关于（绿色）化学实验与培养学生创新能力的实践研究
天津市宝坻区教育委员会 301800 bdzbj@https://www.doczj.com/doc/882311768.html, 张宝江 022-********
内容提要：在中学教学中，素质教育是非常重要的一环。其目的在于培养有能力、素质高、可为社会作出可持续发展贡献的人,化学实验中的实验教学是学生能力养成的最佳契机,是培养学生创新能力的重要途径。而“绿色化学”这一创新理念更是加强化学实验教学,发挥创新教育功能,培养学生创新能力、观察能力、思维能力和操作能力的重要手段，因此，在培养学生创新能力的实践过程中，融入“绿色化学”教育是必不可少的重要环节。
关键词：素质教育化学实验实验教学创新能力绿色化学
化学是一门以实验为基础的科学，内容丰富详实，实验精彩，充满了各种创新性因素，化学是人们不断的通过实验来探索、发现创造的历史，非常适合对学生进行创新能力培养的学科。化学实验，以其独特的优势，在创新能力的培养方面，有着其它任何教学手段不可替代的作用[1]。二十一世纪，是一个以科技为动力和先导的迅速发展的时代，知识经济的浪潮汹涌而至，人才的竞争越来越激烈，而人才的竞争关键在于提高其文化素质和创新能力。“创新是一个民族的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力，一个没有创新的民族难以屹立于世界民族之林”。因此，探索化学实验教学与培养学生创新能力十分有必要。
一、绿色化学实验与创新
（一）传统化学实验的特点
传统化学实验总的特点是化学反应产生的副产物较多，对环境有一定的污染性。例如：传统化学实验催化剂是必不可少的，而传统化学反应中催化剂是一些酸碱或含重金属的催化剂，它们的排放会对环境造成巨大的污染；传统化学实验广泛使用的有机溶剂如苯、甲苯等都是有害的、易挥发的、易燃的物质。
（二）绿色化学—创新的化学理念
绿色化学又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化学，绿色化学是创新的化学理念，与传统化学不同，它要求从源头上消除污染，发展不产生污染的新化学反应和化学产品，既充分利用资源，又实现零排放。因此，与传统化学实验不
同，绿色化学实验要求具有：化学反应的绿色化（零排放，尽可能使原料中的原子百分之百参与目标产物的形成）、催化剂的绿色化（采用对环境无害的绿色催化剂取代那些对环境有害的催化剂，例如各种生物酶的催化剂）和溶剂的绿色化（采用具有环境友好性的绿色溶剂）等。
（三）创新能力—化学实验新课题
新课程改革标准指出，化学实验的教学改革必须树立“一切为了学生的发展，为了一切学生的发展”的教学理念，[2]以培养学生的创新精神和实践能力为目标，拓宽实验的教育功能。打破原有僵化的教学形式，让学生深入社会生活实际，发现问题、研究问题和解决问题，充分发挥其主观能动性，培养他们的创新精神和实践能力。当今社会，创新能力已成为评价人才的重要指标，如何通过化学实验（主要是绿色化学实验）培养学生的创新能力，现已成为化学实验教学非常重要的研究新课题。
二、培养创新能力的途径
（一）寻找实验新素材
从绿色化学实验的角度，必然要求我们要在传统化学实验以外去寻找新的实验素材，包括新的实验装置，新的实验药品，新的药品用量，寻找绿色化学实验新素材的过程本身就是对传统化学实验的革新过程，在这个过程中，可以激发学生的创新思维，培养学生创新能力。
（二）探究改进新方法
中学化学教学中有大量的演示实验，通过实验可以有效地培养学生的观察能力,实验操作技能，帮助学生理解枯燥的化学概念、原理。但是，教科书中提供的部分演示实验(新教材中部分实验已有所改进)存在有待改进的地方，如果能够合理利用其中"待改"因素，不仅能够进一步激发学生学习化学的兴趣，而且对于培养学生创新能力、树立环保观念都有独特的功效。例如：
