化學實驗教學與實踐中的環(huán)保策略

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關(guān)鍵詞:化學實驗;環(huán)境影響;環(huán)保策略;探索

1化學實驗教學環(huán)保策略及其實現(xiàn)探討的必要性

隨著世界經(jīng)濟的高速發(fā)展，環(huán)境問題如霧霾、酸雨及土壤酸堿度改變也更加嚴重?；瘜W是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學，實驗也是學習化學的主要途徑。從中學到大學，在化學課程的教學過程中，實驗課程占到了很大的比例。由于實驗目的和類型的不同，會使用到各種各樣的化學試劑，對應的實驗室排放的污染物種類也更加多樣化。從污染物種類來看，主要有有機污染物和無機污染物。有機污染物包括了苯、甲苯、乙苯、甲醛、乙醛、苯酚、吡啶等。無機污染物主要包括重金屬、強酸、強堿等。不管是有機還是無機污染物，大都具有“三致效應”，并且具有長遠的危害性。從污染物形態(tài)來看，主要有大氣污染物、水體污染物和土壤污染物。大氣污染物主要包括實驗排放的諸如氯氣、二氧化硫及氨氣等有毒或強烈刺激性氣味的氣體，二氧化硫也是霧霾形成的必備成份之一。造成水體和土壤污染的主要來源為廢水和廢渣的肆意排放，與化學實驗相關(guān)的廢水主要有廢酸、廢堿和重金屬鹽溶液。化學實驗產(chǎn)生的污染物一旦進入大自然當中，很難自然降解，并且會通過食物鏈危及到人類的身體健康。因此，對化學實驗及其教學中的環(huán)保策略及實現(xiàn)途徑進行探討有其現(xiàn)實意義。

2環(huán)保策略及途徑探討

關(guān)于化學實驗教學和實踐的綠色化探索，人們已經(jīng)做了相對較多的工作，借鑒前人的成功經(jīng)驗，并結(jié)合多年的實驗教學實踐，提出實現(xiàn)化學實驗綠色化的策略及途徑，以期與同行交流。

2．1加強環(huán)境教育，提高環(huán)保意識

環(huán)保意識只能是客觀存在的環(huán)境知識的反應，環(huán)保意識的產(chǎn)生，必須建立在一定環(huán)境知識的基礎(chǔ)上。人們只有對環(huán)境保護知識有了一定的掌握和了解，才可能具有相應的環(huán)保意識。當代人的現(xiàn)實生活都處于一定的外部環(huán)境中，因而要樹立一定的環(huán)保意識必須掌握基本的環(huán)境知識［1］。在教學過程中，當涉及環(huán)保知識時，教師應向?qū)W生進行環(huán)保教育。在教學中可適當補充一些相關(guān)內(nèi)容，介紹一些實例來加深印象，拓寬視野［2］。如在講解氮的氧化物及二氧化硫的回收處理時，提出一些問題讓學生思考。比如說，在實驗過程中可能會產(chǎn)生二氧化硫、硫化氫、一氧化氮、二氧化氮等廢氣，為了不使這些氣體擴散，你用什么方法將它們分別除去，又怎樣利用這些廢氣制得有用的化工產(chǎn)品使他們懂得如何將廢棄物回收再利用，這樣不僅環(huán)保而且還能節(jié)約資源，在組織學生討論的基礎(chǔ)上最后引導學生歸納總結(jié)出:對于酸性物質(zhì)，一般可用堿吸收;同理堿性物質(zhì)通常用酸液吸收。這樣可以讓學生了解減輕環(huán)境污染的原理，還能使他們懂得減少污染，變廢為寶，讓學生體會到學習化學的意義。環(huán)保教育要課內(nèi)外相結(jié)合。教師應引導學生經(jīng)常注意有關(guān)環(huán)境保護的宣傳畫、標語等，觀看有關(guān)環(huán)境保護的電視、書刊、雜志等，還可以讓他們收聽廣播等，凡是諸如此類的細節(jié)問題，只要仔細觀察、善于利用，就可以將環(huán)保意識滲透到學生的心靈，從而達到培養(yǎng)和提高學生環(huán)保意識的目的。

