环保“5R”原理在化学实验设计中的应用_化学实验论文

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      环保“5R”原则主张减少非再生和非环保产品的使用，减少对资源的损耗、对环境的破坏，从而降低生产成本和保护生态环境，这也是对化学实验教学的要求。

      在化学实验教学中，它表现为实验的简约化、实验的综合化、实验的系统化、实验的绿色化、实验的模拟化。

      一、减量（Reduction）原则——实验的简约化

      在化学实验教学中，为了节约药品和减少污染、降低实验成本，教师一般将化学实验设计成小型实验、微型实验，以提高化学实验的效率和灵敏度，以最小的成本获得所需的演示效果和观察效果，这也是环保“5R”原则中减量原则的要求。在化学实验教学中，教师可以从以下几方面具体去落实减量原则。

      1.就地取材，开发微型实验

      笔者在执教“二氧化硫性质”时，考虑到学生在初中已经对二氧化硫的性质有所了解，又因为它具有一定的毒性，会危害到师生的健康，不利于每个学生都进行实验操作。因此，笔者利用一次性注射器和输液管等日常生活中的用品成功地开发出一套综合性实验装置，如图1所示。

      

      该实验设计充分利用了日常用品，做到了人手一套装置，实现了人人参与实验；实验装置的微型化节约了药品，更加环保。

      在生活中寻找实验药品和用品，不仅可以简化实验，节约实验开支，还可以增强实验的亲和力与趣味性，使学生感受到“化学就在身边”。

      2.动手动脑，优化演示实验

      高中学生对氨气、氨水的性质已经有了一定的认知，对影响分子运动的因素有了一定的理解。因此，笔者在执教“氨气性质”时，对教材中的实验进行了一定的优化整合，使一个实验能够从多角度、多方面描述物质的性质，有利于学生把握研究对象的各种性质、关系和变化。笔者将西瓜霜含片塑料泡包装板剪成试管直径的宽度放入试管中，并在塑料泡中盛放相应的试剂即可进行实验，实验装置如图2所示。

      

      该实验设计用药量少，更加环保，第1，2两个塑料泡形成对照实验。此外，还可以进一步探究分子运动速度与相对分子质量的关系，从而提高实验的综合性，深化化学知识的相互关系。

      3.大胆创新，设计简约实验

      在课堂教学中，笔者对浓硫酸的吸水性实验进行重新设计：取一支洁净的温度计并标出室温刻度，用温度计的液泡蘸取浓硫酸（以浓硫酸不下滴为宜）悬挂在铁架台上，温度计下方放一个干燥的表面皿。很快学生就会观察到温度计的液柱上升，过一段时间，还会看到硫酸液滴滴到表面皿上，用pH试纸测试表面皿上的液滴，发现其呈酸性。通过最少的试剂和最简单的实验，生动形象地证明了浓硫酸能吸收空气中的水分，并放出热量。

      上述实验的优化设计既有利于学生对知识、技能的把握，又有效减少了药品的消耗，降低了实验对环境的污染。

      二、回收（Recycling）原则——实验的综合化

      化学实验中的剩余物也是一种资源，如果能够物尽其用，那么，不但能变废为宝、节约资源，而且也保护了我们赖以生存的自然环境，这也是环保“5R”原则中回收原则所提倡的。它要求教师在化学实验教学中，多动脑筋积极开发并使用可回收的药品和物品，积极为学生创造条件，就地取材，丰富实验形式，不断拓展学生实验的时空。

      

      例如，实验室用

制取氧气比较快捷，但反应不易控制，为了实现反应的可控性并回收利用催化剂，笔者取一根30cm长的粗铜丝，将一端从4cm处对折成平行状，用水将按比例混合均匀的水泥和

调好并黏在铜丝对折处，滚成圆柱状，晾干即可使用。按照图3装配好仪器，通过抽拉的操作实现了催化剂与过氧化氢溶液的接触、分离，控制反应的发生与停止。通过抽拉粗铜丝控制催化剂与过氧化氢溶液的接触面积，实现控制反应的快慢。在该实验设计中，不但实现了实验的可控性，而且也实现了催化剂的回收再利用。

      创新是探究性实验的灵魂，实验设计要敢于突破陈规，反映出设计者独具匠心的新思路、新观点，新方法。

      三、循环（Reuse）原则——实验的系统化

      教师在对化学实验进行设计时，要综合考虑实验所要探究的化学知识，充分利用前一个反应产物的性质，系统化地设计实验，可以将多个实验融于同一实验设计中，使其变为一个富有趣味性的“多米诺实验”，从而实现化学实验的再循环。这不仅符合循环原则，而且是降低成本的需要。

      一些实验药品或用品在完成其部分使用功能后，教师如果能简化实验中的某些无关因素，就可使这些药品或用品重新变成可利用资源，以有效节约药品或用品，同时又可将某些内容形成一个连续的“多米诺实验”。

      例如，笔者对氯、溴、碘活动性比较实验进行了创新设计，在一张滤纸的中心滴上一滴饱和的溴化钠溶液，待其湿润之后，再滴上一滴氯水，滤纸呈现黄色的斑；在呈黄色的斑点处，滴上一滴碘化钾溶液，滤纸上的斑变成浅褐色；然后再滴上一滴淀粉溶液，滤纸上的斑点变成蓝色。该实验用滤纸代替试管；变间断式实验为连续实验，节约时间；药品用量很少；实验现象明显而有趣。这样，不仅深深地吸引了学生，加深了对所学内容的印象，更重要的是激发了学生学习化学知识的兴趣。教师的行为也在潜移默化地影响着学生，能促使学生自觉地、有意识地进行创新，提高思维的创造性和批判性。

      物质的综合利用实际上是将化学实验设计和化学知识系统化、综合化的强化过程。

      四、再生（Regeneration）原则——实验的绿色化

      地球上的资源是有限的，在满足现代社会发展的同时，也要为子孙后代的发展作长远考虑，对非再生资源的开发和利用，应具有长远持续发展的眼光。再生原则是变废为宝，节省资源、能源，减少污染的有效途径。在进行化学实验设计时，教师应充分考虑原料、产物的再生利用，变废为宝，实现化学实验的绿色化。

      笔者在引导学生对干电池进行回收研究时，利用从干电池中回收的锌、铜开展探究金属活动性的实验；利用回收的二氧化锰作为过氧化氢分解反应的催化剂制取氧气；回收剩余的氯化铵作为肥料，从而实现了干电池的回收再利用。

      五、拒用（Rejection）原则——实验的模拟化

      拒用原则是杜绝污染的最根本办法。在化学实验设计时，要尽量不用、少用对环境和人类有害的药品、材料，或者充分利用现代多媒体技术设计动画模拟化学实验，这样既可以避免不必要的重复性实验，节约药品，从源头上避免污染，实现化学实验的绿色化，又能提高课堂教学效率，达到良好的教学目的。

      例如，一氧化碳还原氧化铜实验，不仅所需时间长、实验操作繁琐，而且实验操作不当会造成一氧化碳泄露而污染空气或引发实验事故，此时可以利用多媒体技术辅助实验教学，用多媒体动画演示一氧化碳还原氧化铜实验不仅生动形象、现象明显，而且避免了实际操作不当造成的危害。

      总之，教师要从环境保护中的“5R”原则出发，对化学实验教学进行多方位的探索，倡导健康和谐的绿色人文环境。“5R”原则不仅对化学实验设计和实验教学具有新的启示作用，而且对我们的行为举止也有启迪作用，它要求我们用长远的可持续发展的眼光看问题，用环保的理念净化心灵，用节约的生活准则约束自我，提高我们的文明涵养。

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