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我国是人口超级大国,同时也是资源丰富的国家。社会经济的高速发展,必然带来资源的高消耗,人口数量的不断提升,人们所能占有的资源也是屈指可数。我们可以清楚的看到,摆在我国面前最大矛盾就是:通过对生态环境的“牺牲”来换取经济的“腾飞”,还是更好的限制人均资源的消耗来保护目前的生态环境,最大限度的降低破坏。工业在我国占据了举足轻重的作用,关系到整个国民经济的发展,而其中我们所熟悉的化学工业为其他行业持续不断的提供更多的科学服务和产品支持。但是,我们不得不面对在追求经济高速发展的同时,整个大自然也受到了空前破坏的问题。生态失去平衡和环境受到严重污染制约了经济的发展,也影响了人类的日常生活、健康,不断加深社会各个领域的矛盾,出现更多的问题。面对这种现状就必须让我们通过改变研究模式来改变生产模式,将“绿色化学”的理念融入到化学工业中,将能从源头控制和防范污染。绿化化学无疑是“无害”为基础的环境化学,通过化学的先进技术和手段更大限度的消除或者降低有害于人类健康、生态环境的原料、产物、副产品、催化剂、溶剂等生产和使用。绿色化学的核心理念是倡导不要使用有害、有毒的物质,更加不能产生过量的废弃物,不合理的处理废弃物。这是一门从源头加强防范和控制污染的化学,或者说这是一个更有层次的化学理念。从绿色化学的定义上我们就能看出它是以可持续发展为目标而产生的理念。绿色化学理念引导人们更加重视环境。早在1996年美国就以“总统绿色化学挑战奖”作为美国绿色化学挑战计划中的主要内容,通过这个奖项的设立,其目的是为了鼓励人们敢于探索绿色化学,积极使用和推行绿色化学的科研成果。在上个世纪90年代我国的主要力量还放在经济发展上,也在1996年举行过以“工业生产中绿色化学与技术”为主题的研讨会,通过这个小小的研讨会也体现了我国对环境保护的重视,对绿色化学工业成果研究和开发。后来的一年,在香山会议上宣布了我国以“可持续发展问题对科学的挑战——绿色化学”为主题的研讨工作机构。从这些资料来看我们在进行高校化学教育的过程中,需要将这些思想体现出来,做到更好的借鉴。
二、绿色化学理念在高中化学教育中作用的研究
绿色化学理念在化学教育中有助于培养辩证统一的良好思想绿色化学以全新的方式颠覆了“先污染再治理”的思想,需要从源头抓起,才能避免污染和破坏,是一门以源头为基础进行治理的无害化学。而且要特别强调了,对绿色化学全新理念的推出并不是要全部否定传统的化学,而是以客观为基础,坚持唯物主义的观点,将传统化学的精华发挥的淋漓尽致,将对人类健康和生存环境有危害的因素消除,这才能更加突出绿色化学的核心理念。
绿色化学理念有利于加强学生更加爱护生命最近几年,根据资料显示,我国食物中毒人数已经达到了4万人,而且这个数据只是所有发生事件中的一小部分。经过分析导致人们食物中毒的主要原因有:过量农药杀虫、剧毒残留等等。在高中化学教材中涉及到了部分农药,例如我们非常熟悉的DDT、六六六、有机磷农药等等,根据目前农业的快速发展,以实现绿色产物为目的,全方面的对农药进行评价。例如:六六六和DDT具有很高杀虫性的同时,也会严重的污染其环境,而且具有很高的毒性,对人类与牲畜都的健康具有很大的威胁。而这些具有危害性的农药正逐渐被植物生长调节剂与以内源性的昆虫激素等具有生态意义的农药所替代。这类新型的农药不但高效、而且不会污染环境,降低了毒性不会危害到人类和牲畜的健康。最大限度的避免了因为农药的滥用而出现大量鱼类、益鸟益虫的死亡的现象。为学生举出绿色化学具体教育实例,从而加强学生保护环境的意识,积极主动的去倡导和爱护我们生存的环境。绿色化学理念有利于培养正确的发展观
