实施绿色化学教育的改革与探索.docx

实施绿色化学教育的改革与探索 唐建生(湖南省第一师范学校数理系，湖南长沙410205)摘要我校通过课堂教学、实验教学、课外活动和实践活动等四个教学环节，采用“适时、适度、适量”的教学原则，传授绿色化学知识和技术、培养绿色化学情感、增强绿色化学意识，使学生了解并接受绿色化学理念，从而树二起正确的环保意识和可持续发展观。关键词1大学化学;教学;绿色化学教育;策略 一、绿色化学概念及现代涵义 伴随着现代工业化的进程，传统化学行业取得了举1日_瞩日的成就，创造了辉煌的业绩。但同时，随着化学物品的人量生产和广泛应用，排放的有毒废物也越来越多，使得全球的生态环境问题日趋严重，人类而临着生存危机。在经历了千方白训一的末端治理而效果并不理想的情况下，1日_界各国重新审视已经走过的环境保护历程。如何继续依靠化学为人类创造更多的物质财富，而又能有效地消除环境污染，实现社会和经济的可持续发展，是当前u待解决的问题。绿色化学山此应运而生。一2 绿色化学，又称为环境无害化学、清洁化学或环境友好化学，它利用一系列原理和方法来减少或消除化学品的设训一、生产及应用中有害物质的使用与产生。3它在始端就采用实现污染预防的科学手段，使过程和终端均为零排放或零污染，从根本上区别十那些通过“三废”处理与利用来治理污染的化学方法，最人限度地追求“原子经济性”。“绿色化学是更高层次的化学。从科学观点看，它是对传统化学思维方式的反思;从环境观点看，它从源头上消除了污染;从经济观点看，它是合理利用资源和能源，降低化工生产成本，符合可持续发展的化学。宁民明显，绿色化学体现了化学科学、技术与社会的相互联系和相互作用，是化学科学高度发展以及社会对化学科学发展的作用的产物，意味着一个新阶段的到来。 绿色化学对环境保护和素质教育的提高是有效的，但我们也不能过高地估计绿色化学的有效性。绿色化学是从环境保护、科学技术和经济效益三方而来考虑的，也存在着制约。从某种意义上说，化学工作者也在尽量寻作者简介1唐建生( 1973-)，男，讲师，硕十。找一个平衡，最人限度地实现绿色化。故绿色化学是一种理念，更是一种责任，是人们应该倾力追求的日标。 二、实施绿色化学教育的必要性和可能性 绿色化学的提出，为化学注入了新的活力，要使绿色化学真正在环境保护上起作用，最终还要靠教育这一根本途径。只有让绿色化学进入教育中，特别是人学化学教育中，再反馈十社会，它才会有真正的社会价值。化学与环境有着密切的关系。绿色化学是化学与环境的有机结合，也是 21世纪高素质教育和可持续发展两人战略日标的完美结合。因此，绿色化学教育进入化学教育领域，这是教育改革的必然趋势。绿色化学教育的实施必须体现其新内容，理论联系实际，要在课程教材中体现绿色化学的理念，使绿色化学的思想和内容贯穿十教育的始终化学教学是化学教育的卞载体。作为化学教师，要认真去了解、掌握对环境更友好的化学知识，理解绿色化学理念，在课堂教学、实验教学、课外活动及实践活动等四个环N中，按照“适时、适度、适量”的原则，渗透、贯彻绿色化学的思想，让学生了解绿色化学，接受绿色化学，树立起绿色意识，培养学生从事绿色化学研究与开发的能力从绿色化学的角度来看，化学反应中许多新物质的制备化学工艺流程等等都是值得讨论和重新考虑的。这给改革人学化学教学、培养学生的创新精神和创新能力提供了良好的契机。因此，在人学化学教学中开展与之相应的绿色化学教育有着紧迫性和必要性，逐步实现化学教育的绿色化也是可能的。 三、实施策略 (一)通过课堂教学，讲授绿色化学知识 课堂教学是化学教学的卞阵地。要向学生传授绿色化学知识肯定离不开课堂教学。山十现行人学化学教材内容在一定的时期内是相对固定的，而真正准确、完整的教学内容是需要随着学科的发展而补充、完善的。日前，人部分高等学校所使用的化学教材涉及绿色化学知识和相关内容还比较少，有些甚至没有。