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綠色化學(xué)是世界科學(xué)可持續(xù)發(fā)展的需要,自1995年,由中國科學(xué)院化學(xué)部確定了《綠色化學(xué)與技術(shù)》的院士咨詢課題以來,我國的綠色化學(xué)也逐漸活躍起來。近幾年,隨著環(huán)境污染的日益加劇,生態(tài)環(huán)境的不斷惡化,人們越來越關(guān)注污染問題,綠色化學(xué)觀點的提出,讓許多與化學(xué)息息相關(guān)的行業(yè)都積極響應(yīng)。面對學(xué)術(shù)界綠色環(huán)保的方興未艾,作為化學(xué)教育工作者,除了具有扎實的基礎(chǔ)知識以外,還應(yīng)將環(huán)境污染、保護、治理等作為自己的研究方向。將綠色化學(xué)的理念根植于心,牢固樹立可持續(xù)發(fā)展的觀念,“計利當(dāng)計天下利,求名應(yīng)求萬世名”,正確處理可持續(xù)發(fā)展和綠色環(huán)保的關(guān)系,將綠色化學(xué)的十二條原則始終貫穿于化學(xué)教學(xué)實驗全過程之中,從一點一滴入手,培養(yǎng)并傳播綠色化學(xué)的理念,綠色化學(xué)強調(diào)的是原子經(jīng)濟性,即在獲取新物質(zhì)的化學(xué)原料中,充分利用每個原料原子,實現(xiàn)“零排放”,既充分利用資源,又從根本上解決污染物排放問題,讓這種理念時刻伴隨學(xué)生,隨著知識的積累而得到傳承和發(fā)展。在傳授學(xué)生知識的同時,還要引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識科技發(fā)展的負(fù)面性:若保護不好環(huán)境,發(fā)展也會受到嚴(yán)重制約。在課堂上,教師可以提出關(guān)注較為廣泛的問題進行討論,比如:40年代初期發(fā)生在美國洛杉磯市的“化學(xué)煙霧事件”。光化學(xué)煙霧是大量碳?xì)浠衔锖蛽]發(fā)性有機物在陽光作用下,與空氣中其他成分起化學(xué)作用而產(chǎn)生的。這種煙霧中含有臭氧、氧化氮、乙醛和其他氧化劑。在1952年12月的一次光化學(xué)煙霧事件中,洛杉磯市65歲以上的老人死亡400多人。由此引出我國社會關(guān)注度較高的問題——霧霾的成因。光化學(xué)煙霧主要為氣態(tài)污染物,而霧霾則是大氣顆粒物,然而光化學(xué)煙霧最終生成大量的臭氧,增加大氣的氧化性,這導(dǎo)致大氣中的二氧化硫、二氧化氮被氧化并逐漸凝結(jié)成顆粒物,從而增加PM2.5的濃度。也就是說,光化學(xué)煙霧可能成為霧霾的來源之一。因為這種討論與我們每個人生活都息息相關(guān),積極指導(dǎo)學(xué)生開展與化學(xué)相關(guān)的綠色環(huán)保行動,這既有利于知識的鞏固,又能增強學(xué)生的環(huán)保意識,使學(xué)生明白,我們生活的地球處處需要保護環(huán)境。
二、嘗試探索創(chuàng)新,推廣綠色實驗
眾所周知,很多化學(xué)知識都是以化學(xué)實驗引入并且加以驗證的,實驗是化學(xué)教學(xué)中的重中之重,如果能在基層教學(xué)過程中,大力推廣綠色實驗,勢必會將綠色化學(xué)貫穿整個教學(xué)。傳統(tǒng)化學(xué)實驗所使用的實驗藥品,以及伴隨實驗所產(chǎn)生的各種廢棄物,不但對環(huán)境造成污染,對師生的健康或多或少都會有一些影響。因此,在教學(xué)實驗中,教師應(yīng)嚴(yán)格把關(guān),Anastas和Warner提出了綠色化學(xué)的12條原則,這些原則可作為實驗化學(xué)家開發(fā)和評估一條合成路線、一個生產(chǎn)過程、一個化合物是不是綠色的指導(dǎo)方針和標(biāo)準(zhǔn)。