高中化学教育工作者要树立可持续发展的先进观念,将绿色化学的理念渗透到整个化学教育过程中去。在进行课堂教学的时候要重视对绿色化学原则进行体现,将绿色化学的相关知识做到更好的渗透。让学生知道在发展的同时不能以牺牲环境作为代价,地球上的能源和物质都是有限的,要善于应用和珍惜。例如:学习“烯烃与溴的亲电加成”相关知识时,以往基的烯烃与溴的加成反应逐渐连结吸电子所取代,在麦克尔受体的作用下烯烃在阳光引发下与溴进行自由基的加成反应。而这里的能源绿色化就体现在对太阳辐射能的直接利用,它为解决目前化学能源的污染性、有限性以及温室效应等能源问题开辟了更多的出路。通过以上绿色化学的实际例子进行教育,让学生明白和关心生态环境、珍惜能源等问题,逐渐加强学生的社会责任感。绿色化学理念有利于培养学生的创新意识绿色化学理念是对传统化学一次全新的改革。可以通过以化学理论课为基础,融入绿色化学理念培养创新意识,并得到实践和强化。例如:在高中有机化学教材中,介绍浓硫作为酸催化剂的时候,只介绍了酯化反应。但是浓硫酸作为催化剂的时候存在诸多问题:对设备进行腐蚀、产生大量的无机盐废弃物、收率低等。这样可以对学生进行引导从多个角度来提升产物收率的方法。学生进行资料手机和查阅提出了一些方案:一是用高效催化剂替代,可以用杂多酸、固体超强酸、无机路易斯酸等;二是建议使用绿色溶剂:三是用微型实验进行替代。从实际情况出发,鼓励学生敢于亲自动手操作进行验证,这样开拓了学生的研究,培养了学生的绿色化学意识,激发学生的创新精神。
一、绿色化学的定义
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学、原子经济学。其核心内涵是在反应过程和化工生产中,尽量减少或彻底消除使用和生产有害物质。绿色化学是一门从源头上阻止污染的化学,它的过程为零排放和零污染。
二、绿色化学理念渗透到化学教学中的必要性
有资料统计,1个中学生从初中到高中因化学实验产生的废液总量约为120L,固体废弃物约为3kg,各类废气约为1.5L;1个化学系的学生在大学学习的4年中,因实验而产生废水、废液总量约为250L,固体废弃物约为12kg;1个生物系的学生在大学期间因实验产生的废水、废液总量约为180L,固体废弃物则达18kg,且涉及危险、有毒、有污染的药品达数千种,处理不当,这也是一个重要的污染源。
中学化学作为化学教学的源头,学生是否了解绿色化学知识,掌握绿色化学的基本原则,对于能否用绿色化学的思维方式指导生产实践,解决生产实际中的污染和可能带来的污染问题,具有非常重要的意义。因此,在化学教学中渗透绿色化学理念的教育,使学生知道并参与怎样减少化学实验污染及污染治理的实践,树立绿色化学意识是非常必要的。
三、中学化学教学中绿色化学研究的现状
目前,在中学化学教学中,关于绿色化学教学内容并不多,大多只是涉及环境的污染与防治,而不是从污染始端防御的角度出发,是传统的环境化学保护或防御,这容易使学生认为化学科学本身或化工生产污染环境是必然的,人类在防止化学污染方面是无能为力的等错误的认识及形成环境意识是思想障碍。由此可见,中学化学教学中有关环境污染及其治理的内容欠缺,有关绿色化学基本知识的传授还是空白的。
基于以上,首先应加强中学环境教育,使学生形成牢固的环境意识(或称绿色意识),正确认识人与环境的关系,树立正确的环境价值观,逐步形成绿色化学思想,使环境教育与绿色化学学习相互影响、相互促进。其次,要在中学化学教育中增加绿色化学内容,并且要使在化学知识与化学实验中关于防环境化学污染的内容统一。
四、渗透绿色化学教育理念的途径
1.必须更新教师观念,增强教师的绿色意识。
化学教师在教学活动中起主导作用,因此教师更新观念,具备绿色意识才会达到积极的行为效果。我国化学教育中存在着思维固化的问题。首先要从社会、经济、环境的角度重新审视传统化学的研究内容,突出绿色化学。其次,要认识到从传统化学到绿色化学的转变,不仅是化学教育观念的更新,更是化学科学本身的进步与发展。绿色化学是在传统化学基础上发展起来的更高层次的化学,是为了改变当前严峻的化学污染形势,化学教育工作者有责任自觉地宣传并努力最终实现绿色化学目标,使化学教育服务社会,提高民族实力。化学教师应该努力收集环境信息,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的信息。
2.结合有关教学内容对学生进行绿色化学教育。