因此，化学教师要做有心人，可通过互联网、期刊等现代媒介及时查阅、收集国内外最新的绿色化学成果及研究进展等绿色化学知识，充分挖掘、利用现行教材中隐含的绿色化学知识。在课堂教学中，结合教学内容，用绿色化学实际生动的范例充实化学教学内容，使学生在潜移默化中受到绿色化学教育。这样用时不多，又可收到事半功倍的效果。教学内容可从以下方而着手: 1反应试剂的绿色化(尽可能使用可再生、无毒或毒性很小的原材料); 2反应条件(反应溶剂、实验手段、催化剂)的绿色化; 3反应的原子利用率(高选择性，极小副产品，尽可能为100%转换，以实现最人限度的竹能和零排能放); 4反应产物的绿色化(产品使用后，应可降解为对环境无污染的无毒物质，即对环境和人类要友好)。 例如:环氧乙烷是一种重要的有机合成试剂，其合成方法有传统的氯醇法和现代的催化氧化法。i.;i教师在讲解时，通过比较，稍加解释，即可让学生明自一个重要的绿色化学概念一原子利用率。同时通过其运用，从而进一步理解“原子经济性”概念。 传统氯醇法:C=H+ Cl=+ 2Na0H C=HO+ 2NaCl+H=() 原子利用率=预期产物的摩尔质量/反应物质的摩尔质量之和=44/ 179=25 % 现代催化氧化法:CH=CH=“20=妈CH=石CH= () 原子利用率=100%，为典型的绿色化学工艺。 又如:尼龙的传统合成一直是用具有致癌性的苯为起始原料，其过程为:苯分苯酚分环己酮分己二酸。可以明显看出，在制备过程中，产生了有毒的中间体苯酚及废气氮氧化物。而现代合成采用生物合成技术，以葡萄糖为起始原料，用遗传工程获得的微生物为催化剂，成功地合成了己二酸。这个新技术革除了人量有毒的苯，且技术上、经济上都是完全可行的。再如在合成氨、氨氧化制硝酸、接触法制硫酸、侯氏制碱法等无机化学工艺流程中都采取了循环操作(氧化)，对原料气、炉气等进行了净化，设立了尾气处理装置，并对废弃物综合回收利用;电镀工业中采取无氰电镀等以上这些都是绿色化学的范例，既N省了资源又提高了转化率和原料利用率。 (二)通过实验教学，培养绿色化学情感 化学是一门以实验为基础的自然科学。单独通过课堂讲授绿色化学知识和渗透绿色化学理念是远远不够的，还必须根据绿色化学教育的理念和要求，对实验教学课程体系进行重组。化学实验是最能体现绿色化学理念的一个重要部分。勿以善(环保)小而不为，莫以恶(污染)小而为之。化学品的使用过程中尽量体现绿色化学的“5n原则，即:Reject一拒用危害品;Reduce一减量使用;Rec;vc;le一循环使用;Reuse一重新使用;Regenerate一可再生。“具体措施可从以下儿方而着手: 1现代化教学手段和仿真技术辅助实验:充分利用现代化教学手段和仿真技术十绿色化学活动，将绿色化学科学原理及其与社会、环境、经济等其他科学的关系等生动形象地展不给学生看，而且有利十将化学与其他学科联系起来，给学生以科学的全貌。如在有机合成领域:7首先建立一个已知的尽可能全的有机合成的资料库，在确定日标产物后，找出一切产生日标产物的反应，再把这些反应的原料作为中间日标产物找出一切产生它们的反应，以此类推下去，直到得出一些反应路线正好使用我们预定的原料。在搜索过程中，训一算机按我们制定的评估方法自动地比较所有可能的反应，以便最终找出价廉物美、不浪费资源、不污染环境的最佳途径。训一算机虽不能代替化学工作者做决定，但能提供有力的工具以l助化学工作者更有效地设计，从而实现绿色化学。 2小量化或半微量化学实验:常规实验操作是经过长期的实践检验确立的，无论从实验基本操作的规范性，还是强化技能训练，养成良好的科学态度与习惯方而都是不可缺少的环y。在实验现象明显、效果显一著，符合要求，便十操作的前提下，采用常规的小容量仪器，药品用量减量(一般固、液起始原料约为1 Sg，人多数约为3g,少数为5 g)。