1.防止廢棄物的產(chǎn)生,比先產(chǎn)生后治理要重要;
2.合成方法應(yīng)設(shè)計盡可能將所有起始物嵌入到最終產(chǎn)物中去;
3.只要可能,合成反應(yīng)應(yīng)設(shè)計成反應(yīng)中使用和生產(chǎn)的物質(zhì)對人體和環(huán)境無毒或毒性很?。?/p>
4.設(shè)計的化學(xué)產(chǎn)品應(yīng)在保證其應(yīng)有功能的同時盡量使其無毒或毒性很小;
5.盡量不用輔物質(zhì)(如溶劑、分離試劑等),當(dāng)不得已使用時,也應(yīng)使用無毒物質(zhì);
6.能量消耗應(yīng)是越少越好,應(yīng)能為環(huán)境和經(jīng)濟方面所認(rèn)可,合成方法應(yīng)在常溫、常壓下實施;
7.只要技術(shù)上和經(jīng)濟上是可行的,盡量選擇可再生的原料;
8.應(yīng)盡量避免不必要的派生過程;
9.盡量使用具有催化選擇性的試劑;
10.化學(xué)產(chǎn)品中的設(shè)計應(yīng)保留其功能,減少其毒性,當(dāng)完成自身功能后不再滯留于環(huán)境中,使之降解為無毒的物質(zhì);
11.需要開發(fā)實時、跟蹤監(jiān)控的分析方法,預(yù)先監(jiān)控有毒物質(zhì)的形成;
12.化學(xué)物質(zhì)及其在化工過程使用中的物態(tài),應(yīng)選擇潛在化學(xué)隨機事故(包括氣體泄露、爆炸和著火)最小的,等等。從以上論點可以總結(jié)出,化學(xué)實驗綠色化的內(nèi)容包括:化學(xué)試劑、溶劑和催化劑的綠色化,盡量選擇低毒和可再生資源,溶劑盡量選擇水溶劑,避免采用有毒有害和揮發(fā)性溶劑,催化劑應(yīng)首選采用無毒害、無腐蝕的物質(zhì);實驗劑量綠色化,在保證完成化學(xué)反應(yīng)的情況下,盡量使用最小劑量的試劑、溶劑和催化劑;對實驗產(chǎn)生的“三廢”進行無毒無害化處理,確保污染程度降到最低。
三、激發(fā)探究精神,完善綠色化學(xué)
(一)開展微型化學(xué)實驗
微型化學(xué)實驗,就是以盡可能少的化學(xué)試劑來獲取所需化學(xué)信息的實驗方法與技術(shù)。雖然它的化學(xué)試劑用量一般只為常規(guī)實驗用量的幾十分之一乃至幾千分之一,但其效果卻可以達到準(zhǔn)確、明顯、安全、方便和防止環(huán)境污染等目的。近年來,在我國化學(xué)實驗教學(xué)改革領(lǐng)域中,微型化學(xué)實驗蓬勃發(fā)展,引起國內(nèi)化學(xué)教育界極大關(guān)注。目前微型化學(xué)實驗開展到分析化學(xué)、物理化學(xué)、醫(yī)用化學(xué)和高分子化學(xué)實驗的微型化探索,并取得了驕人的成績,逐漸形成了具有中國特色的微型化學(xué)實驗特點:微型儀器價格低廉且配套比較完整,在國際上具有很強的競爭力。此外,微型化學(xué)實驗與傳統(tǒng)實驗相比,具有明顯的綠色環(huán)保、節(jié)約藥品和節(jié)省時間的特點。微型化學(xué)實驗的優(yōu)勢已經(jīng)在教學(xué)中呈現(xiàn)出來,受到了廣大師生的歡迎。目前,國內(nèi)已有800余所大、中院校開始采用微型化學(xué)實驗。
(二)探究精神在綠色化學(xué)實驗中的應(yīng)用
(一)教學(xué)模式陳舊,學(xué)生缺少興趣