在化学教学中可把本地区环境污染的典型事例自然地、生动地渗透到化学教学中,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,明确实施绿色化学教育的重要性。如结合当地农牧渔业受酸雨破坏的情况,强调酸雨的危害性,在学习有关硫及其化合物的性质时,可有意识地引导学生分析酸雨的形成原因、途径、成分及其危害,启发学生想象并设计出减少酸雨形成的方案及采取的具体措施。开展诸如废旧电池回收、提倡保护森林,对家乡的某些污染(大气或水体等)进行取样、分析研究,找出污染的根源及治理的措施等活动。另外,教科书中的很多化学实验内容操作过程中会造成大气或水体污染,如:硫及其化合物的性质实验等。因此在教学中,教师除传授知识和培养实验技能外,还要着重引导学生对污染环境的化学实验的装置进行改革、创新,使其成为绿色化学实验。还可结合课本知识,有意识地设计一些题目引导学生用绿色化学的观念进行解答。例如,在讲到氮、磷化合物时,可设计问题:为什么要提倡使用无磷洗衣粉?讲到铅时,可提问:为什么要使用无铅汽油?在讲到硫及其化合物时,可提问:为什么要限制含硫量高的煤的使用?
3.改进实验方法,走向绿色化。
化学试剂的绿色化,即在选择化学实验时应尽选择采用那些无毒无害试剂的实验或选择具有潜在环保属性的试剂,除非不得已应一律不使用有毒有害试剂进行实验。例如:绿色自燃实验――在现行的教材中为介绍“自燃”的现象而采用的是白磷自燃实验。白磷具有较大的毒性,而燃烧产物五氧化二确对环境污染较为严重。我们以无毒的镁粉和石英粉末为原料,首先制备Mg■Si,然后将其投入水中,Mg■Si水解产生的SiH■在水面上的空气中立即自燃,其化学方程式表示为:(1)SiO■+4Mg=2MgO+Mg■Si,(2)Mg■Si+4H■O=2Mg(OH)+SiH■,(3)SiH■+O■=SiO■+2H■O。整个实验安全、无毒、无污染,符合绿色实验的要求。
化学反应的绿色化,即在选择化学实验时,应尽量使涉及的化学反应具有较高的选择性,这样不仅可以强化实验的效果,而且可以避免副产物带来的环境污染问题。
反应产物的绿色化,即在选择化学实验时,应尽量使反应产生的生成物、副产物无毒无害,是环境友好产品,或者以一种环境友好的状态存在,如固态产物。
4.提高教学手段的现代化水平。
传统的教学方法是伴随着应试教育产生的,不利于培养学生的创新精神和实践能力。要积极实行启发式和讨论式教学,激发学生独立思考,培养学生的创新意识。电化教学手段(包括投影、录像、光盘等)和信息网络手段(如上网、使用多媒体等)能更直观、形象地体现绿色化学内容,更迅速地获取有关绿色化学知识及技术的最新成果,便于教师教和学生学。还要开发能辅助设计的计算机软件,帮助设计和实施绿色化学,这对于绿色化学的发展也大有裨益。
【作者简介】徐新峰,江苏省如东县马塘中学(江苏如东,226401)教师,高级教师,南通市化学学科带头人。
新课改以来,众多专家学者提出了课堂教学改革的举措。笔者以为,具有学科特色和本真的化学课堂教学,应该追求自己的“学科味”。反思这些年的教学实践,笔者认为具有“化学味”的化学课堂应该体现了以下三个特点。
一、重视实验教学
早在20世纪70年代末,著名有机化学家蒋明谦教授就指出,“尽管发生了这种变革的趋势,我们应该认识到,化学现在仍然是一种实验科学,将来也还是实验科学”[1],这是从化学的根本属性上作出的立论。在化学教学中,我们应当强调实验教学,并在实验教学时注意以下几点。
1.坚决不“讲实验”,不追求“功利”教学。
人有惰性,教师也不例外。有些化学教师认为做实验很麻烦,且浪费时间和精力,效果还不一定有“讲实验”和“背实验”好。然而,“讲实验”否定了学生的主体参与,埋没了学生的创新意识,同时也造成了课堂教学的生成性资源的缺失,与现代教学理念背道而驰。
2.不能用“视频实验”完全取代“真做实验”。
