料。例如,应用四氯化碳替代石油醚;应用三氯甲烷替代三氯乙烯等。

第二,更换化学实验的仪器。在高中化学实验中,仪器是实验的关键载体,教师可在部分化学实验中,用废旧材料替代仪器,培养学生的环保理念,树立绿化化学观。例如,在部分化学反应中,可用塑料瓶替代反应容器;在应用点滴板时,用塑料板替代。

第三,更换化学实验的催化剂。在高中化学实验中,催化剂是应用频率较高的化学物质。部分催化剂存在毒性,教师可将其更换为无毒或毒性较小的催化剂,引导学生开展绿色化学,培养其绿色化学观。

另外,在高中化学实验中,针对部分化学药品用量大,极易引发材料浪费;或应用有毒有害气体,易引发严重化学污染,且教师难以采取有效更换方式,减少化学药品用量或有毒有害气体的化学实验。教师可利用仿真模拟系统,以微视频的形式呈现化学实验,为学生营造身临其境的感觉,使学生通过观看微视频,了解实验操作要点,观察实验现象,获得化学知识。在这类化学实验教学中,可有效防止材料浪费、化学污染现象,也是绿色化学实验的一种实现途径。

(四)设计综合化学实验

在高中化学实验中,造成化学污染的化学废弃物难以避免。教师可在教学中,设计综合化学实验,将某个以化学废弃物为原料的实验与产生该化学废弃物的实验联合,组织学生开展综合实验,有效处理化学废弃物,减少实验材料的浪费现象,控制化学污染,培养学生的绿色化学观。例如,对于高中化学实验产生的低浓度的含酚废液,教师可在废液中添加NaClO3或漂白粉,将废液中的酚氧化为二氧化碳和水;对于高中化学实验产生的高浓度的含酚废液,可组织学生通过乙酸丁酯进行萃取,再添加氢氧化钠,调节溶液的pH值,实现反萃取。

就此,在开展高中化学实验教学时,教师可打破教材的局限,结合实验特征,遵循绿色化学观念,设计综合化实验,将实验产物与实验原料相关的两个实验整合,在第一个实验产生废弃物后,通过一定处理措施,转变为第二个实验的原料,引导学生在实验操作中,发展绿色化学观。

(五)合理处理实验废弃物

在高中化学实验教学中,部分学生为迅速结束实验,在处理实验废弃物时,直接将有毒有害物质丢在垃圾桶或下水道内,甚至有学生将液体泼在地面,极易引发化学污染。针对该现象,高中教师在开展化学实验教学时,需引导学生合理处理实验废弃物。对于可回收的物质,教师可组织学生应用合理方法回收再利用。以“氢气在氯气中燃烧”实验为例,针对实验中剩余的氯气,教师可组织学生用气球进行收集,避免氯气在空气中扩散,影响人体健康;针对实验中产生的氯化氢气体,可通过水进行吸收,为后续应用氯化氢溶液作为原料的实验提供原材料,实现化学实验物质的循环再利用,培养学生的环保意识,树立绿色化学观。

同时,在高中化学实验中,教师需做好实验室管理工作,在规范化学废弃物处理的同时,规范学生的仪器处理。例如,某教师在开展高中化学实验时,将学生划分为若干个小组,每小组在实验结束后,依次检查其他组的仪器处理效果,发现一个问题,给予该组同学一定的奖励;如果教师在后续检查中,发现各小组均未发现的问题,给予全班学生惩罚。通过上述管理机制,显著提高学生对绿色实验处理的认识,引导学生树立绿色化学观。

四、 结论

综上所述,绿色化学观的培养可提升高中化学实验教学的有效性,促进师生的共同进步。通过本文的分析,高中化学教师在开展实验教学时,需规范学生的实验操作,引入微型化学实验与绿色化学实验,设计综合化学实验,合理处理化学废弃物,推动高中化学的绿色化与可持续发展,引导学生践行绿色化学观,培养学生的环保理念。

参考文献:

[1]王彬.在高中化学实验中培养绿色化学观的教育探索[J].學周刊,2019(1):39.

[2]连莉莉.核心素养背景下高中化学绿色实验教学探究[J].科学咨询:科技·管理,2019(10):164.

[3]张香.高中化学绿色实验教学策略应用探析[J].名师在线,2019(20):44-45.

[4]张细妹.STSE教育视角下高中化学绿色主题教学应用探究[J].名师在线,2018(24):87-88.

作者简介:李丽芳,福建省南平市,武夷山市第二中学。

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