當(dāng)前中職化學(xué)實驗教學(xué)依然延續(xù)著傳統(tǒng)的模式:填鴨式。教師在實驗前先對學(xué)生講明實驗原理、步驟和注意事項,隨后進行演示操作,把實驗的整個過程都展示給學(xué)生看,要求學(xué)生“依葫蘆畫瓢”,嚴(yán)格按照自己的標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行實驗。在實驗的過程中,教師巡回指導(dǎo)學(xué)生,掌控學(xué)生實驗的整個過程,隨后通過學(xué)生總結(jié)的實驗數(shù)據(jù)和報告,進行評分。如此按部就班的實驗過程,既沒有啟發(fā)性,又沒有興趣的切入點,學(xué)生只是被動完成教師的要求,甚至不做實驗,也能得出正確的結(jié)論。這樣的實驗教學(xué),就成為走過場,可有可無。學(xué)生會逐漸失去對化學(xué)的興趣。
(二)沒有針對中職生的學(xué)習(xí)特點制定特別的實驗教學(xué)方法
中職生與普通高中生畢竟有區(qū)別,他們的專業(yè)基礎(chǔ)知識相對薄弱,基本操作技能也差。化學(xué)實驗教學(xué)卻沒有針對他們的特點調(diào)整,如加強基礎(chǔ)操作訓(xùn)練等。課堂上會出現(xiàn)教師反復(fù)講解示范,學(xué)生仍無法領(lǐng)悟,不能獨立完成實驗,操作不規(guī)范等現(xiàn)象。久而久之,學(xué)生的自信心愈加降低,陷入化學(xué)學(xué)習(xí)的惡性循環(huán)。結(jié)合上文對中職生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和化學(xué)實驗的特點分析,如何改進和創(chuàng)新化學(xué)實驗教學(xué),以發(fā)揮學(xué)生的主動性和積極性,成為我們中職教育工作者所要思考的問題,我認(rèn)為在提出合理化建議之前,應(yīng)先考慮以下幾個目標(biāo):(1)中職學(xué)生應(yīng)掌握哪些化學(xué)知識?這些知識又該達到怎樣的程度?(2)針對理論知識,需要配合怎樣的操作技能?(3)學(xué)生在實驗中的心理是怎樣的?如何針對他們的心理,進行啟發(fā)和引導(dǎo),從而激發(fā)他們的興趣,培養(yǎng)他們的實驗?zāi)芰Γ?/p>
二、創(chuàng)新化學(xué)實驗教學(xué)模式的幾點舉措
(一)結(jié)合實際生活,激發(fā)學(xué)生對化學(xué)實驗的興趣
教育家陶行知曾說:“生活即教育。”化學(xué)本是從生活中來,涉及生活的方方面面。教師應(yīng)當(dāng)從與學(xué)生息息相關(guān)的生活常識入手,激發(fā)學(xué)生對化學(xué)實驗的好奇心,培養(yǎng)興趣和探究精神。例如,人人都要接觸到衣物干洗,但是很少有學(xué)生知道,干洗的歷史和化學(xué)原理是什么。于是我先拿來一杯清水,一杯四氯乙烯,然后將餐巾紙沾上油污,分別放入清水和四氯乙烯中,用玻璃棒攪動后,再取出。學(xué)生發(fā)現(xiàn),放入清水中的餐巾紙已經(jīng)皺成了一團,而上面的油污并沒有去除掉;而放入四氯乙烯中的餐巾紙展開依然平整,上面的油污已經(jīng)沒有了。學(xué)生發(fā)出驚訝的叫聲,這是怎么回事呢?于是我先給他們講了一個故事:一百多年前,法國巴黎的一家油脂小工廠里,一名身穿污染油垢的工人不慎將一桶煤油打翻在身上,因工作忙碌他無暇更換衣服,待到收工換衣時,他詫異地發(fā)現(xiàn),衣服上的油污竟然不見了。由此,他悟出一個道理,原來,化學(xué)溶劑是能夠把衣服上的污垢去除的,這就是現(xiàn)在所謂的衣物干洗法。后來科學(xué)家在化學(xué)溶劑的世界里篩選,最終選中了四氯乙烯,因為用它洗滌衣物,不僅洗得干凈,而且洗后衣物柔軟不變形、不褪色,更不會損傷衣服,且無異味,因而四氯乙烯已成為世界上各國洗衣店公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)干洗劑。正因為化學(xué)實驗可以解答學(xué)生生活的各種問題,使他們深深感受到化學(xué)的神奇與魅力,從而不僅愛上化學(xué)實驗,更會主動地去發(fā)現(xiàn)和探究生活,這就是化學(xué)能力的培養(yǎng)。
