凸顯綠色化學(xué)理念設(shè)計的課例

蔣澄一

摘要：針對初中化學(xué)教學(xué)中出現(xiàn)的學(xué)生對綠色化學(xué)理念認(rèn)識中存在的不足，以及“環(huán)境污染的防治”傳統(tǒng)教學(xué)中對科學(xué)價值觀的缺失等問題，通過創(chuàng)設(shè)真實的實驗、工業(yè)和生活情境，在拓寬知識的廣度和培養(yǎng)思維的深度的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)初中學(xué)生循序漸進(jìn)地構(gòu)建綠色化學(xué)理念，初步樹立科學(xué)的發(fā)展觀。

關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)理念;初中;教學(xué)

文章編號：1008-0546（2021）09-0037-06

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.010

一、教學(xué)內(nèi)容分析

本課主要的教學(xué)內(nèi)容包括“還人類潔凈的空氣”“保護(hù)水資源”“回收利用固體廢棄物”三部分?！氨Ｗo(hù)水資源”主要教學(xué)內(nèi)容有水體污染的主要來源和處理污水的常用方法，這些內(nèi)容與教材第二章第三節(jié)相似，不同點是增加了“農(nóng)業(yè)用水、生活污水造成污染水體的原因”?！盎厥绽霉腆w廢棄物”的相關(guān)知識是垃圾處理的一般方法，其中廢金屬、廢塑料橡膠的回收，學(xué)生在第五章第三節(jié)、第九章第二節(jié)都已學(xué)過，但垃圾分類這一社會熱點問題學(xué)生了解不多。本課教學(xué)的重點和難點是“硫酸型酸雨的形成”的基本原理。

二、教學(xué)現(xiàn)狀分析

在我?；瘜W(xué)測驗中有這樣一個問題：工廠利用稀硫酸吸收尾氣中的氨氣，從綠色化學(xué)的角度談?wù)勥@樣做的目的是什么？命題人只給出“防止空氣污染”的參考答案，從閱卷情況統(tǒng)計，有近九成的學(xué)生給出類似的答案，幾乎沒有學(xué)生給出“生成的硫酸銨可以用作化肥”的答案。分析以上現(xiàn)象，筆者認(rèn)為許多學(xué)生和少數(shù)教師對綠色化學(xué)理念的理解存在偏差，他們把綠色化學(xué)理念簡化成了減少污染，因此非常有必要糾正他們對綠色化學(xué)理念認(rèn)識中的誤區(qū)。

滬教版“環(huán)境污染的防治”的教學(xué)內(nèi)容在以前的教學(xué)中多少均有涉及，許多教師很容易輕視本課教學(xué)，只把教學(xué)重點放在“酸雨形成”的實驗和化學(xué)方程式的書寫上，沒有真正挖掘教學(xué)內(nèi)容中蘊(yùn)涵的學(xué)科價值和功能。另外本課是滬教版的最后一章最后一節(jié)，許多教師為了盡早地開始總復(fù)習(xí)，有時只通過劃重點的方式來上課，更弱化了應(yīng)有的教學(xué)要求。

三、教學(xué)思想與創(chuàng)新點

本課以燃放煙花爆竹對環(huán)境的危害為明線，以體驗綠色化學(xué)理念為暗線，教學(xué)設(shè)計有以下特點。

1.情境從模擬到真實

本節(jié)課的重點之一是“硫酸型酸雨的形成”的實驗，筆者通過模擬實驗使學(xué)生初步了解SO2的形成、SO2與水反應(yīng)的知識后，適當(dāng)將教學(xué)視野拓展到硫酸的工業(yè)制法，使學(xué)生在認(rèn)識化學(xué)對社會發(fā)展重要作用的同時，更能體會“綠色化學(xué)”在工業(yè)生產(chǎn)中的具體應(yīng)用。在污水處理環(huán)節(jié)，筆者讓學(xué)生對比已學(xué)過的“污水處理”的模擬實驗與實際城市污水處理的異同，這些真實和富有啟迪性的教學(xué)情境，有助于學(xué)生加深對所學(xué)知識的理解，也有助于幫助學(xué)生逐步建構(gòu)“綠色化學(xué)”理念。

2.思想從廣度到深度

筆者考慮初中化學(xué)的基礎(chǔ)性和啟蒙性，從生活污水處理、垃圾分類等真實情境中選取合適的素材開闊學(xué)生的視野，拓寬學(xué)生的知識面。同時從綠色化學(xué)遵循的基本原則中選取“原子的經(jīng)濟(jì)性”“可再生”“可回收”“控制污染源”等內(nèi)容作為學(xué)生知識的增長點，用于引導(dǎo)學(xué)生正確理解綠色化學(xué)理念。

為避免把教學(xué)變成科普講座，防止學(xué)生聽時好玩過后就忘的情形出現(xiàn)，筆者將所傳授的知識和方法融入創(chuàng)設(shè)的真實的生產(chǎn)生活情境中，用問題去引導(dǎo)學(xué)生比較、分析、歸納，在解決實際問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生思維的深度。