实验中试剂的浓度和用量尽可能降至最低限度，开展常规实验的小量化或半微量化学实验。例如:指不剂与酸、碱作用的实验，显色实验等可放在点滴板中进行;检验乙醛存在可放在滤纸上完成等。这些小量、半微量实验对学生实验技能、实验的准确性和精密度、学生自身综合能力的提高，都提出了更高的要求，避免了照方抓药、粗放式的实验方法。 3微型化学实验(M icrosc;ale LaboraLorv)简称DI L oDI L是着眼十环境保护和化学实验安全的需要，用尽可能少的药品，在微型化的装置中进行的化学实验。 DIL是化学实验的新方法、新技术。DI L的消耗量一般仅为常量实验药品消耗量的儿分之一或儿十分之一，如:硫酸亚铁钱的制备、高锰酸钾的制备等，它不但有效地降低了化学废弃物对环境的污染，而且提高了化学实验的安全性，并人幅度竹省了实验经费。DI L充分体现了绿色化学中的减量原则，其理想日标和方法与绿色化学是完全一致的。同时，还可以鼓励开发简便易行的综合性微型化学实验仪器把污染降到最小量。通过对化学实验的微型化的改进，十富教学内容，有助十开阔学生思维和培养学生素质和技能的作用。 4.串联实验或组合实验:指通过调整实验次序，使一个实验的产物成为下一个实验的原料。在一定程度上减轻常规实验对环境的污染，有利十环境保护。如氯气、次氯酸钠、氯酸钾的制取和氯气的氧化性实验连到一起做(尾气用NaOH吸收)，不仅y约时间、药品，而月_在不开任何抽风设备的情况下，基本上闻不到氯气、氯化氢的气叫、，环保效果好。 5.微波实验:微波实验是一种通过微波介电热效应把能量引入化学反应体系的方法。微波技术可用在配合物和嵌入化合物的合成、沸石分子筛的合成与离子交换等。微波实验具有以下优点:1条件温和，能耗低，反应速度快;2可瞬时达反应温度;3微波输出功率可调，便十自动控制和连续操作;4加热时微波设备本身儿乎不辐射能量，可避免环境高温，改进工作环境等。因此，在人学化学实验中，合理地采用微波技术进行基础化学实验设计是进行化学实验绿色化工作的重要组成部分，具有重要的开发前景。 6.绿色化学实验:绿色化学实验是化学实验教学改革内容的更新。在不影响教学内容及教学效果的前提下，按照绿色化学研究的要求，改进和设计装置，循环使用。如:(:0还原(: u()实验，把它改进、设计装置如下二图所T，图1采用火封法，图2采用循环法，都可以有效消除(:)防I I_污染。图1图2 在上述儿种实验方法中，采用实例对比的方法，改变传统“粗放型”实验为“集约型”实验，从实验开始到结束的全程控制，使实验的每一个环y都尽可能不产生污染，并尽可能y约能源，减少排放。让学生更多地参与到环境中来，并获得对环境问题的深刻感知，激发学习情感，培养合作与集体责任等，充分发挥和发展学生的卞体性和思维能力，形成了良好的情感体验。 (二)通过课外活动，渗透绿色化学意识 课堂教学是对学生进行绿色化学教育的卞阵地，课外活动是课堂教育的很好补充。课外活动可充分利用课外时间上的机动性，手段上的实践性，形式上的多样性和内容的灵活性开展绿色化学活动，普及绿色化学知识，培养环保技能，树立可持续发展的观念。如:举办绿色化学讲座、黑板报、专题广播、绿色化学知识竞赛以及利用I日_界环保纪念日进行宣传等活动，从多方而培养学生对绿色化学的兴趣。同时，我们利用周末开放化学实验室，在教师的指导下，让学生自己对教材的一些实验或者一些学生感兴趣的生活用品进行绿色化研究，使学生在环境中养成细心观察，收集数据，实地记录、仪器使用等技能和技巧，让他们提出问题，分析问题，并提出可能的解决思路和方法，鼓励他们对现实社会中存在的各种环境问题人胆假设，合理推理并细心求证，收到了较好效果。 (四)通过实践活动，提高绿色化学素质 组织学生进行环境调查及工)一考察等实践活动，让学生亲自体验绿色化学问题。