2．2完善實驗室規(guī)章制度，做好實驗室建設(shè)

各實驗室的相關(guān)規(guī)章制度應置于醒目位置，規(guī)章制度包括:化學藥品安全管理規(guī)定、化學藥品及儀器正確使用原則、廢棄物回收處理操作指導等。在進行化學實驗時，教師必須認真履行崗位責任制。學生要遵守操作規(guī)程，學習和掌握必要的急救知識和事故處理方法。對可能引起環(huán)境污染的因素和影響安全的隱患要及時清除，做到防患于未然，以免造成不必要的后果。

2．3實驗室具有良好的通風條件

通風柜作為局部通風裝置，在實驗室中有著舉足輕重的作用。我國大多數(shù)中學乃至大學均采用安裝封閉隔離罩的方式進行實驗通風，這種方式的優(yōu)點是可以迅速將作業(yè)臺面上的有害氣體排出［3］，對于達不到標準的實驗室通風設(shè)備，要及時改進、升級或更新，給實驗人員提供一個良好的實驗環(huán)境。

2．4化學藥品與儀器的正確使用

綠色化學實驗對化學品的使用原則是不用危害品，減少用量，循環(huán)使用，重復使用［4］。藥品和儀器的放置地點要配置有效的消防安全設(shè)施?；瘜W藥品儲存的地方應保持通風，溫度和濕度適宜。危險化學品應按有關(guān)規(guī)定儲存。應有安全負責人員。學生在做化學實驗之前領(lǐng)取實驗藥品儀器時應按實驗操作指導文件，實行定量化原則。實驗完畢后對實驗廢棄物進行回收，對實驗儀器進行清潔處理。在對實驗廢棄物進行回收時，需要注意:(1)使用統(tǒng)一類型的儲存容器(與其它試劑瓶、藥品瓶區(qū)別開)、使用統(tǒng)一顏色的標簽(醒目)。應標明種類、成分、收集時間、收集人姓名。(2)儲存容器要潔凈，密閉保存，防止有害物質(zhì)逸出。(3)嚴禁廢棄物混合儲存，防止產(chǎn)生新的有害物質(zhì)或釀成事故。(4)廢棄物儲存容器應放在指定的場所，避光，遠離熱源。(5)廢棄物(包括廢棄藥品瓶、試劑瓶)應在規(guī)定的時間內(nèi)進行處理。

2．5實驗室“三廢”的妥善處理

實驗室“三廢”包括液體、氣體、固體三類。減少實驗室“三廢”應從源頭做起，開展全過程的“三廢”管理。實驗室應有具體的排污管理方案，使“三廢”處理更加規(guī)范化［5］。(1)廢氣的排放。使用有毒、對環(huán)境污染嚴重的氣體，應按需使用，若使用不完則采取回收或其他方法減少其排放量，有毒氣產(chǎn)生的實驗應該在通風櫥中進行，這樣可使室內(nèi)的有毒氣體排入上層大氣中，以保護實驗人員的身體健康。(2)廢液處理。值日生或?qū)嶒炄藛T應將實驗過程中產(chǎn)生的廢液收集起來，將它們置于廢液桶。實驗結(jié)束后按廢液的性質(zhì)進行回收并定期送到指定的廢液處理單位進行處理;對清洗儀器產(chǎn)生的廢水，應由實驗室內(nèi)的排水系統(tǒng)集中回流到一個中和緩沖池中，進一步降低其對環(huán)境的污染，再將其排放。(3)廢渣處理。實驗過程中產(chǎn)生的廢渣要統(tǒng)一收集，按其危害性、毒性等情況采取相應的措施，盡可能減其毒害性，再統(tǒng)一處理。

