（课程与教学论专业论文）化学教学中渗透绿色化学理念的研究.pdf

顾士学位论文 m a sr e r st h e s i s 中文摘要 绿色化学，是一门从源头上阻止污染的化学。它将给人类实现可持续发展带来 希望。世界各国都十分重视绿色化学的发展，绿色化学及其带来的产业革命将在全 球兴起。 中学是人生最重要的学习阶段，中学实施绿色化学教育，无论从中学生的科学 素质的培养，还是从环境责任感与绿色化学理念的形成，都是十分必要的。 本论文共分为五个部分。 第一部分，引言。对绿色化学的萌生背景做了一个简单的介绍。 第二部分，绿色化学概述。先介绍了绿色化学的产生和它的定义，随之阐述了 绿色化学的原则以及国内外研究现状，最后阐述了绿色化学是一种理念，是我们倾 力追求的目标。 第三部分，具体阐述了化学教学中渗透绿色化学理念的必要性。通过对绿色化 学在可持续发展路线、消除人们对化学存在偏见、素质教育中的作用以及对现行的 化学教材中有关绿色化学要素的实例分析的阐述就可明晰我们在化学教学中实施 绿色化学教育的必要性。 第四部分，提出了中学化学教学中渗透绿色化学理念的途径。从课堂教学、试 题编写、日常生活实例、活动课教学、化学课外活动、实验教学到运用网上博客等 几个方面进行剖析。 第五部分，结论。包括本研究得出的结论和启示，以及有待继续研究的问题。 关键词；绿色化学化学教学微型化学实验 a b s t r a c t g r e e nc h e m i s t r yi sak i n do f c h e m i s t r yt op r e v e n tp o l l u t i o ni nt h eb e g i n n i n g i tw i l l b r i n gm o r eh o p ef o re n s u r i n gs u s t a i n a b i l i t y m o r ea n dm o r e c , o u n t r i e sa r o u n dt h ew o r l d t e n dt op a ym o r ea t t e n t i o nt ot h es c i e n c e sd e v e l o p m e n t g r e e nc h e m i s t r ya n di n d u s t r y r e v o l u t i o nb r o u g h ta b o u tb yi ta r em u s h r o o m i n gi nt h ew o r l d s e c o n d a r ys c h o o le d u c a t i o ni st h em o s ti m p o r t a n ti no n e ss t u d yl i f e s oi t i sv e r y e s s e n t i a lt oi m p l e m e n tg r e e nc h e m i s t r ye d u c a t i o ni nm i d d l es c h o o l ，i tc a nn o to n l y c u l t i v a t es t u d e n t s s c i e n c el i t e r a c yb u ta l s oc o l n ei n t ob e i n gt h e i rg r e e nc h e m i s t r yi d e a a n dr e s p o n s i b i l i t yt op r o t c c te n v i r o n m e n t t h et h e s i sc a nb ed i v i d e di n t of i v ep a r t s t h ef i r s tp a r ti sf o r e w o r d i ts i m p l yi n t r o d u c e st h eg e n e r a t e db a c k g r o u n do fg r e e n c h e m i s t r y t h es e c o n dp a r t , i ti n t r o d u c e sg e n e r a ld e s c r i p t i o no fg r e e nc h e m i s t r y f i r s t l y , t h e t h e s i si n t r o d u c e st h eg e n e r a t i o na n dd e f t n i t i o no f g r e e nc h e m i s t r y , s e c o n d l y ，i te x p a t i a t e s t h ep r i n c i p l eo fg r e e nc h e m i s t r ya n di t sp r e s e n ts t a t u si nd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a l n a t i o