(二)教師應(yīng)大膽革新教育觀念和教學(xué)內(nèi)容
中職化學(xué)教學(xué)應(yīng)當(dāng)是以學(xué)生發(fā)展為中心的現(xiàn)代教學(xué)論,而非單一地讓學(xué)生傳承前人的理論知識,因此,中職化學(xué)教師必須革新觀念,明確自己的教學(xué)過程是動態(tài)的發(fā)展過程,不僅要促進學(xué)生的認(rèn)知,更要促進學(xué)生自身能力、心智與情感的全面協(xié)調(diào)發(fā)展。同時,傳統(tǒng)的化學(xué)實驗依附于書本,與時代和生活的結(jié)合都不夠,很多內(nèi)容用現(xiàn)在的眼光看來,已經(jīng)陳舊落后,教師應(yīng)大膽刪改和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,使之不斷推陳出新,和生產(chǎn)生活實際相結(jié)合。同時,根據(jù)中職學(xué)生學(xué)習(xí)能力與成績的高低,根據(jù)教學(xué)目標(biāo),按照重點與非重點,打破原有固定的化學(xué)實驗?zāi)J?,將之?xì)分成基礎(chǔ)型、提高型和創(chuàng)新型三大板塊,以適應(yīng)不同的學(xué)生和教學(xué)側(cè)重點。這才體現(xiàn)了“以學(xué)生為本”的教學(xué)精神。
(三)改革實驗教學(xué)方法
當(dāng)前的中職化學(xué)實驗通常是以教師為中心,突出的是教師的作用,學(xué)生只是機械被動地重復(fù)教師的實驗步驟,他們的主觀能動性和創(chuàng)造性都沒有體現(xiàn),甚至連基本的動手能力都被束縛。因此,教師應(yīng)當(dāng)改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法。首先在實驗之前,不要直接把實驗的目的告訴學(xué)生,不妨賣個關(guān)子,先從與生活息息相關(guān)的問題入手,例如,霓虹燈為什么有不同的色彩?給學(xué)生以思考的時間,他們會主動去弄明白實驗的原理與方法,同時迫切想知道實驗的結(jié)果到底是什么。然后教師請他們自己把實驗的用具、步驟和過程,通過書本的學(xué)習(xí)和自己的思考,列在紙上,這樣學(xué)生對整個實驗過程不再懵懂,自然胸有成竹。教師還可以請學(xué)生自己動手設(shè)計實驗,來驗證自己的結(jié)論。整個實驗過程,學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進行,他們可以主動地去分析解決問題,自主獲取知識。比如,他們將玻璃管彎曲制成所需要的文字或花紋圖案后,再裝上電極,并把玻璃管內(nèi)的空氣抽干凈,放進氖氣,就成了紅色的霓虹燈了。實驗結(jié)束后,教師可以就實驗的過程進行點評打分,并進一步啟發(fā)學(xué)生思考,如果還想要其他顏色的霓虹燈,又該怎么辦呢?原來可以請綠色、黃色、藍色和白色的熒光粉來幫忙。例如,在涂了藍色的熒光粉的燈管中,放入了氬氣和水銀,就成了鮮藍色的霓虹燈了。學(xué)生會有發(fā)散性的思維,鞏固了他們的書本知識,同時又增加了新的認(rèn)識。
(四)消除安全隱患,真正解除學(xué)生對化學(xué)實驗的恐懼
