一节绿色化学实验探究课的教学与思考，本文主要内容关键词为：化学实验论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
随着新课改的全面展开和素质教育的整体推进，有关化学实验及其教学的理论与实践的研究也有了较大的进展，有的研究与实践呈现出未来化学实验教学改革的发展方向。然而，在新课改的大背景下，如何渗透“绿色化学”理念，充分利用教材中的实验教学资源，开展“绿色化学”教育的探究性教学的研究和实践尚缺乏力度。本文针对这一现状，就“NO的制取与性质实验”课题的教学实践做一探讨。
一、一氧化氮的制取与性质的绿色化学实验探究课的教学
1.课题的提出
上海市二期课改教材高级中学化学课本（试验本，上科2002年8月版）第一册第93页、全日制普通高级中学教科书（试验修订本·必修）第二册第12页（人民教育出版社2000年12月第2版），介绍铜与稀硝酸反应的演示实验均是在试管中加入稀
和铜片反应后，再用无色塑料袋紧扎在试管口上。近年来，我所听的公开课、随堂课，上课的老师也是这样操作的。毋庸讳言，按该装置进行实验，有以下两个瑕疵：(1)系袋过程中不可避免地会有氮的氧化物逃逸容器而污染室内空气，实验完成后处理试管，袋内气体仍会造成严重污染；(2)NO易被管内空气中氧气氧化生成棕色的
，无法看到无色NO的生成，与描述矛盾，缺乏科学性。因此，对这一实验装置和操作进行重新设计，是一个值得研究的课题。
2.教学目标
(1)知识技能：进一步掌握铜与稀硝酸反应的性质和NO的性质，初步学会根据课题要求选择仪器、设计装置和设计实验方案。
(2)能力培养：通过NO的制取与性质实验装置的设计，培养学生积极思考问题的能力、创新精神和动手能力，优化思维品质，完善认知结构。
(3)情感目标：通过教学问题的设计为学生的学习营造合作式情境，培养学生合作意识，发展协作能力，让学生在合作中学会学习，共同分享成功的快乐。同时使学生受到绿色化学思想的熏陶，培养学生的环保意识，增强社会责任感。
(4)科学思想和品质：通过实验目的的感悟，仪器的选择与装置的设计，培养学生严谨的科学态度，感受科学的合理性与人文性融为一体的内在美。通过教学情景创设、课题的提出以及动手设计实验、操作与评价，激发学生学习兴趣和科学探究的激情。
3.教学过程
(1)教学情景创设与学法指导：结合教材装置和操作分析其不足，提出问题引发学生思考，使学生明确目的后确定课题，组织学生到学校图书馆、学生阅览室和电子阅览室查阅资料，各小组列出设计方案，方案要求是装置尽可能微型化，原料用量少，要充分考虑无污染，整个操作过程尽可能做到全封闭。构思重在科学，贵在创新。
(2)教学展示与操作：教学时通过各组的展示、设计意图与操作方法的介绍和师生的评价，遴选出如图1和图2的两套装置。
图1
①实验装置图1的操作与现象：向小具支试管中加入3mL稀硝酸（4～5mol/L，下同），然后将塑料袋（先排尽其中空气）内少量小苏打加入试管内，同时打开止气夹，产生
气体由下而上将具支试管内空气由支管排出，将Cu片放入稀
中，反应即发生，产生无色气体，溶液变为浅蓝色，约1min后提取Cu片，将吸有氧气的注射器（Ⅰ）与具支试管连接，注入足量
，试管内无色气体变为红棕色。
上述实验结束后，将注射器（Ⅱ）与具支试管连接，向试管内注入浓NaOH溶液，中和剩余的少量硝酸，并吸收氮的氧化物：
。
②实验装置图2的操作与现象：在小U形管一端塞上橡皮塞（内插绕成螺旋状的铜丝），注入适量稀硝酸。实验时将U形管向插有铜丝一端倾斜，使硝酸完全浸没橡皮塞下的铜丝，并按此倾斜程度将U形管固定到铁架台上。可观察到有无色气体产生，该侧液面下降（另一侧液面上升），液面最后与铜丝脱离接触。此时，将注射器中稍过量的氧气推入气柱中，气体由无色变为红棕色。最后由另一侧管口加入过量氢氧化钠固体，中和未反应的硝酸并吸收氮的氧化物。