n s ，f i n a l l y ，i te x p a t i a t e sg r e e nc h e m i s t r yw h i c h i sai d e ai st h et a r g e tt h a tw ep u r s u e f o ra l lt i m e t h et h i r dp a r t ，t h et h e s i se x p o u n d st h en e c e s s i t yo f p e r m e a t i n gg r e e nc h e m i s t r yi d e a i nc h e m i s t r yt e a c h i n g a c c o r d i n gt ot h ei n t r o d u c t i o no ft h ef u n c t i o no ft h eg r e e n c h e m i s t r yi ns u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tr o u t e ，r e m o v i n gt h ep e o p l e sp r o u d i c et o t h e c h e m i s t r ya n dt h ec o m p e t e n c ee d u c a t i o n , i ts t i l le x p a t i a t e se x a m p l ea n a l y s i so fg r e e n c h e m i s t r yi nc u r r e n tc h e m i s t r yt e a c h i n gm a t e r i a l s ，w ec a ns e et h en e c e s s i t yo fg r e e n c h e m i s t r ye d u c a t i o ni nc h e m i c a lt e a c h i n g i nf o u r t hp a r t ，i tp r o v i d e st h ea p p r o a c ht op e r m e a t eg r e e nc h e m i s t r yi d e ai np r a c t i c e o f t h ec h e m i s t r yt e a c h i n g i ta n a t o m i e sm a n ya s p e c t s ：c l a s s - t e a c h i n g ，t e s tq u e s t i o n - c o m p i l i n g , e x a m p l e so fd a i l yl i f e , f l e x i b l el e s s o nt e a c h i n g , c h e m i s t r ye x t r a c u r r i c u l a r a c t i v i t y , e x p e r i m e n t - t e a c h i n ga n d t h eu s a g eo f b l o wo nn e t t h ef i f t hp a r ti sc o n c l u s i o n s i n c l u d i n gt h ec o n c l u s i o n sa n di n s p i r a t i o n so ft h i s r e s e a r c h ，a n dt h ef o l l o w i n gr e s e a r c hs u b j e e t st ob ed e s i r e d k e yw o r d s ：g r e e nc h e m i s t r y ；c h e m i s t r yt e a c h i n g ；m i c r os c a l ec h e m i c a le x p e r i m e n t 磺士擘位论文 m a s t e r 。st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：至2 么易 日期7 年月日 学位论文版权使用授权书 ，本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 诈者签名： 日期叼 | 圣；2 叛 年s 月，日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益。圃童途塞埕窑卮进卮；旦兰生；旦= 釜；旦三生蕉塑! 作者签名：圣；2 掳 吼叩年( 月f 目 掰肌 受月 硼 戳伊 师期 对枷袭月袜年 数叩 师期 硕士学位论文 m a sr e rs t h e s i s 1 引言 近年来，随着环境污染的加剧和人类对环境问题的关心，化学和化学家面临着 前所未有的挑战。很多人对化学工业提出质疑，认为环境变差，化学是罪魁祸首， 化学家应负首责。