化學(xué)實驗的藥品制劑種類繁多,其中有許多易燃、易爆、有毒和強腐蝕性的試劑。加上在實驗的過程中,稍不留神,一些玻璃儀器就容易破碎,引發(fā)傷害,不但學(xué)生有心理上的恐懼,就連教師也容易緊張,因此傳統(tǒng)的化學(xué)實驗教學(xué),相對保守,寧可學(xué)生學(xué)得比較“死”,也要將他們牢牢納入教師的掌控之中。其實大可不必如此恐慌,只需要學(xué)生掌握基本的化學(xué)知識,并嚴(yán)格執(zhí)行。例如,針對易燃的化學(xué)品,只要積極避免燃燒的三個條件,便可將危險化于無形;同樣,易爆的化學(xué)品,只要避免爆炸極限,也是安全的;面對易腐蝕的化學(xué)品,裝備好防范的保護用品,完全可以避免傷害。教師通過這些安全知識的普及,能夠消除學(xué)生的心理恐懼,從而使他們大膽快樂地實驗。
(五)學(xué)生與教師共同參與實驗教學(xué)評價
微型化學(xué)實驗則能夠很好地解決這一難題,由于它盡可能地使用較少的化學(xué)試劑,而且儀器設(shè)備比較小型,方便在課堂上進行,很好地培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新探究能力。具體表現(xiàn)在以下幾個方面:
1.提高學(xué)生的動手實踐能力
對于化學(xué)教學(xué)而言,課堂教學(xué)和實驗教學(xué)是兩大基本組成部分,在教學(xué)中加入微型化學(xué)實驗,增加學(xué)生自己動手的次數(shù),能夠強化知識。教師在課堂上可以指導(dǎo)學(xué)生,收集家里或是某些公共場所的各種廢棄物品,自己動手制作微型的化學(xué)試驗箱。例如收集廢舊的輸液管來代替導(dǎo)管,部分難以收集的儀器替代品和化學(xué)試劑等可以由老師提供。對于化學(xué)課程中占據(jù)相當(dāng)大比例的實驗,都要盡可能地在課堂上進行演示。對于演示實驗,將其轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂梦⑿突瘜W(xué)實驗之后,更容易在課堂上進行。充分利用微型化學(xué)實驗比一般的化學(xué)實驗使用更少的化學(xué)試劑、更安全、更環(huán)保的特點,將節(jié)省下來的試劑用來讓學(xué)生做更多的實驗,加深了學(xué)生對所學(xué)知識的印象,同時也增加了學(xué)生動手操作的機會。如在講授關(guān)于硫酸所具有的性質(zhì)這一節(jié)課時,就可以將之前的多試管實驗用微型九板孔來代替,這樣就可以將課堂上的實驗時間減少,讓更多的同學(xué)來親自體驗實驗帶來的樂趣。在實驗的過程中,老師要規(guī)范學(xué)生的操作,及時地指出學(xué)生操作過程中出現(xiàn)的問題。
2.培養(yǎng)學(xué)生觀察探究的能力
化學(xué)學(xué)習(xí)中有很多現(xiàn)象是需要觀察得出的,在以往的化學(xué)教學(xué)過程中,大多數(shù)都是采用教師一人在講臺上進行實驗,學(xué)生在自己的座位上進行觀察的模式。但是由于許多化學(xué)反應(yīng)過程很迅速,反應(yīng)現(xiàn)象是很微妙的,學(xué)生根本無法做到仔細(xì)、細(xì)致、全面的觀察。微型化學(xué)實驗的引用,學(xué)生可以利用自己的微型試驗箱,在老師的指導(dǎo)之下自己動手進行實驗,此時,每一位學(xué)生都可以通過最合適的距離和方向來對實驗現(xiàn)象進行觀察總結(jié)。老師只需要提前告訴同學(xué)們所要特殊注意的事項和重點觀測的現(xiàn)象以及有效的觀察方法即可。學(xué)生按照老師的提示來進行實驗、觀察,結(jié)合所學(xué)的知識來進行分析研究,老師幫助同學(xué)解決其難以思考出來的難點。這樣一來,不僅學(xué)生親自動手實驗,加深了對實驗現(xiàn)象的記憶,也很愉快地掌握了知識。