信息技术的发达给教学提供了丰富的资源,因此出现了如今的化学课中用“视频实验”完全取代“真做实验”的现象。“视频实验”只是停留在学生看的层面,是浅层次的学习行为,学生仍然被视频“牵着走”,其主体地位丧失,这样的化学课仿佛在“欣赏电影”,缺失“化学味”。当然,“视频实验”并非一无是处,对于课堂中无法完成的实验可以用“视频实验”来替代,同时,也可以利用信息技术将实验中不易察觉的现象或过程进行突出处理。笔者参加2015年江苏省初中化学教师基本功大赛的“创新实验”比赛时,将点燃蜡烛熄灭后冒白烟的实验拍成了视频,并将用高清晰摄像机拍到的火苗向下移动的过程制作成了慢镜头,起到了很好的教学效果。
3.依据学情,合理设置演示实验和学生实验。
教学时,演示实验与学生实验并没有严格的区分与界定,尽管《义务教育化学课程标准(实验稿)》(以下简称《课标》)中提出了8个学生实验,但在实际教学时,可将演示实验“下放”为学生实验,因为实验的魅力并不是来自于“看”,而是来自于亲身“做”。实验教学中,应当做到:让学生亲自做实验和观察各种现象,亲身体验通过实验进行探索规律的活动;结合实验事实和过程,让学生认识化学概念和理论的形成过程;让学生通过实验去解决问题,从而在科学态度、方法和分析解决问题的能力方面得到提高。[2]
4.突破实验的课本束缚,鼓励创新与变通。
重视实验教学并非将课本实验奉为“圣旨”,教师可寻求实验的创新。笔者在参加2015年南通市初中化学优质课评比中,设计了一个简易的自来水厂净水模型,将系列净水方法浓缩在这套模型中,使得学生兴趣高涨,较好地达成了教学目标。另外,可将验证型实验改为探究型实验,增加学生的探究机会,从而实验的功能不再是验证教材的某个结论,而是引导学生发现问题、解决问题,为培养其科学素养、创新能力打下基础。
二、渗透化学学科观念
德国物理学家冯?劳厄曾说过,教育所给予人们的无非是当一切已学过的东西都忘记后所剩下来的东西。这剩下的东西便是学生通过学科知识的学习,所形成的从某学科的视角去认识事物和解决问题的方法、观点,即学科观念。化学学科观念不是以结论的形式呈现在课程内容中,而是蕴含于具体化学知识当中并借助于它们表达出来,此时的化学基本观念只是一些没有和学生内心世界建立意义关联的客观存在。[3]因此,笔者认为,促进观念建构的化学教学的核心问题是,如何通过具体知识将客观存在的知识形态的化学观念转为学生个人形态的化学观念。
1.教师要具有化学学科观念,并以观念统领学科知识。
关于化学学科观念,有学者从中学化学的定义出发,构建了与物质的组成、结构、性质和应用等中学化学研究对象相对应的基本观念体系,具体包括元素观、微粒观、结构观、变化观、化学价值观以及分类观和实验观。[4]如笔者在进行单元知识新授课教学前,要先于学生宏观把握本单元知识的观念性理解,以便把具体知识的教学与观念的建构进行联系,增强教学的针对性。下面以人教版初中化学教材九年级第三单元为例,简述笔者是如何以学科观念统领单元学科知识的。
从整体来看,可把“微粒观”和“元素观”确立为本单元的观念性目标。为发挥化学观念对本单元教学的统领作用,需将“微粒观”转化为更为具体的理解表达:物质是由分子、原子等粒子构成的;微观粒子是不断运动的、彼此间有间隔的;原子既能直接构成物质,又可以先构成分子,再由分子构成物质;在化学变化中,分子可以再分,而原子不可再分。而“元素观”则可具体表达为:物质是由元素组成的,元素是组成物质的基本成分;一种元素则对应于一类原子(具有相同质子数);基于已学过的化学变化,尝试概括出在化学反应中元素不变的观念等。由此可见,上述观念统领着第三单元的学科知识。
2.教学以具体知识为载体,渗透化学观念。
化学事实、概念等知识是显性的,易引发学生的注意,而观念是隐性的。教学时,教师如果不能有意识地引导学生去挖掘,学生很难体会到它们的存在,学习也只停留在具体知识的层面。因此,促进学生观念建构的教学,需要教师挖掘具体知识背后的深层次观念。笔者在教学人教版初中化学教材第十单元课题2“酸和碱的中和反应”一课时,设计了以下几个环节:①学生设计并完成探究稀盐酸与氢氧化钠溶液恰好完全反应的实验――渗透实验观(实验是人类探求未知、发现规律、验证推测的重要实践活动);②实验探究稀盐酸与氢氧化钠溶液反应时能量的变化――渗透变化观(化学变化常伴随着能量变化,并以热能形式表现出来);③探究稀盐酸与氢氧化钠溶液反应的微观实质――渗透微粒观(酸、碱在水溶液中以离子而存在,在发生化学变化时,离子会发生变化,产生新离子);④了解中和反应在实际中的应用――渗透化学价值观(化学回归生活、回归社会,是推动社会文明、进步的重要力量)。