化学在物资财富和现代文明方面为人类所做出的无与伦比的贡 献，似乎一下子被黑色的污水、黄色的烟尘、五颜六色的废渣和看不见的无色毒物 湮灭了。于是，人们开始厌恶化学，进而对化学产生一种莫名其妙的恐惧心理，害 怕、逃避与化学有关联的事物，于是就出现了：凡是有“人工添加剂”的食品都不 受欢迎；化纤衣料的身价一跌再跌，而纯棉织物却大受青睐；化妆品在广告中更是 反复强调本品不含任何“化学物质”等。再加上沙尘暴、酸雨等自然灾害，“工业 三废”的污染，现代人们似乎已到了对化学及化学工业“谈化色变”的地步，英语 中甚至出现了一个新词汇“c h e m o p h o b i a ”( 化学恐惧症) ”l 。还有人过激的提出要放 弃现代生产与生活方式，“返朴归真”回到原始自然中去。“纯天然制品”、“不 含任何化学添加剂”成了许多食品和化妆品的广告词。这一切，对化学和化学工作 者来说，显然是不公正的，但化学工作者却从中看到了化学对于整个人类生存环境 所肩负的神圣责任，在这种形势下，综合考虑环保、经济、社会以及化学工业自身 发展的要求，于是，2 0 世纪9 0 年代初，一个崭新的化学理念一绿色化学萌生了。 2 绿色化学概述 2 1 绿色化学的产生 2 1 1 化学工业带来的环境问题1 2 i 我们只有一个地球，它是人类赖以生存的空间。 化学研究的进展和化工科技的进步，为人类带来了巨大的益处，如药品的发展 有助于治愈疾病。延长人类的寿命；聚合物技术的创新，有助于制衣和建筑材料的 更新换代；农药化肥的发展，控制了虫害，提高了产量。目前世界化学化工产品己 达到7 万种之多，化工总产值约1 万亿美元。然而，制造这些化学品时，也带来了 新的问题，即能源的浪费和环境的污染。 世界自然基金会1 9 9 8 年l o 月1 日发表题为“活的地球指数”报告，指出1 9 7 0 年到1 9 9 5 年的这2 5 年间，地球损失了l 3 以上的自然资源( 人民日报1 9 9 8 1 0 3 ： 中国剪报1 9 9 8 1 0 2 3 。第四版) 。 罗马俱乐部曾经发表过增长的极限，文章警告说，经济如果无限增长的话， 用不了1 0 0 年，地球上大部分天然资源将会枯竭p 1 。 化学工业是仅次于核工业的第二污染大户，据统计，世界每年生产的人工合成 的有毒化合物约5 0 万种，共4 0 0 万吨，所有这些物质，几乎近一半滞留在大气和 江、河、湖、海内，每年还将有1 8 万吨的铅和磷，3 0 0 0 万吨的汞以及各种有毒重 金属流入水体内，另外，每年还有2 0 0 万吨石油流进海洋【4 】。 我国环境污染严重，据计算以1 9 9 3 年价格指数为折合，我国2 0 世纪9 0 年代 初的污染损失已高达1 0 0 0 亿元以上，占1 9 9 3 年国民总值的3 ( 经济与信息1 9 9 6 年第三期；摘自报刊文摘1 9 9 6 4 ，1 l ，第二版) 。 全世界目前每年产生3 亿4 亿吨危险废弃物，中国化工业排放的废水、废气 和固体废物分别占全国工业排放总量的2 2 5 、7 8 2 和5 9 3 ，化学工业是最大的 有害物质释放工业，给人们带来了不小的灾难，解决污染问题对化学工业与化学研 究者提出了科学挑战，同时也带来了巨大的研究和发展机遇。 2 1 2 可持续发展战略方针嘲 科学进步对环境造成的最严重危害之一，就是损及全世界的生态链。 可持续发展是人类自身与环境关系发展的一种新的战略，其核心是寻求一条人 口、经济、社会、环境和资源相互协调的，既能满足当代人的需求又不会对满足后 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 代人需求的能力构成危害的发展道路。可持续发展既要求推进人类发展，又要求促 进与自然和谐；既有别于不计自然成本的传统经济发展观念，又不同于消极保持自 然环境的“零增长”观念。它主要包括三方面，首先，可持续发展的经济观强调不 但要重视经济发展的数量，而且更要重视其发展的质量，它要求改变传统的“高投 入、高消耗、高污染、低效率”为特征的生产方式和消费模式，而实行清洁生产和 文明消费，以提高经济效益，避免单纯追求产值和人均实际收入的经济增长。其次， 可持续发展的生态观要求人类发展要与自然承载能力相协调，强调只有在尊重自然 界自身发展的前提下，考虑人类的发展，维护人与自然的和谐，人类社会才能得到 真正的发展。所以，在发展的同时，保护和改善生态环境，必须解决现有的环境污 染问题。第三，可持续发展的社会观强调发展的本质应包括提高人类生活质量和健 康水平，发展高新技术在满足当代人的需要的同时，要公正对待后代人，不对后代 满足其需要构成危害，保证代际平等。由此可见，可持续发展把经济可持续发展作 为基础、生态可持续发展作为条件，最后达到整个人类社会发展的可持续性。它作 为人类发展的新模式，将导致人类文明产生新转换。在推进人类发展的同时，促进 人与自然和谐，达到经济、生态和社会协调发展，从而提高人类生活水准。改革开 放以来，中国经济持续高速增长，而人口基数庞大并仍在不断膨胀，能源、资源的 大量消耗，环境问题与生态压力与日俱增等，均对2 1 世纪中国的环境与发展提出 了严峻的挑战。 