例如 ,在讲解 Fe (OH) 2的制备和性质时 ,先向学生介绍 Fe (OH) 2的颜色、状态及溶解性 ,然后演示新制的 FeSO4和 NaOH溶液的反应 ,让学生仔细观
察现象 , (学生不能看到白色絮状沉淀 ,而得到的是绿色的沉淀 )该现象立即就会引起学生的思考，要和学生一起进行探索产生此现象的原因: ( 1)为什么要用新制的 FeSO4溶液 ? ( 2)为何要将滴管入试管里溶液底部 ,慢慢地挤出NaOH溶液 ? (3) NaOH溶液中会溶解了什么物质 ? 当学生通过认真思考、分析会得出 FeSO4和 Fe (OH) 2易被空中的氧气所氧化 ,然后立即换一瓶经煮沸的NaOH溶液重新进行实验 ,再让学生仔细观察现象 , (先得到白色沉淀 ,但过一会儿就转变为灰色 ,随后逐渐变为红褐色 )这一现象又会引起学生疑问:怎样才能使生成的 Fe (OH) 2被氧化的速率慢呢 ? 给学生一定的思考、讨论、比较时间 ,然后用在 FeSO4液面上滴加几滴苯作保护层 ,再伸入试管底部,滴加煮沸过的 NaOH溶液 ,就得到Fe (OH) 2白色沉淀并保持了较长的时间不变色。通过探究改进实验新方法,可激发学生积极主动探索的精神,增强学生的自信,激活学生的创新能
（三）鼓励研究新问题
中学化学实验多注重实验功能的验证性 ,即按所给条件及步骤来验证某些物质的性质或验证化学反应原理、某种物质的制取方法.在验证结果的同时 ,提高自己的实验能力 ,这对于学生学知识来说是很必要的 ,但科学实验的重要功能是的探索性[3]。科学的发展需要经过不断探索才能进步。开展与生活十分接近的实践活动,如进行“硫与其化合物”内容的实验时,可向学生介绍 H2 S和 SO2对空气造成的污染 ,对人类和生态环境造成的危害,让学生有环保意识,设计简单实验来减轻污染,如化工厂产生的二氧化硫废气 ,如何处理能减轻其对大气的污染。通过学生自己发现问题、提出问题 ,并进行设计、记录、探究 ,在实践中感受并获得真知 ,体验创新、创造的快乐.因此 ,化学实践活动有利于学生创新能力的提高。
（四）开拓广泛新思维
开启学生的广泛思维化学教学的目标之一。化学实验具有很强的示范性,演示实验中实验者是教师,而认识的主体是学生,认识的客体是实验对象,认识的主
体与客体之间不发生直接关系,教师通过实验操作 ,再现实验现象是为认识的主体和客体之间搭起认识的桥梁[4]。这样就可以帮助学生建立化学概念和理解化学规律 ,但在此基础上还必须开启学生的思维能力，培养学生的创新精神和实践能力。若将某些操作简易、现象明显的演示实验改为边讲边实验,能给学生营造良好的观察条件,充分发挥他们主动探索和实践的主体作用。学生经常以边讲边实验的形式认识化学知识,从而可使其主动的、积极的、探索的拓展思维,在这种主动积极的探索中,他们创新的欲望会得到满足。学生不但能学会从事科学研究的一般方法,也能逐渐培养创新能力。
三、教学中的绿色化学教育
（一）绿色化学是一门新科学
化学是一门研究物质的组成结构、性质变化规律的自然科学 ,是一门以实验为主的自然科学 ,在整个教学过程中必须以实验为手段[5]。而“绿色化学”是指在反应过程和化工生产中,尽量减少或彻底消除使用和产生有害物质。将绿色化学知识自然、生动地渗透到化学教学中,使学生牢固树立起绿色化学和环境保护的意识,关注绿色化学,推动绿色化学事业的发展。在我国环境保护的教育已纳入化学新课标的基本理念及教材之中。解决化学污染，最根本的问题就是培养具有环境保护意识的人，需要将绿色化学思想贯穿于中学化学教育的全过程，尤其是在化学实验中贯穿绿色化学思想。
