化學(xué)實驗教學(xué)與實踐中的環(huán)保策略

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

1化學(xué)實驗教學(xué)環(huán)保策略及其實現(xiàn)探討的必要性

隨著世界經(jīng)濟(jì)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(yán)重。化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，實驗也是學(xué)習(xí)化學(xué)的主要途徑。從中學(xué)到大學(xué)，在化學(xué)課程的教學(xué)過程中，實驗課程占到了很大的比例。由于實驗?zāi)康暮皖愋偷牟煌?，會使用到各種各樣的化學(xué)試劑，對應(yīng)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(jī)污染物和無機(jī)污染物。有機(jī)污染物包括了苯、甲苯、乙苯、甲醛、乙醛、苯酚、吡啶等。無機(jī)污染物主要包括重金屬、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等。不管是有機(jī)還是無機(jī)污染物，大都具有“三致效應(yīng)”，并且具有長遠(yuǎn)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(qiáng)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(xué)實驗相關(guān)的廢水主要有廢酸、廢堿和重金屬鹽溶液?；瘜W(xué)實驗產(chǎn)生的污染物一旦進(jìn)入大自然當(dāng)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(xué)實驗及其教學(xué)中的環(huán)保策略及實現(xiàn)途徑進(jìn)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(xué)實驗教學(xué)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(xué)實踐，提出實現(xiàn)化學(xué)實驗綠色化的策略及途徑，以期與同行交流。

2．1加強(qiáng)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(yīng)，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(hù)知識有了一定的掌握和了解，才可能具有相應(yīng)的環(huán)保意識。當(dāng)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(xué)過程中，當(dāng)涉及環(huán)保知識時，教師應(yīng)向?qū)W生進(jìn)行環(huán)保教育。在教學(xué)中可適當(dāng)補(bǔ)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(xué)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(kuò)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(xué)生討論的基礎(chǔ)上最后引導(dǎo)學(xué)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(xué)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(xué)生體會到學(xué)習(xí)化學(xué)的意義。環(huán)保教育要課內(nèi)外相結(jié)合。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)常注意有關(guān)環(huán)境保護(hù)的宣傳畫、標(biāo)語等，觀看有關(guān)環(huán)境保護(hù)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(xì)節(jié)問題，只要仔細(xì)觀察、善于利用，就可以將環(huán)保意識滲透到學(xué)生的心靈，從而達(dá)到培養(yǎng)和提高學(xué)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(yīng)置于醒目位置，規(guī)章制度包括:化學(xué)藥品安全管理規(guī)定、化學(xué)藥品及儀器正確使用原則、廢棄物回收處理操作指導(dǎo)等。在進(jìn)行化學(xué)實驗時，教師必須認(rèn)真履行崗位責(zé)任制。學(xué)生要遵守操作規(guī)程，學(xué)習(xí)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(fēng)條件

通風(fēng)柜作為局部通風(fēng)裝置，在實驗室中有著舉足輕重的作用。我國大多數(shù)中學(xué)乃至大學(xué)均采用安裝封閉隔離罩的方式進(jìn)行實驗通風(fēng)，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(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的實驗室通風(fēng)設(shè)備，要及時改進(jìn)、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(xué)藥品與儀器的正確使用

綠色化學(xué)實驗對化學(xué)品的使用原則是不用危害品，減少用量，循環(huán)使用，重復(fù)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(xué)藥品儲存的地方應(yīng)保持通風(fēng)，溫度和濕度適宜。危險化學(xué)品應(yīng)按有關(guān)規(guī)定儲存。應(yīng)有安全負(fù)責(zé)人員。學(xué)生在做化學(xué)實驗之前領(lǐng)取實驗藥品儀器時應(yīng)按實驗操作指導(dǎo)文件，實行定量化原則。實驗完畢后對實驗廢棄物進(jìn)行回收，對實驗儀器進(jìn)行清潔處理。在對實驗廢棄物進(jìn)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(biāo)簽(醒目)。應(yīng)標(biāo)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(yán)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(yīng)放在指定的場所，避光，遠(yuǎn)離熱源。(5)廢棄物(包括廢棄藥品瓶、試劑瓶)應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)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(yīng)從源頭做起，開展全過程的“三廢”管理。實驗室應(yīng)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(yán)重的氣體，應(yīng)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(yīng)該在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，這樣可使室內(nèi)的有毒氣體排入上層大氣中，以保護(hù)實驗人員的身體健康。(2)廢液處理。值日生或?qū)嶒炄藛T應(yīng)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(jìn)行回收并定期送到指定的廢液處理單位進(jìn)行處理;對清洗儀器產(chǎn)生的廢水，應(yīng)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(jìn)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(yīng)的措施，盡可能減其毒害性，再統(tǒng)一處理。