实施可持续发展战略是一场深刻的社会变革，国内外的实践已经表明，国民经 济与社会发展不能走“先污染、后治理”的路线，必须按可持续发展的要求，全方 位调整产业结构，提高各行各业的技术水平，要实现工业清洁生产，控制污染排放。 总之，防治污染的首选方案就是不产生污染，就是要搞绿色合成、清洁工艺， 这是化学工业执行可持续发展方针的必由之路。 2 1 32 1 世纪化学工业的展望 化学工业在历次产业革命中都扮演着重要角色，化学作为分子科学的基础，影 响动物、植物和人类生活及环绕我们的物质世界，世界上如果没有化学工业，就会 没有现代化的医学、交通、通信与生活消费品。化学制品的生产和使用造成了影响 巨大的全球环境问题，而另一方面，这些环境和生态问题以及人类健康问题的解决， 在很大程度上又要依靠化学和化工技术提供替代产品、处理技术和环境生态适应型 技术及产品的开发推新。例如新的固定c 0 2 技术，将使c 0 2 转化为可用能源和具有 实用价值的产品；开发吸水聚合物改造土壤，结合生物技术实现沙漠造林；开发光 硕士学位论文 m a s t e r st h e $ i s 降解塑料和生物降解塑料，缓解环境中的白色污染。因此，未来的化学工业一方面 要从技术上减少和消除对大气、土地和水域的污染，另一方面要从工艺改革、品种 更替和环境控制上解决全球污染和资源短缺的问题。 科技进步是实现人类社会可持续发展的基础和关键，而绿色化学则为可持续发 展提供了重要的途径和方法。2 0 世纪初，发展化学工业靠的是技术创新，2 l 世纪 新时代，化学工业的发展寄托在创新的绿色化学之上。在2 1 世纪，化学不绿色化， 化学工业就不能够现代化，化工产品就不会有国际市场f 6 l 。 2 2 绿色化学的定义 绿色化学( g r e e nc h e m i s t r y ) ，又称为环境无害化学( e n v i r o n m e n t a lb e n i g n c h e m i s t r y ) 、清洁化学( c l e a nc h e m i s t r y ) ，是利用化学的技术与方法来降低或消除化 学产品设计、制造与应用中有害物质的使用与产生，使所设计的化学产品或过程更 加环境友好，是- - t l 从源头上阻止污染的化学r 7 l 。 绿色化学要求化学家在研究和设计化学品和化学过程的同时，考虑它的环境负 作用，尽可能减小环境负作用，并且考虑它在技术上和经济上的可行性，所以绿色 化学是从环境保护、科学技术和经济效益三方面来考虑的。 绿色化学的目标是研究和寻找能充分利用的无毒、无害原材料，最大限度地节 约能源，并在各个环节都实现净化和无污染的反应途径工艺。概括地说，就是最大 限度地节约能源和实现零排放。而对全球性的资源短缺和环境污染，我们应尽量利 用可再生的无污染资源和能源，如纤维素、淀粉、氢能源、太阳能、风能。在化学 过程的各个环节都应预防污染，实现有毒有害物质的零排放。 绿色化学与环境治理是完全不同的概念。环境治理是对已被污染的环境进行治 理，使之恢复到被污染前的面目，而绿色化学则是从源头上阻止污染物生成的新策 略，即所谓污染预防。既然没有污染物的使用、生成和排放，也就没有环境被污染 的问题( s i 。所以绿色化学是一种更高层次的环境友好化学，体现的是原子经济性， 实现“零排放”，它不但具有重大的社会、环境和经济效益，而且说明化学的负面 作用是可以避免的。绿色化学与环境治理又是有联系的，它们都是围绕一个共同的 中心问题一环境污染。因此，利用它们的联系，注意二者正确的结合，是可以一 举两得的。人们必须转换思想，以“绿色”为核心谈环保，这才是正确的可持续的 行为。 2 3 绿色化学所遵循的原则1 9 i 为了达到绿色化学所预期的目标，那么人们在实施过程中，应遵循一定的原则， 4 硕士学位论文 m a s t e r + sq - h e s i s 在p a u lt a n a s t a s 和j o h nc w a r n e r 编写的( ( g r e e nc h e m i s t r y ：t h e o r ya n dp r a c t i c e ) ) 一 书中，提出了绿色化学的1 2 条原则，这些原则可作为化学家开发和评估化学品和 化学过程是否绿色的指导方针和标准。 预防：最好是防止废物的产生而不是产生后再来处理。 原子经济性：设计能将所有反应物转化到最终产物中的合成方法，合成方法 应设计成能将所有的起始物质嵌并入最终产物中。 低毒害化学合成：设计的合成方法中所采用的原料与生成的产物对人类与环 境都应当是低毒或无毒的。 设计较安全的化学物：设计的化学品应在实现其期望功效的同时，降低它们 的毒性。 使用较安全的溶剂和辅助剂：应尽量不使用辅助物质( 如溶剂、分离试剂等) ， 必须用时也应使用无毒的。 有节能效益的设计：化学过程的能量需求应该被它们对环境和经济的影响所 接受，应尽量减少能量消耗，如果可能，合成方法应当以外界温度和压力为导向。 应用可再生反应物：只要技术和经济上可行，反应物的原材料应是可再生的， 而不是那些正在耗尽的原材料。 减少运用衍生物：如果可能，不必要的衍生过程( 如阻碍基因的应用，保护 与去保护，物理与化学过程的暂时修饰) 应该减少或避免，因为这样的步骤要用外 加试剂并且可能产生废物。 