比如:对绿色学校建设方而的调查，了解可降解塑料盒的推广使用情况;在绿色社区建设中，居民对绿色利一技产品(如无磷洗衣粉、无氟冰箱、太阳能热水器等)态度的调查，在调查的同时，宣传绿色利一技产品。调查也可以在自己的家庭里展开。留心阅读家庭日化用品(如干电池、火蚊剂、化妆品、调叫、品、药品等)的说明书，特别是其原料成分的说明，联系已了解的绿色化学知识，分清哪些成分是符合绿色化学要求的，哪些是不符合绿色化学要求的，需要逐步替代，对这些日化用品要逐步减少使用，使用后考虑如何减少对环境的污染。参观一些工)一，了解其生产工艺中存在哪些问题需要绿色化改进的?怎样改进?然后总结，撰写论文，并月_评出优秀论文给子奖励。如果该工)一已有成功的绿色化改造的经验，比较改造前后经济效益和环境效益。通过这些调查活动，逐步改变学生头脑中山社会带来的对化学的扭曲形象，使学生坚信:绿色化学的日标是可以实现的，化学有能力对人类和地球负责。 I然，上述四个环N不是一成不变的，而是相辅相成、相4.渗透内_为补充的。 四、实施结果 第一年实践与探索，我们选取了本校五年制人专部一年级两个班为实验对象:447班(50人，男19人，女31人)作为实验班、456班(50人，男20人，女30人)作为对照班。实验前单独对实验班与对照班学生的化学成绩及环境意识平均分进行检验统计量(t)检验，两个方而差异显一著性程度相似，可以作为平行班进行教学实验。在实验班教学中，有意识地从上述四个环y渗透绿色化学知识和理念，对照班仍按传统教学进行。经过一个学年的教学实践，再次对两个平行班的化学成绩及环境意识平均分用SPSS软件统计分析，从表(4-1)中平均分数可以看出:实验班学生的化学成绩及环境意识两个方而平均分都在ao分以上.达到了“良”:实验班学生的化学成绩这些进一步说明了在人学化学教学中传授绿色化学知识比对照班学生的化学成绩有一定程度的提.;,.经t检验.和渗透绿色化学理念不但没有耽搁化学教学时间.反而不存在显著性差异。但实验班的环境意识平均分数比对提.胃J了教学质量.特别是在提.胃J了环境保护意识和培养照班学生的环境意识平均分数有较人程度的提.;,.经t检良好的环境行为习惯等方而有非常好的效果。因此在人验.存在显著性差异。第二年实践.在已有实验成果的基学化学教学中从上述四个环竹实施绿色化学教育不但是础上.做了一定推广.扩人到两个科学教育专业班.采用可行的.而月_是有效的。上述相同的实证方法.结果与上述仍相似(见表4- 2)。 五年制人专部实验班与对照班两项平均分统计分析(表4- 1) 447班(实验班.N= 50 456班(对照班.N= 50 t Y 平均分(X标准差(Z 平均分(X标准差(Z) 化学成绩80. 3 12. 86 78. 8 16. 52 0. 4530. OS环境意识83. 8415. 37 76. 73 15. O1 2. 0930. Os环境意识84. 5815. 50 78. 8614. 88 2. 1310. Os 五、结束语 时代呼!免化学教育者用“绿色教育”的思想培养具有环境保护意识和可持续发展意识的“绿色人才”.要求化学工作者开发环境友好的“绿色科技成果”。通过人学化学教学内外各个环y传授绿色化学知识和渗透绿色化学理念.对提.胃J学生的环境意识和树立可持续发展观是可行的，也是有效的。(文字编辑:吴文水)参考文献:fl朱清时.绿色化学的进展f Jl.大学化学.1997 ( 6) : 7-10.f21阔恩泽.傅军.绿色化学进展f Jl.化学通报.1999(l):10.f31美P. z.阿纳斯塔斯J. (:.沃纳著.李朝军.王东译.绿色化学理论与r用2 .北京科学出版社.2002. 9.f41朱又祥.绿色化学与绿色化学教育Jl.化学教育.2001(1):1- 4.f s1孙太凡.孙革.化学教学中绿色化学教育的实施Jl.齐