（二）教学中的绿色化学教育
1、在教学中培养学生的环境保护意识
例如：在讲化学“硫和氮的氧化物”一节时，先让学生阅读“图4-19 空气质量日报”，并由学生相互讨论工业生产对环境造成的污染的严重性。进而有的放矢地讲述了世界环境污染最著名的“八大公害”和“十大事件”，让学生认识到保护环境、防止污染的重要性和紧迫性。又如在讲“化学与资源综合利用、环境保护”一节时，采用分组进行探究性学习的教学方法，课后提出3个探究问题——①通过网络查找资料或走访专家、学者，了解绿色化学的含义并体会绿色
化学对人类可持续发展的重要性。②对中央电视台7台报道中的污水对农业生产的影响、垃圾污染对居民日常生活的影响等问题，谈谈防止污染的重要性并探讨应采取的措施，写出一篇小论文。③怎样应对塑料快餐盒的方便性、低成本和环境污染的矛盾？——这样既可以调动学生的积极性，又可以鼓励学生的自主参与意识。让学生明确化学资源利用和环境保护的重要性，明确发展经济不能走先污染再治理的老路，要提倡绿色化学，从源头上减少和消除工业生产对环境的污染，从而树立学生的绿色化学思想。
2、在实验中潜移默化学生“绿色”理念
培养学生的环保意识是实现化学实验室绿色化管理的最基本保障，化学实验产生的废弃物，如果不经处理直接排放，不但会造成环境的污染，还会淡化学生的环保意识，养成不良习惯。因此在实验课上不仅要使学生掌握各种实验技能和处理问题的能力，更要强化学生的环保意识，强化学生对社会高度负责的主人翁精神。环境保护人人有责，一定要从我做起，从实验室做起，从一点一滴做起。同时我们也根据实验内容的需要，在实验室分门别类地放置了回收瓶和废液桶，告诉学生回收瓶中的试剂我们将经过处理后再利用，废液桶里的废液交设备处统一处理，使学生进入化学实验室后就受到绿色化学的教育，这对培养学生科学的环境观、资源观，提高他们的环保紧迫感和责任感，树立绿色化学的意识都有相当大的意义。
3、在实验后开启学生创新性思维
实验结束后，实验试剂的回收再利用是减少实验对环境污染的有效途径。要在环保处理实验垃圾的同时开启学生创新性思维，使其真正在具体操作中做到“绿色、环保”，这也是实现实验室绿色化的最有效手段。对于固体原料，无论剩余多少一律回收，留作下次实验用，对于产物，能综合利用的尽量综合利用。如有机实验阿斯匹林制备实验的产物可作为无机实验乙酰水杨酸含量测定的原料。把甲基橙的合成实验得到的产品用作无机实验中的指示剂。柱色谱实验中的氧化铝，用后洗净回收，活化后再用。这样在将“绿色化学”融入教学的同时，
也节约了实验取材，开启了学生的思维。
四、绿色化学教学的创新性方法
（一）微型剂量化，最大限度减少污辱源
微型化学实验是用尽可能少的试剂在微型化的装置中来获取化学信息，尽可能地减少中间生成物的转移过程，以减少试剂在器皿的附着量。微型实验的试剂量是常规实验1/10~1/1000，同样具有现象明显，效果良好，并且节约实验药品和时间，减少污染，安全、符合绿色化学宗旨。如：
在检验SO42-离子的实验中，学生往往一下子加入了较多的BaCl2溶液。假如在实验前向学生讲解钡类化合物中毒性最大的是易溶于水的BaCl2,水中钡离
子最大允许浓度为1.0mg/L,过量的BaCl2转入废液中会造成水质污染、土壤污染，并且让学生通过查表知道BaSO4是溶解度很小的不溶性盐，在1L水中仅溶解1.05×10-5mol（25℃），只要加入少量的BaCl2溶液即可观察到明显的白色沉淀现象，这样既节省了试剂，又达到了实验目的，更重要的是净化了实验环境，增强了学生的绿色化学意识。
（二）方案可行化，操作简便易行