催化剂：使用高效高选择性的催化剂，而不是靠提高反应物配料比。 设计可降解产物：化学产物应当设计成为在使用之后能降解成为无毒害的降 解产物而不残存于环境之中。 及时分析，预防污染：要进一步开发分析方法，使其可及时现场分析，并且 能够在有害物质生成之前就予以控制。 安全化学，预防危险：在化学过程中，使用的各种物质以及物质形态应给予 考虑，尽量减小包括泄漏、爆炸、火灾在内的潜在化学事故。 2 4 绿色化学国内外的历史发展与现状 美国自2 0 世纪9 0 年代提出了绿色化学的理念以来，在这十几年中发展非常迅 速，1 9 9 0 年，美国通过了一个“防止污染行动”的法令，该行动鼓励工业界和化学 界的化学工作者去研究新的技术和方法，以避免产生和使用有害物质，鼓励化学家 去检讨老的合成路线，摸索新的绿色反应条件。1 9 9 1 年后，“绿色化学”由美国化 学会( a c s ) 提出并成为美国环境保护局( e p a ) 的中心口号。1 9 9 5 年，美国总统克林 顿设立了一个新奖项“总统绿色化学挑战奖”，从1 9 9 6 年开始，每年对在绿色化学 方面做出重要贡献的化学家和企业颁奖。2 0 0 0 年，美国化学学会出版了第一本绿色 化学教科书。为更好地突出奖项绿色化学的宗旨，2 0 0 6 年对“总统绿色化学挑战奖” 的提法作了一些变动：更新合成路线奖改为绿色合成路线奖，变更溶剂和反应条件 奖变为绿色反应条件奖，设计更安全化学品奖变为设计绿色化学品奖，小企业奖和 学术奖提法未变。所有这些活动推动了绿色化学在美国迅速发展。 美国和英国等国家很早就组织编写绿色化学的教育材料并制订了相应的教育 计划。1 9 9 8 年，美国化学会的教育部门和美国环保署污染预防和毒物办公室签署了 两份合作协议：共同编制和宣传绿色化学教育材料，开发绿色化学实验设备；寻找 提高社会公众绿色化学意识的有效方法。随后，c a n n 等在r e a l w o r l dc a s e si ng r e e n c h e m i s t r y ) ) 一书中收集了“总统绿色化学挑战奖”获奖者的研究事例并配有作者的 评价、背景资料、应用的绿色化学原则及思考题等。美国化学会还发行了一盘题为 “g r e e nc h e m i s t r y ：i n n o v a t i o n sf o rac l e a n e rw o r l d ”的录像带，这盘长为1 5 r a i n 的录像 对于高中生和普通公众也是适用的。值得指出的是，英国由p a u lt a n a s t a s 和j o h nc w a m e r 在g r e e nc h e m i s t r y ：t h e o r ya n dp r a c f i c e 一书中详细地提出了绿色化学的基 本原则和评估方法，并对绿色化学的发展趋势作了科学的预测，一时间该书成为不 同人士学习绿色化学的经典之作，并被用作化学专业大学生和研究生的参考教材。 美国化学会教育部门还针对高中生和化学专业大学生的绿色化学教育分别出版发 行了c h e mm a t t e r s ) ) 和i nc h e m i s t r y ) ) 两种期刊，每期高中生和大学生读者分别有 大约5 0 0 0 人和1 0 0 0 0 人。 日本制定了以环境无害制造技术等绿色化学为内容的“新阳光计划”，欧洲和 拉美地区也纷纷制定了绿色化学与技术的科研计划。此外，有关绿色化学的国际学 术会议不断增加，展示了有关绿色化学的最新研究成果，受到了学术界的高度重视。 日本和德国的化学会在推动本国的绿色化学教育方面也起了领导作用。除了美国等 发达国家之外，印度的教育部门正在积极为化学专业的大学化学教师编撰绿色化学 教育培训材料。 在我国，绿色化学方面的活动也逐渐活跃，1 9 9 5 年中国科学院化学部确定了绿 色化学与技术推进化工生产可持续发展的途径的院士咨询课题，1 9 9 6 年召开 了“工业生产中绿色化学与技术”研讨会，1 9 9 7 年。由国家科委主办的香山科学会 议在北京召开，会议的主题就是可持续问题对科学的挑战绿色化学。可以说 这个会议宣告了我国绿色化学研究和开发工作己正式起步。1 9 9 8 年我国举办了第一 6 硕士学位论文 m a s t e r st h g s l $ 届绿色化学高级研讨会，1 9 9 9 年，国家自然科学基金委设立了“用金属有机化学研 究绿色化学中的基本问题”的重点项目。5 月，在成都举办了第二届国际绿色化学 高级研讨会，绿色化学与技术专著即将出版。1 2 月，在北京九华山庄举行了第 1 6 次九华科学论坛，会议从科学发展和国家长远需求的战略高度，对绿色化学的基 本科学问题进行了充分的研讨和论证，初步提出了绿色化学近期研究工作重点。 2 0 0 0 年5 月第三届国际绿色化学高级研讨会在广州举行，并出版了绿色化学论文集， 2 0 0 1 年3 月3 1 日第四届国际绿色化学高级研讨会在山东大学举办，绿色化学在中国 虽然起步较晚，但在近几年受到了充分的重视，中国科学院院士朱清时是绿色化学 的积极倡导者之一。这些研讨无疑推动了绿色化学在我国的迅速发展，并不断取得 新的研究成果。 