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一、绿色化学产生的时代背景
可持续发展是世人普遍认同的一种发展战略,它是指人口、经济、社会、资源和环境协调发展,既要达到发展经济的目的,又要保护人类赖以生存的自然资源和环境,使子孙后代能够享受充分的资源和良好的资源环境,永续发展和安居乐业。所谓绿色化学就是设计研究没有(或尽可能小的)环境副作用,并在技术上、经济上可行的化学品和化学过程。它是实现污染预防的基本的和重要的科学手段,包括许多化学领域,如合成、催化、工艺、分离和分析监测等。可持续发展战略技术上的实现,主要需通过绿色化学。中学教育关系着21世纪人才的培养,关系着我国可持续发展战略目标的实现。因此,绿色化学意识的宣传教育也必须从中学教育抓起,使中学生从接触化学知识开始就逐渐形成绿色化学意识。
二、中学绿色化学教育
我国一直在将保护环境渗入中学教育方面做着一系列努力。最早在1978年,中共中央批准的《环境保护工作汇报要点》的通知中指出:“普通中学和小学也要增加环境保护的教学内容。”1992年颁布的义务教育各学科教学大纲,将有关环境教育的内容和要求具体地写入了教学计划和教学大纲中,而且注重了在化学教育中渗透环境教育。1996年,原国家教委颁布的《全日制高级中学化学教学大纲》中指出:“教育学生去关心环境、卫生、能源、健康等与现代化社会有关的化学问题。”作为一名中学化学教育工作者,结合自身实践,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。加强中学环境教育,使学生形成牢固的环境意识,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。
三、绿色化学在化学实验中的应用
绿色化学总结起来,就是要发展新的反应。而新的反应的出现,较多的是由化学家在实验室中偶然发现的。鼓励学生在掌握基础化学知识的同时,积极思考,废物利用,充分利用相关化学反应的集成,即把一个反应排出的废物作为另一个反应的原料,既完成了实验课程,又锻炼了学生的创新思维能力,还实现了零排放。
1.有机化学
从绿色化学的角度考虑,有机化学教学应从以下方面入手:①单一反应的原子利用率;②目标产物的绿色化;③反应试剂的绿色化;④反应条件(反应溶剂、实验手段、催化剂)的绿色化。例如,环氧乙烷的制备与烯烃催化氧化反应中,环氧乙烷是一种重要的有机合成试剂,高等教育出版社出版的《有机化学》中提到了两种制备方法,即经典的氯乙醇法和现代的氧化法,比较两者的优劣即可引导学生明白一个重要的绿色化学概念———原子利用率及其应用。接着,用乙烯在不同条件下催化氧化制备环氧乙烷的例子加深印象,进而指出催化反应在开发有机合成环境友好工艺中的重要作用。
2.无机化学
由于无机化学实验所用的试剂品种多,其中许多有毒重金属铅、镉、铬、汞等掺杂在这些废物中,每次实验就像一座微型化工厂一样排放大量的污染物,治理起来非常困难,而排放到水中,会对水资源造成严重污染。根据绿色化学理念在选择试剂时尽量不用有毒化学试剂,用低毒或无毒化学试剂替代有毒的试剂,并以此与传统的实验进行比较分析,改进后的实验不仅实验效果要理想,更主要的是要降低和减少有毒物质的排放。实践证明,将绿色化学理念贯穿到无机化学实验教学中,是切实可行的途径,且已取得了明显的实验效果。
3.分析化学
分析化学实验同其他学科实验一样,在传统的样品采集、处理、测试中均产生了一些有毒有害的或对环境不友好的废弃物,如分析实验中常用的一些盐酸、氢氧化钠、高锰酸钾、重铬酸钾等标准溶液。通过对分析化学实验中产生的不同废液进行适当的处理与回收,既可以消除它们对环境和人体造成的损害,又可以节约资源和实验经费,还可以培养学生的绿色化学意识。
四、绿色化学教育实施的几点建议
1.提高学生的绿色化学意识
化学教师绿色化学意识的树立是绿色化学走向中学课程的前提,意识的产生,影响行为。要实施绿色化学教育,首先教师必须具备强烈的绿色化学意识,为师者的绿色化学意识才会产生积极的行为效果。因此,在教学实践中,首先要加强对化学教育工作者的培训,提高自身绿色化学意识。化学教师除教授学生学习课本知识外,还应该关注与社会有关的化学前沿,充分了解绿色化学的有关知识,而教师的观念会在教学过程中潜移默化地传授给学生。利用自己的言行去感染学生,使其逐渐产生绿色化学意识。
2.改革教材内容
目前,在我国中学化学教育中,绿色化学的内容还很少,因此在教材和教学内容与方法的改革中,必须把绿色化学作为一个重要的研究内容。
3.课堂上扩充绿色化学知识
要使得中学生从接触化学知识开始就逐渐形成绿色化学意识,就必须在有关章节及实验内容中融入绿色化学知识。在化学教育中,加强绿色化学思想的宣传,使学生清除社会上对化学的种种误解和偏见,尤其要突出环保意识,着重介绍绿色化学在防治大气污染、温室效应,保护臭氧层、土壤、水质及生态环境中的重要贡献。让学生意识到,环境污染不只是政府的事,需从我们自身做起,用自己所学的知识做到环保。
4.努力实现绿色化学实验室
绿色化学实验室是以绿色化学为指导,对环境无显著毒副作用的实验室。实验室由于教学和科研实验内容多,覆盖面广,因而产生的污染物品种多,范围广,数量少,不确定度高,不便于集中处理。对一个具体的化学实验,教师应引导学生针对传统实验内容陈旧、污染严重等不足,依据绿色化学“5R”原则进行绿色化学设计,逐渐培养学生的绿色化学能力。在初学化学阶段,不给予规定的实验条框,避免束缚学生的思维,而是把创新精神传递给学生,通过绿色化学教育在实验教学中的渗透及各种实践活动,激发学生进行绿色化学学习和研究的兴趣,拓宽学生的知识面,提高其学习兴趣,增强其动手能力和提高其综合素质。