3.引导学生运用化学观念去解决问题,驱动深层次思维。
《课标》指出:“在化学课程中重视学生化学基本观念的形成,是精简教学内容,减轻学生过重的学习负担,提高学生问题解决能力的重要途径”[5]。观念形成于具体知识,应用于实际问题,这也体现了化学观念的价值。在初三的后期教学中,可积极尝试选取生活情景、环境问题、矿物冶炼、能源开发、工业生产等素材作为学生运用学科观念解决问题的视角。
三、体现化学学科思想
化学学科思想是人们在认识化学的活动中运用科学方法的思想意识,对化学本质、特征及价值的基本认识。学科知识、学科能力、学科思想是学科体系的三个要素,而学科思想是一个学科的灵魂。[6]因此,化学教学中,教师应把最精髓、最本质的学科思想传授给学生,学生在学习的实践活动中通过自己的理解获得启迪与感悟,促进认识的完善,形成知识的结构,掌握化学思维方法。有学者提出,中学化学学科的主要思想有:整体性思想、联系思想(结构与性质、微观与宏观、定性与定量、量变与质变思想等)、守恒思想、动态平衡思想、构建模型思想、验证探究思想、绿色化学思想、分类思想等。[6]笔者结合初三化学教学实践,选择三种化学学科思想进行阐述。
1.“结构决定性质”的思想。
在研究化学元素(原子)、物质的性质时,我们根据其结构来推测物质性质,并通过实验来证明性质的存在。“结构决定性质”的思想首次出现在“物质构成的奥秘”一章的教学中,引导学生分析原子的结构(最外层电子数),推出元素(原子)的化学性质,从而感悟出这一化学学科思想。教学“金刚石、石墨和C60”课题时,了解到它们物理性质的差异后,借助这一思想,引导学生从内因(内部结构)寻找原因:碳原子的排列方式不同。这一思想也为高中化学学习“位置”、“结构”与“性质”的关系做好铺垫。
2.“守恒”的思想。
“守恒”是自然界普通成立的最重要的基本规律,为我们利用“质量守恒、能量守恒、电荷守恒、元素守恒”解决化学中的系列问题带来了诸多方便。在初中阶段,教材对守恒思想的渗透与揭示是逐步进行的。人教版初中化学教材九年级第三单元“元素”教学中,借助于硫的燃烧、过氧化氢催化分解的微观反应图的展示,学生归纳出反应前后原子种类不变的结论,提炼出“元素守恒”思想,为第五单元引出“质量守恒”思想垫定了认知基础。守恒思想的培养具有阶段性,可分步实施,进入高中后可向学生“能量守恒、电荷守恒”的思想。
[关键词]中职生 化学课堂 生动化
中职教育是在九年义务教育的基础上开展技能、职业型人才培养的教育活动,同时也是对高中阶段教育的补充,生源主要是初中毕业生和具有初中同等学历的人员,从入学成绩来看,中职生整体素质普遍低于普高学生。对自身要求不严,入学只是为了学到一技之长便于就业,学习积极性不高。学习氛围不浓厚。
就化学教学来说,中职化学与初中化学相比,很多概念只能用抽象思维来定义,由于受思维的限制,学生很难理解,这直接导致了课堂的乏味,而教师也只能多给学生讲解。或以实验辅助,但效果并不十分良好,久之,学生对化学的学习便失去信心。容易产生厌学情绪。从学生身心健康发展来看,中职生正处于青春期。学生性格特点鲜明,好奇心较强。但自控能力差,意志力薄弱。易产生逆反心理,在学习过程中表现为学习不够刻苦,也没有养成良好的学习习惯,学习效果不佳,因而产生不自信、厌学心理,逐渐形成恶性循环,这就需要教师给予正确的引导,给学生营造良好的学习氛围,并通过其他一些途径,培养学生的学习兴趣,促使课堂生动化,改善教学效果。
一、营造良好的学习环境
首先,中职生的好奇心理决定了学习环境的优劣对学生的学习兴趣有着一定的影响作用,良好的学习环境主要是指宽松和谐的教学气氛,这有益于学生的创造性思维的产生,同时,良好的学习环境能够将学生的注意力集中在课堂学习上。是学生自发产生学习的热情,因此,轻松、愉快、欢乐的气氛,促使学生在课堂上保持健康向上的心理状态,维持课堂生动化的基本途径之一,在这样的学习环境中,学生可以产生较强的记忆力,活跃思维。从而激发学生的潜在智力,促进学生积极主动地学习。