我国的一些高等院校也开始开设绿色化学课程并编写教科书。我国的中国科技 大学在1 9 9 8 年6 月顺利完成了首轮绿色化学课的教学，其它许多高校也在教学中 溶入了绿色化学的内容。 随着绿色化学在我国的迅速发展，些化学工作者提出了在中学进行绿色化学 教育的思想，并进行了初步的探索，如在绿色化学一化学教育的新课题这篇 文章中，作者提出了中学应进行绿色化学教育的思想，并提出了更新观念，更新教 材，利用现代化教学手段，进行绿色化学教学的一系列建议，再如在中学化学教 学中“绿色化学”意识渗透浅谈一文中，作者根据自己的教学实践和中学化学教 学的特点，就如何在中学化学教学中自然、和谐、生动地渗透“绿色化学”意识教 育作了初步探索。在在化学实验设计和实施中体现绿色化学理念的初步实践一 文中指出了中学化学教学实验绿色化的必要性和可行性。 绿色化学进入教育领域，从而进入化学教育，这是一种必然的趋势。目前，只 是一些化学教育者对绿色化学教育的初步探索，中学化学的绿色化教育并不是一项 简单的工作，它需要许多的化学教育工作者共同努力，经过长时问的探索和研究才 能实现。但由于绿色化学对环境保护的有效性和素质教育的提高，实现中学化学教 育的绿色化有着现实的和长远的意义，从而使这一崭新的课题能吸引更多的化学工 作者去探索和研究，使中学化学教育绿色化成为可能。 2 。5 绿色化学种新的化学理念1 1 0 1 绿色化学的目标就是追求完美。但是必须明白。向完美每跨进一步都得克服不 小的困难，正是逐步一个一个地克服一系列困难之后，方可达到这一目标。 由于物质及人类活动本身有其内在的运动规律，因此，任何物质和人类活动对 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 人类本身及环境均会有或多或少的影响。那是不是意味着“没有什么物质是对人类、 对环境友好的，我们追求的完美无缺的绿色化学仅仅是一种理想状态而无法实现 的”昵? 目前绿色化学领域取得的进展已经对此作出了否定的回答。这方面取得的 成果不仅解决了传统方法造成的对环境、对人类健康的危害，同时在经济技术指标、 原料有效利用、过程效益等方面均取得了良好效果，因此已成为市场驱动和利益驱 动的技术。诚然，要绝对区分哪一种物质、哪一过程对环境更加友好是十分困难的， 很难构筑一张物质过程对人类、对环境危害的定量表。对过程而言，在一个反应中 改变一种物质，通常就会改变产品的整个生产过程，因此极难对不同过程对人和环 境的影响进行定量的度量。但是，利用目前已经拥有的、大量的关于个别化学物质 和化学过程对人类健康和对环境影响程度的数据，还是能对许多物质和许多过程作 出明确的判断。某些毒性比其他分子小得多的分子，具有与那些毒性分子相同或相 似的实用功能：不少合成过程与其他过程相比，具有明显的优点。相对的讲，我们 是知道哪些物质与其他物质相比对人类、对环境更加有害；哪些过程与其他过程相 比对人类、对环境更加有害。根据这些知识，在一定场合、一定特定合成或某一特 定过程中，可以采用对我们最有利的物质和方法。 很明显，绿色化学要求负作用尽可能小，它是一种理念，是人们应该倾力追求 的目标。 8 硕士学位论文 m a s f e rs t h e s i s 3 化学教学中渗透绿色化学理念的必要性 3 12 l 世纪的科学绿色化学 绿色化学是一种面向2 l 世纪的高层次化学。它与传统化学的最大区别就在于 绿色化学考虑了环境负作用。而传统化学追求化合物的功能、有效性和化学反应的 速率，较少去研究不利的、有害的因素因为化学家欠缺这方面的知识和训练。绿 色化学就是针对传统化学的这方面的不足提出来的。新任美国化学会会长 e a n d e r s o n 在就职文章中指出，化学家在2 l 世纪要学习研究的首要领域是更安全的 化学，从而也说明了绿色化学的发展前景。 绿色化学对环境保护是有效的，但是由于过去的2 0 世纪人类对环境保护的忽 略，目前生态环境已遭到破坏，所以综合治理在目前甚至在2 l 世纪都是必要的。 例如目前已有了将废弃物转化为汽油、柴油的技术和设备。随着人类意识的觉醒， 科学技术的发展，预防污染必将占主导地位，而综合治理则降为次要地位。在2 l 世纪，应建立以预防为主、综合治理为辅的环境保护新策略。 3 2 绿色化学可持续发展的必由之路1 6 j 迄今为止，化学工业的绝大多数工艺都是2 0 多年前开发的，当时的加工费用主 要包括原材料、能耗和劳动力的费用。近年来，由于化学工业向大气、水和土壤等 排放了大量有毒、有害的物质( 以1 9 9 3 年为例，美国仅按3 6 5 种有毒物质排放估算， 化学工业的排放量为1 3 6 x 1 0 9k g ) ，因此加工费用又增加了废物控制、处理和埋放， 环保监测、达标，事故责任赔偿等费用。1 9 9 2 年，美国化学工业用于环保的费用为 1 1 5 0 亿美元，清理已污染地区花去7 0 0 0 亿美元。1 9 9 6 年美国d u p o n t 公司的化学品销 售总额为1 8 0 亿美元，环保费用为l o 亿美元。最近进行过的一系列检测表明，我国 城市儿童中已有一半左右血铅含量超过了国际公认的铅中毒标准。在工业区内的儿 童，铅中毒率高达8 5 ( 上海和沈阳等城市工业区内的儿童几乎高达1 0 0 ) 。