实验方案必须简单可行，科学规范，制作方案时还必须注意实验中药品的加入顺序、实验装置和实验步骤。如溴乙烷的制备实验 ,必须先在烧瓶中加入水、乙醇 ,再加入浓硫酸、溴化钠 ,若先加入浓硫酸和溴化钠 ,后加入水和乙醇 ,则会导致硫酸飞溅、溴化氢和溴挥发 ,造成环境污染;在乙烯的制取实验中 ,作为催化剂的硫酸必须达到一定的浓度 ,但又不能太高 ,否则 ,会出现严重的炭化现象 ,产生大量的温室气体。总之 ,在实验方案的设计过程中 ,必须考虑各部分操作的顺序及各个仪器的作用,保持实验方案的可行性。否则 ,既影响实验结果 ,又会污染环境。
（三）实验内容绿色化
化学实验的取材方面，要注意尽量选择绿色环保的实验原材料，减少化学实验污染。在保证实验教学效果的前提下，尽量用绿色环保的试剂进行实验。如氯
气性质的微型实验：
如图为五条滤纸条（宽约定1cm,长不超过试管直径）纸条上分别滴有（1）
品红试液；（2）石蕊试液；(3)淀粉-KI试液；(4)Na2S溶液；(5)KBr溶液；(6)高锰酸钾晶体；(7)吸有浓盐酸的胶头滴管。
实验步骤：实验时只须挤几滴浓盐酸即可发生变化。(1)褪色；(2)先变红后褪色；(3)变蓝；(4)出现淡黄色固体；(5)变为橙红色
改进后的优点：装置简单、现象明显、所需药品少、无污染。微型化学实验不是普通实验的简单微缩，也不是对常规实验的补充，它是在绿色化学思想的指导下，用预防化学污染的新思想、新方法和新技术对常规实验改革和发展的必然结果。
（三）操作过程安全化
要顺利进行化学实验 ,取得较好的实验效果 ,必须做到操作过程安全化 ,这是进行化学实验的前提和基础 ,也是减少环境污染的重要保证。化学实验中的基本操作主要包括药品的称量和取用 ,物质的加热、冷却、分离和提纯 ,溶液的配制 ,仪器的洗涤和干燥 ,装置的安装和拆卸等。对于基本操作 ,必须做到操作规范 ,运用灵活。对于低沸物或有毒物质 ,操作不当可能导致药品的大量挥发 ,实验人员中毒；对于易燃或易爆物质,操作不当可能造成火灾或爆炸事故,并造成环境污染。因此 ,必须做到操作过程安全化。
五、绿色化学实验对学生创新能力的影响
在实验教学过程中始终贯穿创新能力的培养实验教学是理论和实践。知识和能力相结合的教学活动。培养创新能力的途径很多，但在实验中要多研究环保、绿色的实验案例，使课堂充满积极、健康的创新氛围，在实验过程中可适时渗透
绿色环保的理念，多进行感兴趣的环保科研课题实验，或者进行自我设计的创新实验。也可以适时联系一些绿色化学与生产和生活密切相关的问题，向应用方面延伸，这样对其激发学习的热情和创新的激情是大有裨益的。
从当前我国的实际情况看，由于经费、技术、人手原因，完全实现化学实验绿色化的条件还不够成熟，实验室条件、经费投入远远不能满足绿色化学的要求。但是，化学实验绿色化是培养学生创新、环保、绿色理念的重要途径，也是教学改革发展的必然趋势。所以在化学实验教学中，必须持续探索绿色化学实验教学，努力向绿色化学靠近，培养具有绿色化学理念和创新能力的化学人才，使绿色化学真正得以实现。
七、注释
[1]周南华.浅谈实验教学中创新能力的培养 [ J ].贵州教育, 2002 (10) .
[2]陈文.毕业实习质量监控体系的构建 [ J ].药学教育, 2006 (5) : 54 - 55.
[3]孙湘.化学实验教学中培养学生的创新精神 [ J ].中学化学教学参考, 1998 (12) .
[4]任淑悦,贺湘善.在中学化学实验教学中培养学生创新思维的初步研究[ J ].首都师范大学学报, 2002 (3) : 33 - 35.
[5]王晓丽.化学实验教学中培养学生的创新能力 [ J ].教学仪器与实验 , 2004, (1) : 24 - 25 .
八、主要参考书目
1、贵州教育
2、药学教育
3、中学化学教学参考
4、首都师范大学学报
5、教学仪器与实验