二、教材的改革化运用
教材是教学活动得以开展的主要载体,也是除了教师和学生以外最重要的教学元素,因此,要实现课堂生动化,在教材的运用上必须进行改革。
随着科学的发展以及教学教育的向前推进,教材形式呈现出多样性,除了传统的纸质版本教材,还有光盘、录音录像版、计算机软件版和网上教学等多种配套教学教材,而且是多版本相互呼应,有辅助学习之用,因此,教师在课堂上就可以充分运用这写教材以及一些先进的教学工具。比如软件形式的课堂讲义,录制的实验过程,以及模型、流程图、标本和投影、录像等现代化教学手段,当然,这些细致的软件和录像都能够帮助学生更好理解一些抽象的化学概念、规律,加深学生理解,保持学生的学习兴趣,是课堂充满活力。
再者,可以在教材的使用周期上下功夫,尽管有多种辅的教学工具,但课本等教材才是我们的常用教材,而最容易让学生产生厌烦心理的也就是课本,无论是预习还是复习,学生面对的都是课本,如果能够根据教学进度和学生的学习进度讲课本进行归类划分,在学生处于不同阶段而使用不同教材,能够极大地激发学生好奇心,增加学习兴趣,在课堂上也就会主动学习。形成强烈的学习分为,同时,也可以适当地在教材中增加化学知识延伸。展现该领域的新知识、新技术、新工艺和新方法,时展同步,因为中职教学的目的就是为了让学生在将来更好地适应工作,因此,增加知识延伸是对学生的职业引导,让学生在了解化学的发展于应用的前提下进行有目的的学习,那么,学生的学习兴趣更持久,课堂氛围就更活跃。
三、化学常识的巧妙引用
化学实验是化学教学不可的一部分,但是教材上的固定实验对学生的吸引力已经很小了,甚至让学生感到做实验有点压力,因此,要想课堂气氛活跃。学生对实验的兴趣是必须保持的,否则一旦碰到难以用语言来阐述的化学知识,学生就很难接受了。首先,我们要让学生将课堂的化学知识带回家,让学生通过细致观察和踊跃发言把在生活中运用到的化学知识在课堂上体现出来,比如生石灰与水的反应原理的运用,那么我们常见的食品中的小包干燥剂就是最好的例子,再者,在学习甲烷知识时。要让学生掌握这一化学知识的同时,还要学会安全使用天然气的常识,如果天然气发生泄露,所有带电的都不能使用,如家里的电源开关、电话等,否则易引起爆炸,应该先关闭气源,再打开门窗通风,这样,学生对抽象的化学知识有了更深刻的体会,才会更有学习积极性。
再者,是要把生活中常见的换血知识的运用在课堂实验中展现出来,比如交警用用吹气的方法判断酒后驾车就是以氧化铬(绿色)可以被乙醇还原成硫酸铬(紫色),通过颜色的变化就可以做出结论了,因此,在学习乙醇时可以额外增加这一生活实验,让学上感受到化学知识的作用,从而保持对化学的学习兴趣,同时也增加了学生的学习参与性,活跃课堂。
关键词 : 微型化学实验,绿色化学实验,中学化学,
Abstract: Based on the sustainable development strategy and the concept of green environmental protection,this paper introduces the research background,general situation and research progress of micro chemistry experiment. Combined with the new curriculum background of middle school teaching,the problems existing in the promotion and application of micro chemistry experiment are deeply discussed. Miniature chemistry experiment can not only enhance students′ practical ability,but also cultivate students′ strong interest in learning.