在繁 忙的交通要道附近的小学生，平均血铅含量甚至比铅中毒标准高3 9 倍。血铅含量增 高会导致智能降低和注意力缺失( 引起儿童多动症) 。 关闭造成严重污染的一些工厂，可暂时缓解环境问题，但工人下岗会造成社会 不稳定，况且国外资本家可能乘机低价倾销，使我国的民族工业面临危机。因此解 决我国环境问题的根本出路是依靠科学技术的进步。我们必须找到一条不破坏环境 和可持续发展的路。当前全球十大环境问题是：大气污染；臭氧层破坏；全 9 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i s 球变暖；海洋污染；淡水资源紧张和污染；土地退化和沙漠化；森林锐减： 生物多样化减少；环境公害；有毒化学品和危险废物。其中、 、这七个问题直接与化工产品的化学物质污染有关，另外三个问题也与它 们有间接关系，因此根治环境污染以达到可持续发展的必由之路是大力发展绿色化 学。 3 3 消除人们对化学存在偏见的有效方法之绿色化学 化学在人们的衣食住行中起着重要的作用，生命的基础是化学物质。化学在工 业、农业和人体健康中起关键作用。化学科学的研究成果和化学知识的应用，使每 一个普通家庭都受益匪浅，更不用说化学药物对人类防病祛疫、延年益寿，更好地 享受生活等方面起到的作用。但化学在对人类作出巨大贡献的同时，化学品与化学 过程也给人类带来了灾难。由于矿物燃烧，大气中二氧化碳浓度增大而造成的温度 效应；硫氧化物与氮氧化物大量排放而造成的酸雨污染；由于汽车尾气排放，氮氧 化物和碳氢化物在光照下发生的光化学烟雾污染；由于大量使用氟氯化物造成高空 平流层臭氧层的破坏。于是，化学甚至成为“有毒”、“污染”的代名词，“不 含任何化学物质”成了一句广告语。很多人对化学工业提出质疑，认为环境变差， 化学是罪魁祸酋。进而人们开始厌恶化学，对化学产生一种莫名其妙的恐惧，害怕、 逃避与化学有关的事物。 曾有人引用r o b e r te k e n n e d y 的话：“一些人看到事情的现状，然后问为什么会 这样。我看到的是事物应有的状况，并问为什么不是那样”。化学家们必须力图使 他们所做的工作和他们所用的物质尽可能的对环境无害，其最基本的一个哲学问题 是，他们能够做到这些。利用对化学物质的修饰和改造的知识，结合从各个渠道极 易获得的有害物品的基本毒性数据，化学家们有能力来降低或消除化学工业对化学 家自身，以及对整个社会的危害【1 1 1 。， 当然，仅有化学家们的努力是远远不够的，需要各行各业的人在社会活动中自 觉调整行为，以达到人与自然的和谐共处，中学化学教育在这方面显得尤为突出。 中学教育关系着2 1 世纪人才的培养，关系着我国可持续发展战略目标的实现。绿色 化学意识的宣传教育也必须从中学教育抓起，才能使绿色化学从学术界圈子中走出 来，受到我国广大公众的理解与关注。中学化学教育不仅要使学生懂得基础化学原 理，了解物质化学变化的基本规律，更要使学生知道人类怎样运用化学科学来避害 扬利，尤其是绿色化学起到的重大作用。中学化学教育中虽然还不能系统地讲解绿 色化学理论，全面介绍绿色化学技术方法，但在化学教育中应该也可以加强绿色化 1 0 学思想的宣传，使学生清除从社会上带来的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，保护土壤、 水质及生态环境中的重要贡献，介绍化学产品对提高生活质量，保障人类健康和安 全方面所起的作用。从而使学生增加学习化学的兴趣，明确化学学习的目的，使学 生逐渐树立尊重自然，与自然和谐发展的信念。 3 4 绿色化学理念的教育是素质教育的一部分 中学阶段跨越人生的少年晚期和青年早期。少年期是人生的“起飞期”，青年 期是人生的“定向期”f l “。因此，中学教育是人生的最重要的教育，学生的人生观、 价值观都在这一时期基本形成。我们不仅要对学生进行传统的“知识教育”，而且 要进行国民素质和科学素质教育。 大家常说素质教育，人的素质包括思想政治素质、知识素质、身体素质、心理 素质等，而绿色化学理念教育意识的培养正是知识素质的重要内容，同时又是其它 素质的综合体现，绿色化学教育是化学教育内容上的重大更新，是实旌可持续发展 的重要组成部分【】”。绿色化学教育基于知识素质，同时又凌驾于知识素质，是学生 综合素质的集中反映。绿色化学教育是化学教育的前沿，又是化学教育发展的必须。 如果要成为全面发展并具备很高的综合素质的人，就必须接受绿色化学教育，培养 绿色化学的意识。虽然有的学生和教育工作者不是从事化学化工专业，但也应具有 绿色化学的知识，具有绿色化学的常识，这是每一公民应该做到的，也是建设我们 未来美好家园的保证【1 4 l 。 绿色化学教育与当今世界广泛推祟的s t s ( 科学s c i e n c e 、技术t e c h n o l o g y 、社 会s o c i e t y ) 教育思想是不谋而合的，应该成为中学素质教育的一部分。它有利于培 养学生利用所学的化学知识，关心和参与社会热点问题，认清社会上目前存在的一 些对化学的误解，更加坚信化学的未来，增强学习化学的兴趣。