3化學實驗的微型化與綠色化

為了減少化學實驗對環(huán)境的污染，應盡量嘗試對化學實驗的微型化與綠色化［6－7］，以盡可能少的化學試劑來獲取所需化學信息。雖然在微型化學實驗中化學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，反應時間也大為縮短，但其卻可以達到效果的準確、明顯，實驗的安全、攜帶的方便和防止環(huán)境污染等目的［8］。在化學實驗中，有些實驗存在安全隱患，有些操作困難，甚至有的偏遠山區(qū)中學由于條件限制，學生根本沒機會做實驗，根據(jù)微型化學實驗的安全節(jié)約原則，教師可以帶領(lǐng)學生選擇性自制實驗儀器，并進行一些探究性實驗和家庭實驗，這不僅能幫助學生理解化學概念，還能培養(yǎng)學生的觀察動手能力，大大激發(fā)學生的學習興趣。微型化實驗具有節(jié)省試劑、減少污染、快速、安全等特點，所以化學實驗的微型化是我國中學乃至大學化學實驗改革的方向之一?；瘜W實驗微型化的主要途徑有減少反應物用量和實驗裝置的改進。

3．1減少反應物用量

在教學過程中，無論是教師演示實驗還是學生自己動手做實驗，都不同程度存在只注重實驗現(xiàn)象而忽略反應物的用量和實驗廢棄物的處理問題，這樣不自覺會沖淡學生環(huán)保意識和實驗簡約化的原則［9］。多年來，化學實驗工作者在進行化學實驗時，藥品的用量均以常規(guī)量進行。為了達到實驗微型化，減少化學實驗污染物的排放，在化學實驗中，實驗者必須轉(zhuǎn)換觀念，嘗試在不影響實驗結(jié)果和實驗現(xiàn)象觀察的情況下對實驗的反應物用量進行控制［10］。(1)對于只需觀察實驗現(xiàn)象的實驗，應將反應物用量控制在有明顯現(xiàn)象即可。如金屬間的置換、酸堿指示劑的顯色反應、過濾、溶解等基本實驗操作都可以在反應物用量上進行控制。例如鐘國清［11］開展了滴定分析化學實驗的小量化和減量化改革與實踐，實驗結(jié)果表明，減量化滴定能夠達到常量滴定分析要求的精密度與準確度，可以滿足滴定分析實驗的教學要求，有利于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和認真細致的工作習慣，使學生樹立綠色化學思想和環(huán)保意識，同時大幅度降低實驗消耗、節(jié)省實驗經(jīng)費，全面提高人才的培養(yǎng)質(zhì)量和效益。(2)物質(zhì)的制取和性質(zhì)實驗同時進行，這樣既能節(jié)約試劑，又能減少污染，從而達到節(jié)約資源，實現(xiàn)綠色環(huán)保的目的。比如氯氣的制備及其性質(zhì)實驗:①制取氯氣。在微型燒瓶里加入少量高錳酸鉀粉末，由分液漏斗向燒瓶中加入濃鹽酸，使反應進行(用排飽和食鹽水法收集);②現(xiàn)象觀察?？煽吹郊瘹馄恐杏悬S綠色氣體產(chǎn)生。制取和顏色觀察同時進行，既減少了藥品用量也減少了有毒氯氣的排放量，從而減少了對環(huán)境的污染。(3)以低污染、低值的物質(zhì)作為實驗用品。如氧氣性質(zhì)實驗中可以用雙氧水代替反應物，進行一定量物質(zhì)的量濃度溶液的配置實驗時，可以選擇小的容量瓶等。

3．2改進實驗裝置

在化學實驗教學中，實驗者要積極在實驗內(nèi)容、方法以及儀器裝備等方面實現(xiàn)化學實驗的整體微型化。應大膽嘗試實驗藥品代用品，自行設(shè)計制作一些小巧實用的微型儀器或裝置來進行常規(guī)實驗的微型化改進［12］。李世權(quán)［13］將注射器用于空氣中氧氣含量的測定，按照人教社中學化學課本上的實驗裝置測定空氣中含量時，存在以下問題:容器較大，如果將其容積5等分存在一定誤差，從而導致實驗測得的含量不準確;所需紅磷較多;水位上升位置誤差較大，李世權(quán)的改進實驗實現(xiàn)了空氣中氧氣含量測定實驗的微型化。朱心奇［14］巧用濾紙做酸、堿指示劑作用的實驗，將濾紙裁成條狀平放在玻璃板上，滴加不同的試液，晾干后即可得到相應的試紙，在做酸、堿指示劑作用的實驗時，把濾紙裁成1cm2見方的小塊放在玻璃片上，滴上酸或堿，再滴上相應的指示劑，即可看到顏色的變化，實驗現(xiàn)象更加直觀，改進后只要幾滴即可完成從而也節(jié)約了試劑。