Keyword: micro chemical experiment; green chemistry experiment; high school chemistry;
在微型化学教学改革的大潮中,微型化学实验的改革和发展已经成为人们十分重视的热门话题。二十世纪80年代美国化学家Mayo对微型化学实验的概念进行了界定,即用尽可能少的化学药品与试剂获取所需要的化学信息与原理的实验技术[3]。在我国,关于微型化学实验的定义有以下几种:第一种认为微型化学实验是为了减少消耗和化学污染而发展起来的一种化学实验的新方法;第二种定义是在微型化的仪器装置中进行的化学实验,其试剂用量比对应的常规实验节省90%以上,该概念是由我国周宁怀教授提出来的;第三种认为微型化学实验是在专门设计的微型仪器中进行的化学实验,在不影响化学实验结果的基础上,用尽可能少的试剂来获取化学信息的实验方法与技术。根据概念一般从其本质属性和种类进行界定的原则,我们认为第三种概念相对来说比较准确。
微型化学实验遵循现代可持续发展理念,在实验过程中不仅试剂用量少,安全环保[3],而且可以使实验在较短时间内完成,保证了化学实验的次数,对于培养学生的实验素质和科学素养有着重要的作用[4]。当前,微型化学实验还处在不断尝试和探索中,在日常教学中的应用还比较少,且中学化学实验教学被忽视的现象越来越严重,尤其是重化学理论而轻化学实验,重化学实验结果而轻化学实验过程的现象普遍存在。另外,微型化学实验不仅能提高学生实验技能,还能激发学生的学习兴趣,更好地帮助学生理解和掌握有关的化学知识,提高学生的科学素养和创新意识。因此微型化学实验的推广迫在眉睫。
高中微型化学实验就是把微型化学实验的理念应用于高中化学实验中,其优点是仪器微型化,药品用量少;学生有较大的自主发挥空间,能促进学生自主学习,主动地发现问题、设计实验、观察实验。概括起来,微型化学实验设计应遵循科学性[5]、安全性、可视化[6]、简便化[7]、可操作化、趣味性[8]、探究性实验原则。
1 、微型化学实验设计案例——铜与硝酸反应的微型化实验
在中学化学实验教学中铜分别与浓硝酸和稀硝酸反应是中学化学经常使用的演示实验,其能让学生通过实验现象分析和得出实验结果认识化学物质的本质,理解不同浓度硝酸的氧化性,但是该反应会分别产生有害气体NO2和NO,进而污染空气[9]。目前,对该演示试验的微型化设计已经有大量的报道,但是均存在着一些不足,比如(1)实验装置的安全性差;(2)实验反应速率难以控制;(3)实验尾气随意排放,污染环境。
针对以上缺点,我们对铜分别与浓硝酸和稀硝酸反应的微型实验装置进行改进,有效地提高了学生的环境保护意识和动手能力,进一步加强了学生科学素质教育[10]。
1.1、 实验原理
1.2、 微型实验设计思路
在经典的铜与硝酸反应中,会产生大量的有毒气体NO2和NO,但是无色的NO气体不易观察,且它们均严重污染环境。我们设计串联反应装置,通过一次实验,就能够了解不同浓度硝酸的氧化性大小,且通过中和反应有效除去反应中产生的有毒气体。基于此,我们采用特制U型管作为反应装置,尝试使用医用注射器在反应中加入硝酸和氧气,简化实验装置,反应结束后,使用医用注射器向反应体系中注入氢氧化钠溶液,除去有毒尾气,且中和了反应废液稀硝酸,防止环境污染。上述U型管内发生如下反应[11]:
1.3 、微型实验装置设计(图1)
图1 微型实验装置设计
1.4、 实验仪器和药品
实验仪器:特制U型管1支,注射器(带针头)2支,橡胶塞2个,烧杯。实验药品:等量的铜片2块,浓硝酸,稀硝酸,NaOH溶液。