3化學(xué)實驗的微型化與綠色化

為了減少化學(xué)實驗對環(huán)境的污染，應(yīng)盡量嘗試對化學(xué)實驗的微型化與綠色化［6－7］，以盡可能少的化學(xué)試劑來獲取所需化學(xué)信息。雖然在微型化學(xué)實驗中化學(xué)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(yīng)時間也大為縮短，但其卻可以達(dá)到效果的準(zhǔn)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(xué)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(yuǎn)山區(qū)中學(xué)由于條件限制，學(xué)生根本沒機(jī)會做實驗，根據(jù)微型化學(xué)實驗的安全節(jié)約原則，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生選擇性自制實驗儀器，并進(jìn)行一些探究性實驗和家庭實驗，這不僅能幫助學(xué)生理解化學(xué)概念，還能培養(yǎng)學(xué)生的觀察動手能力，大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)實驗的微型化是我國中學(xué)乃至大學(xué)化學(xué)實驗改革的方向之一?；瘜W(xué)實驗微型化的主要途徑有減少反應(yīng)物用量和實驗裝置的改進(jìn)。

3．1減少反應(yīng)物用量

在教學(xué)過程中，無論是教師演示實驗還是學(xué)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(yīng)物的用量和實驗廢棄物的處理問題，這樣不自覺會沖淡學(xué)生環(huán)保意識和實驗簡約化的原則［9］。多年來，化學(xué)實驗工作者在進(jìn)行化學(xué)實驗時，藥品的用量均以常規(guī)量進(jìn)行。為了達(dá)到實驗微型化，減少化學(xué)實驗污染物的排放，在化學(xué)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(yīng)物用量進(jìn)行控制［10］。(1)對于只需觀察實驗現(xiàn)象的實驗，應(yīng)將反應(yīng)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(yīng)、過濾、溶解等基本實驗操作都可以在反應(yīng)物用量上進(jìn)行控制。例如鐘國清［11］開展了滴定分析化學(xué)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(dá)到常量滴定分析要求的精密度與準(zhǔn)確度，可以滿足滴定分析實驗的教學(xué)要求，有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和認(rèn)真細(xì)致的工作習(xí)慣，使學(xué)生樹立綠色化學(xué)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(jìn)行，這樣既能節(jié)約試劑，又能減少污染，從而達(dá)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(yīng)進(jìn)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(jìn)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(yīng)物，進(jìn)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(jìn)實驗裝置

在化學(xué)實驗教學(xué)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(xué)實驗的整體微型化。應(yīng)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(jìn)行常規(guī)實驗的微型化改進(jìn)［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(xué)化學(xué)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(dǎo)致實驗測得的含量不準(zhǔn)確;所需紅磷較多;水位上升位置誤差較大，李世權(quán)的改進(jìn)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(yīng)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(yīng)的指示劑，即可看到顏色的變化，實驗現(xiàn)象更加直觀，改進(jìn)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(xué)實驗遇到的問題

在化學(xué)實驗中實現(xiàn)化學(xué)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(xué)實驗對環(huán)境的污染，但在開展微型綠色化學(xué)實驗的過程中存在以下問題。(1)化學(xué)實驗裝置的微型化與藥品用量的微量化會使微型化學(xué)實驗在操作上與一般實驗不同，所以微型化學(xué)實驗在培養(yǎng)學(xué)生基本操作技能方面存在一定的局限性。(2)微型化學(xué)實驗與一般實驗儀器差別較大，教師在指導(dǎo)微型化學(xué)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(xué)試劑發(fā)生反應(yīng)而使其應(yīng)用受到影響。

4虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)及應(yīng)用

化學(xué)類虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)及應(yīng)用可以改善化學(xué)類專業(yè)的實驗教學(xué)中試劑消耗大、成本高、實驗條件苛刻、難以進(jìn)行真實實驗及克服實驗潛在風(fēng)險等缺點，實現(xiàn)實驗教學(xué)的“立體化”，在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和拓寬學(xué)生的知識受益面的同時，減少了化學(xué)實驗排放物環(huán)境的污染。當(dāng)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(xué)校，尤其是中學(xué)，可以與相關(guān)平臺建設(shè)學(xué)校達(dá)成使用協(xié)議，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，達(dá)到實驗的目的。多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)利用計算機(jī)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(jī)交互作用的技術(shù)。將PowerPoint，F(xiàn)lash等軟件應(yīng)用于化學(xué)實驗，能使文本、圖形、聲音等多媒體信息二次有機(jī)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(jī)互動。除可以借助多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成一些有毒、危害性大、污染嚴(yán)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(fù)雜的實驗進(jìn)行微課模擬［16］，讓學(xué)生先進(jìn)行模擬操作，然后再進(jìn)行真正的實驗。多媒體技術(shù)在化學(xué)實驗中，起到對學(xué)生進(jìn)行化學(xué)知識和實驗操作技能的演示教學(xué)作用，有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力，解決問題的能力，讓學(xué)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(xué)世界的實驗。計算機(jī)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(xué)生的創(chuàng)新精神以及創(chuàng)造能力［17］。

5結(jié)語

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

參考文獻(xiàn)(References):

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［3］邊貴榮，李建民，崔國輝．現(xiàn)代化學(xué)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(xué)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(xué)院