3．3開展微型綠色化學實驗遇到的問題

在化學實驗中實現(xiàn)化學實驗的微型化具有現(xiàn)實意義，它既可以節(jié)約試劑，也可以減少化學實驗對環(huán)境的污染，但在開展微型綠色化學實驗的過程中存在以下問題。(1)化學實驗裝置的微型化與藥品用量的微量化會使微型化學實驗在操作上與一般實驗不同，所以微型化學實驗在培養(yǎng)學生基本操作技能方面存在一定的局限性。(2)微型化學實驗與一般實驗儀器差別較大，教師在指導微型化學實驗時一定要注意實驗條件的探索。比如微型塑料型儀器不能加熱，因為塑料本身能與一些化學試劑發(fā)生反應而使其應用受到影響。

4虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)及應用

化學類虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)及應用可以改善化學類專業(yè)的實驗教學中試劑消耗大、成本高、實驗條件苛刻、難以進行真實實驗及克服實驗潛在風險等缺點，實現(xiàn)實驗教學的“立體化”，在提高學生的學習興趣和拓寬學生的知識受益面的同時，減少了化學實驗排放物環(huán)境的污染。當然，虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)需要大量的財力支持，不具備此條件的學校，尤其是中學，可以與相關(guān)平臺建設(shè)學校達成使用協(xié)議，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源共享，達到實驗的目的。多媒體網(wǎng)絡技術(shù)利用計算機對文本、圖形、聲音、動畫等多種信息綜合處理，建立邏輯關(guān)系和人機交互作用的技術(shù)。將PowerPoint，F(xiàn)lash等軟件應用于化學實驗，能使文本、圖形、聲音等多媒體信息二次有機結(jié)合在一起，使其具有簡便、靈活及人性化的界面，以提高演示實驗的真實性，生動性，實現(xiàn)人機互動。除可以借助多媒體網(wǎng)絡技術(shù)完成一些有毒、危害性大、污染嚴重的實驗［15］外，也可以利用多媒體技術(shù)對特定裝置和操作復雜的實驗進行微課模擬［16］，讓學生先進行模擬操作，然后再進行真正的實驗。多媒體技術(shù)在化學實驗中，起到對學生進行化學知識和實驗操作技能的演示教學作用，有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)造能力，解決問題的能力，讓學生在在多媒體“實驗室”中暢游，發(fā)揮各自的才能，去探索化學世界的實驗。計算機對不同方法所產(chǎn)生的不同現(xiàn)象都會模擬，并對正確判斷給予正確提示，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神以及創(chuàng)造能力［17］。

5結(jié)語

化學是一門實驗學科，化學實驗是培養(yǎng)全面化學人才的最有效的場所，它貫穿于中學及大學化學教學的全部。在當前全球環(huán)境污染問題日益凸顯的情況下，本文從加強學生環(huán)保意識，建設(shè)綠色化學實驗室，應用微型化學實驗，在化學實驗中引入多媒體技術(shù)等方面就加強化學實驗教學及實踐中的環(huán)保策略及途徑進行了探討，這對于培養(yǎng)學生良好的實驗習慣，強化化學實驗中的環(huán)保意識，樹立綠色化學觀念，減少化學實驗對環(huán)境污染有重要的意義。

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［3］邊貴榮，李建民，崔國輝．現(xiàn)代化學實驗室的建設(shè)探索———實驗室的改造、實踐與探索［J］．中國醫(yī)學裝備，2004(4):23－24．

作者：李志鋒 張樹巧 王曉峰 楊筱平 單位：天水師范學院