(3)实验评价。
①与现行两套新教材中的演示实验相比较，两种装置实验过程始终处于全封闭状态，尾气和剩余的硝酸用氢氧化钠溶液吸收无污染。不仅克服了铜与稀反应生成的NO被装置内氧气氧化，不易观察到无色NO真实生成的不足，也避免了防污染套塑料袋的麻烦。
②与教材实验相比，科学性明显增强，现象更明显。装置图1所示实验利用做NO的保护气，防止NO被氧化；装置图2所示实验利用气压原理，使反应液体液面下降而与铜丝脱离接触使反应自行停止。
③装置图1所示实验通过注射器注入氧气，可控制气流速率和用量，避免由于太少，最后氮的氧化物不能完全被碱液吸收。装置图2所示实验加入过量NaOH溶液呈强碱性后，还可看到U形管左右两边液面明显下降和上升的现象，它能激发学生的兴趣，增强科学探究的激情。
图2
二、中学化学实验绿色化设计与教学的思考
1.中学化学实验渗透绿色化学的现实和方法论的意义
自1995年美国总统克林顿创设“总统绿色化学挑战奖”以来，“绿色”已成为一个耀眼的词语。“绿色和平组织”“绿色奥运”“绿色食品”“绿色电池”“绿色化学工业”跃然出现在各种报刊杂志和广告宣传中，其中尤以“绿色化学”最为瞩目，受到世界各国政府、企事业界的普遍关心和重视。绿色化学已成为世界各国普遍接受和大力实施的可持续发展方针的重要组成部分。我国政府对绿色化学也非常重视，绿色化学教育发展非常迅速。因此，中学化学教师必须敏锐地认识到绿色化学教育是本世纪化学教学与学习对教师的挑战，化学教学尤其是化学实验教学必然渗透绿色化学理念，并努力实践，以促进绿色化学目标的真正实现。
化学教学方法论是研究化学教学规律及应用的学科，它研究化学教学中教与学的相互联系和互相作用。作为其重要分支的化学实验教学论已有了自己独特的研究内容和确立的研究理论，但迄今为止，在化学实验设计研究中尚没有出现系统而独特有效的绿色化学设计研究方法，因此，探讨和研究中学化学实验绿色化设计和教学，不仅可以使实验设计趋于完善，更可以丰富实验理论，使绿色化方法论成为化学实验理论的重要组成部分。
2.化学实验教学渗透绿色化学理念，是培养可持续发展公民的重要措施
严格地说，“绿色化学”与人们常说的“环境保护”是不同的概念。绿色化学是对环境更友善的化学，这种绿色的意义是人类追求自然完美的一种表现，它追求的是人对自然的尊重以及人与自然和谐共存的关系。而通常讲的环保意识带有明显的被动状态，它是把人放在与自然相对立的位置上，是在以人为中心的基础上来处理人与自然的关系。绿色化学提出的任务不是被动地治理环境污染，而是主动积极地防止化学污染，是一种从源头上阻止污染的化学，绿色化学是“防”，环境保护是“治”只有从根本上切断污染源，才能真正做到保护环境；只有从中小学实验教学开始，渗透绿色化学思想，才能正确培养公民的环境意识，建立“环境立国”的伟大理念。
3.化学实验教学实施绿色化学教育，是强化学生绿色化学思想，培养未来绿色化学公民的重要手段
绿色化学实验是在绿色化学思想指导下，用预防化学污染的新思想、新技术和方法，对常规实验进行研究改革而形成化学实验的新方法。它是以绿色化学的12条原则（见《化学教育》2001年第1期北师大朱文祥教授文《绿色化学与绿色化学教育》）为标准，从而极大地减少或消除实验的人为“三废”和不必要的浪费，以实现绿色化学的宗旨——物质制取和性质研究不产生污染和实现“原子经济”效益。
绿色化学不是中学一门独立的学科，它是一种战略方针、一种指导思想、一种环保的前瞻性策略。面对绿色化学教育的挑战，我们必须迅速行动起来，用实际生动的绿色化学教学范例充实课堂教学内容，注重挖掘教材中的实验，利用教材资源，使绿色化学教育自然，生动地渗透到元素及其化合物的制取和性质、化学概念和理论建立的探究性教学中，创建绿色化学课堂，通过我们的教学使学生从小就牢固树立起绿色化学理念和环保意识，使他们自觉地成长为未来的“绿色化学公民”或“绿色化学科研工作者”。