3.培養(yǎng)學(xué)生的思維拓展能力
學(xué)生通過對實驗進行觀察所能得到的感官感受只能作為感性的認(rèn)識,只有通過自己的思考,結(jié)合課本上的知識,認(rèn)識到事物內(nèi)在的聯(lián)系,才能將感性認(rèn)識轉(zhuǎn)化為理性的認(rèn)識。在化學(xué)課堂上引導(dǎo)學(xué)生自己動手制作微型化學(xué)實驗箱,更能夠激發(fā)學(xué)生動手實驗的興趣,促進學(xué)生求知的欲望,使得學(xué)生只要看見自己做的實驗設(shè)備,思維就可以立馬活躍起來,自己先思考怎樣進行實驗,可以得到想要的信息。這樣在每節(jié)課之前,學(xué)生就會主動地去預(yù)習(xí)所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容,上課時則會更加專注地聽講,認(rèn)真地進行實驗,并觀察所發(fā)生的反應(yīng)現(xiàn)象是否同自己之前的設(shè)想一樣。然后結(jié)合自己的疑問,學(xué)生可以積極思考其中的原理,也可以咨詢老師。老師通過學(xué)生的觀察、討論和思考的結(jié)果,有針對性地對本節(jié)課的核心要點進行總結(jié)和歸納,加深學(xué)生的理解和記憶。對于學(xué)生都不太感興趣的復(fù)習(xí)課來說,可以通過增加微型實驗這一項目來緩解課堂的枯燥、沉悶的氣氛。教師可以將所學(xué)過的知識合理地進行串并,通過一系列的微型實驗來使學(xué)生將其中涉及到的化學(xué)知識結(jié)合在一起,提高課堂復(fù)習(xí)的效率。這樣不僅活躍了課堂氣氛,更加鍛煉了學(xué)生對知識的整合和總結(jié)能力,學(xué)生在動手的同時,加快了思維的活躍程度,可以獲得更好的復(fù)習(xí)效果。在課下的業(yè)余時間,則可以鼓勵學(xué)生自己對微型實驗儀器進行創(chuàng)新和改善,可以在老師的指導(dǎo)下與同學(xué)進行實驗競賽等活動,自己設(shè)計課題和研究過程,經(jīng)過老師的把關(guān)后開始實施,然后進行討論,總結(jié)分析,得出結(jié)論。這種活動可以豐富學(xué)生的課余生活,培養(yǎng)了學(xué)生的自主思考和創(chuàng)造性思維。
4.提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力
自主學(xué)習(xí)是學(xué)生獲取知識的最主要的途徑,也是使學(xué)生成為全面發(fā)展的人才必不可少的要素。在課堂上學(xué)生自主進行微型化學(xué)實驗,學(xué)生可以在其中發(fā)現(xiàn)自我的價值,從而更加激發(fā)學(xué)習(xí)的動力和愿望。同時,從實驗中得出自己所期望知道的科學(xué)知識的樂趣,使得學(xué)生在課下也愿意自己動手進行實驗,自己查閱資料去獲得自己想要的答案。這樣不僅學(xué)生學(xué)會了課前預(yù)習(xí)、分析思考問題和解決問題,而且還在和同學(xué)討論研究的過程中掌握了與人溝通交流的能力。為了解決自己迫切想知道的難題,在學(xué)生閱讀大量的參考書的同時,也提高了閱讀能力,養(yǎng)成了良好的閱讀習(xí)慣。微型化學(xué)實驗的引用,很好地提高了課堂教學(xué)的效率,使得學(xué)生更好地掌握化學(xué)知識,最主要的是培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。
二、總結(jié)