1.5 、实验步骤及现象
(1)首先检查装置气密性。
(2)将等量的铜片分别置于U型管底部和医用注射器中。
(3)排干净医用注射器内的空气,再吸取浓硝酸,快速将医用注射器针头插在输液管上,仔细观察铜片表面,会产生大量气泡,并且随着反应进行气泡会逐渐加快,红棕色NO2气体很快充满U型管大端部分,同时医用注射器内溶液由无色变为蓝绿色硝酸铜溶液。这个反应现象是由于铜片与浓硝酸发生了反应,产生了大量的NO2红棕色气体和蓝绿色硝酸铜溶液。小心用手摸医用注射器管壁,会发现烫手,说明该反应是放热反应。
(4)随着红棕色NO2气体不断向U型管内水中溶解,观察到U型管大端液面向上缓慢升起,U型管大端红棕色NO2气体变浅,这表明3当量的红棕色NO2气体与水发生反应,生成了稀硝酸和1当量的无色NO气体,这不但使得U型管大端的压强变小,而且生成的无色NO气体稀释了U型管大端的红棕色NO2气体。另外,U型管底部的铜片表面不断出现小气泡,无色液体逐渐变成蓝绿色溶液,且U型管小端液面缓慢下降,但U型管小端液面上部仍然保持无色,这表明红棕色NO2气体与水反应生成的稀硝酸与铜反应,生成了无色的NO气体和蓝绿色硝酸铜溶液。相关反应式为:[12]
(5)5 min后,U型管小端的无色NO气体浓度增大;将另一支充满大部分空气的医用注射器插在橡皮塞上,拉动活塞吸气,仔细观察医用注射器内气体的颜色,发现其逐渐变为红棕色,这说明U形管小端的无色NO气体与空气中氧气反应生成了红棕色NO2气体。
(6)第一支医用注射器内再吸入氢氧化钠溶液,发现注射器内有蓝色的沉淀物生成,这表明蓝绿色硝酸铜溶液与无色氢氧化钠溶液反应,生成了蓝色的氢氧化铜沉淀,反应式如下:
(7)实验完毕后,用注射器向上述U型管内注入无色氢氧化钠溶液,发现U型管内有蓝色沉淀物生成,表明稀硝酸首先和铜反应生成的蓝绿色硝酸铜溶液继续与无色氢氧化钠溶液反应,生成了蓝色的氢氧化铜沉淀。
1.6、 微型实验设计反思与评价
上述微型化学实验比常规化学实验操作更加简单方便,反应时间缩短,反应过程中有害气体易控制,杜绝环境污染,趣味性强,实验现象明显,具有如下优点:
(1)该实验装置整体密封,将这一反应体系的有毒气体限制在实验装置内,处理有毒尾气方便、简单、安全,从而提高学生的环保意识。
(2)化学实验仪器操作简便、微型化,大大减少了化学实验试剂的量,从而节约化学实验药品。
(3)该实验装置使学生观察实验现象简洁而方便,学生更加容易理解实验原理,激发学生的兴趣,提高学生的主动思考意识。
(4)实验结束后,废弃液的处理方便,能够使用氢氧化钠充分吸收,防止环境污染。
(5)实验过程可靠性强,安全性高。
2、 结论
微型化学实验过程中始终贯穿绿色化学思想,有效实现“小剂量实验、节约资源、减少环境污染、降低实验成本”,是对中学化学中定量实验的改革与发展,在化学教学与应用中具有不可忽视的作用。积极倡导教师开展和推广微型化学实验,可以有效增强师生对环境的保护意识,不断提高学生的综合素质。微型化学实验简单易行、安全可靠、趣味性高、实验现象明显,极大地提高了学生参与实验的积极性,培养了学生的动手能力和实验技能;实验快捷,验证简单,学生可以人人动手做实验,改变“一人做,多人看”的局面,便于学生的自主探究;学生亲手体验科学研究,激发其学习化学的兴趣,强化其科学探究的意识,促进其学习方式的转变,培养其创新精神和实验能力。
参考文献
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