它有利于引导学生 热爱自然、尊重自然、与自然和谐发展，牢固树立绿色意识，自觉地成为未来的绿 色人才。 3 5 绿色化学是指导中学化学新课程改革的最佳切入口 绿色化学是人类和自然和谐的化学，是面向未来提出的化学新概念，同时也为 中学化学教学提出了新的课题。绿色化学对我国广大化学工作者来说，或许还是一 个新概念，但他们在从事的环境保护、环境教育及微型化学实验研究等实际工作中， 许多方面做到了与绿色化学相一致的要求，在现行中学化学教材中较多内容也充分 体现了绿色化学观，例如，现行中学化学教材中建立了与绿色化学相一致的概念； 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 工业化学渗透了绿色化学观点；教材中有关实验内容充分体现了绿色化学原理；元 素化合物知识内容的编排中，考虑到了绿色化学因素。但是我国中学化学现行教学 大纲的教学内容以及教科书中关于环境保护的知识内容也有不足之处，而这些不足 之处恰恰可以通过绿色化学知识及其思想的渗透来进行补充。 首先，关于环境教育的知识点编排比较分散，缺乏系统整合，难以形成整体观 念，没有一个统一的主线把知识点联系起来。如果在整个教材中，渗透绿色化学的 目标和理念，把所有知识点联系起来，会使知识体系更加完善。预防污染节约能源 的思想贯穿始终，从理论到实验，进行系统的环境教育。 其次，关于环境教育的内容几乎都是“环境恶化”“环境污染”的情况介绍， 而忽略了教育学生如何运用科学的手段对环境进行保护，这容易使学生产生一种人 类无力改变环境的错误认识，不利于学生环保意识和环保能力的培养。绿色化学是 进行环境保护的有效的科学手段，学生进行绿色化学知识的学习，可以树立正确的 科学态度，进行科学方法论教育，对学生进行环保能力的初步培养。 再次，关于少部分的环境保护措施的介绍都是综合治理，这种以综合治理为主 要手段的环境保护已不适应可持续发展的要求。知识和科学技术是不断更新的，教 育在不断改革，教学内容和教材也不应出现滞后现象。绿色化学和预防污染是随着 环境问题而出现的新概念、新思想，是相对于综合治理的，是一种从源头阻止污染 物的使用、产生和排放的化学工艺，这种新观念、新思想应通过教育手段进行宣传 和普及，培养更适应时代发展的高素质人才。 最后，关于化学教育中的环境教育缺乏理论的指导，忽略了科技进步和科技实 践对理论的形成这方面的知识更新。在现行教材中关于环境方面的知识，大都以实 例说明，或以具体的元索化合物说明，没有其它的理论知识，而绿色化学的目标和 理念，正是化学教育中的环境保护教育的理论指导。以绿色化学的目标和理念为指 导思想，进行环境教育，把绿色化学理论知识的学习与具体元素化合物中污染问题 的学习结合起来，会达到环境教育的良好效果。 正因现行教材存在以上不足，而绿色化学又可以克服环境教育上的这种不足， 所以，以绿色化学理念作为指导中学化学新课程改革的切入口，在教材建设方面进 一步更新，可以通过教学更好地进行环境教育。 3 6 中学化学新课程中有关绿色化学要素的实例分析 在化学新课程标准化学与可持续发展内容标准中写到：能说明合成新物质对人 类生活的影响，讨论在化学合成中遵循“绿色化学”思想的重要性；在活动与探究 1 2 硕士学位论文 m a s t e rst h e s i s 建议中写到查阅资料：符合“绿色化学”思想的化工产品的生产；在化学与健康活 动与探究建议中写到资料收集：“绿色食品”的发展；在化学实验基础内容标准中 写到树立绿色化学思想，形成环境保护的意识。人教社2 0 0 1 年版九年级化学 教科书在第一单元提出了绿色化学，并作出如下定义：绿色化学又称环境友好化学， 它的主要特点是：( 1 ) 充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料：( 2 ) 在无毒、 无害的条件下进行反应，以减少废物向环境排放：( 3 ) 提高原子的利用率，力图使 所有作为原料的原子都转化为产品，实现“零排放”：( 4 ) 生产出有利于环境保护、 社区安全和人类健康的环境友好的产品。从上面可以看出，绿色化学已经在化学新 课程中明确提出，说明了它的重要性已经得到了肯定。 现行初、高中化学教材有与绿色化学内涵相一致的基本概念【1 6 l 。从环境保护角 度介绍了环境污染、三废、大气污染物、酸雨、温室效应( 选学) 等概念，在介绍 概念的同时还分析了有关污染的成因和污染物的主要来源及危害。从减量、减废的 角度介绍了循环操作、资源再生、催化剂改进等概念。下面对中学化学新课程中有 关绿色化学要素的实例进行具体分析。 3 6 1 工业化学渗透了绿色化学观点 中学化学教材中的工业化学内容虽然较为分散也不系统，但都不例外地渗透了 绿色化学观点，这些观点主要体现在： ( 1 ) 节省资源、提高转化率和原料利用率，如：在合成氨工业、氨氧化法制硝 酸( 硝酸工业制法) 、接触法制硫酸( 硫酸工业制法) 、侯氏制碱法( 纯碱工业制 法) 等工艺流程中都采取了循环操作： ( 2 ) 防止或减少环境污染的发生，如：在氨氧化法制硝酸( 硝酸工业制法) 、 接触法制硫酸( 硫酸工业制法) 等工艺中都设立了尾气处理装置，并介绍了尾气回 收的方法及回收物的利用； (