3.理念從體驗到經(jīng)驗

學(xué)生在體驗過程中可以采用自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)等多種方式，學(xué)生在體驗中積累經(jīng)驗，在反思中提升經(jīng)驗，進(jìn)而形成和發(fā)展學(xué)力[1]。

筆者分析任教班級學(xué)生的差異后，在教學(xué)過程中為他們搭建一個體驗初中化學(xué)“綠色應(yīng)用”理念的階梯。學(xué)生首先在模擬實驗中感受理念，然后在真實生產(chǎn)中認(rèn)識理念，最后樹立在日常生活中合理使用化學(xué)物質(zhì)的理念。以上是學(xué)生不斷解決問題、積累經(jīng)驗、提升自我的過程。

四、教學(xué)目標(biāo)

1.知識層面

學(xué)生通過“硫酸型酸雨的形成”的實驗，初步了解SO2的產(chǎn)生途徑，對環(huán)境的危害。學(xué)生通過硫酸的工業(yè)制法認(rèn)識SO2的化學(xué)性質(zhì)和生成硫酸的途徑。學(xué)生對比工業(yè)真實污水處理與教材模擬污水處理的異同，加深理解氮、磷、鉀元素對植物生長重要意義，進(jìn)一步認(rèn)識淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。學(xué)生初步學(xué)習(xí)垃圾分類的標(biāo)準(zhǔn)，并對教室常見的垃圾進(jìn)行分類。

2.價值層面

教師將基于綠色化學(xué)理念逐步地滲透在學(xué)生學(xué)習(xí)知識的過程中，讓學(xué)生對綠色化學(xué)理念有一個從感受到認(rèn)識最后實踐的漸進(jìn)式體驗過程，使學(xué)生認(rèn)識化學(xué)在促進(jìn)人類和社會可持續(xù)發(fā)展中的地位和作用[2]。

五、教學(xué)流程

教學(xué)流程見圖1。

六、教學(xué)實錄

1.創(chuàng)設(shè)情境，提出綠色化學(xué)理念

【視頻】溧陽市春節(jié)期間在限定區(qū)域內(nèi)禁止燃放煙花炮竹的新聞公告。

【教師】為什么要禁止燃放煙花炮竹？

【學(xué)生1】可以較少空氣污染。

【教師追問】你通過哪些感受知道燃放煙花會污染空氣？

【學(xué)生2】燃放時會產(chǎn)生很多煙，而且會聞到刺鼻的氣味。

【投影】黑火藥燃燒時會產(chǎn)生CO、CO2、SO2等氣體。

【教師】請能根據(jù)以上信息推測一下，是什么氣體有刺激性氣味？ 【學(xué)生3】SO2氣體。 【投影】綠色化學(xué)理念是指：在化學(xué)反應(yīng)或化工生產(chǎn)過程中，不使用或減少使用有害物質(zhì)，減少或消除有害物質(zhì)的生成，從源頭上消除化學(xué)或化工生產(chǎn)對環(huán)境或人類健康的負(fù)面影響。

【教師】燃放煙花炮竹在哪些方面不符合綠色化學(xué)理念？

【學(xué)生4】因為會生成對人體健康或環(huán)境都有害的CO、SO2、CO2。

【設(shè)計意圖】筆者從學(xué)生對燃放煙花爆竹的切身感受出發(fā)，以生活中熟悉的禁放煙花炮竹為教學(xué)情境，使學(xué)生盡快進(jìn)入課堂教學(xué)。因為授課班級的學(xué)生對綠色化學(xué)理念認(rèn)識很模糊，所以筆者首先簡要介紹了理念的內(nèi)涵，這樣不僅糾正學(xué)生對綠色化學(xué)認(rèn)識上的誤區(qū)，而且為后面開展凸顯綠色化學(xué)理念的教學(xué)埋下伏筆。

2.模擬實驗，感受綠色化學(xué)理念

【過渡】在以前的學(xué)習(xí)中我們已經(jīng)知道CO、CO2對環(huán)境和人體的影響，SO2這種氣體從何而來？對環(huán)境和人體有怎樣的影響，我們將用實驗來探究SO2的生成以及相關(guān)的性質(zhì)。

【演示實驗】利用圖2裝置，完成硫在氧氣中燃燒。

【教師】請觀察實驗現(xiàn)象并寫出硫燃燒生成SO2的化學(xué)方程式。

【學(xué)生5】有藍(lán)紫色火焰，石蕊試液變成紅色。

【教師】石蕊試液變成紅色了，這現(xiàn)象能否說明SO2會造成酸雨？

【學(xué)生表現(xiàn)】少數(shù)學(xué)生說“能”，多數(shù)學(xué)生沉默。

【教師】請同學(xué)們在回答問題以前想一想，pH在什么范圍內(nèi)的雨水是酸雨？

【學(xué)生6】我認(rèn)為上述實驗不能說明SO2會造成酸雨。因為酸雨的pH<5.6，但石蕊變紅只能說明溶液呈酸性，不能說明其pH一定小于5.6。

【教師追問】老師非常贊同你這種定性與定量相結(jié)合的思想，那你會做什么實驗來說明二氧化硫會造成酸雨？

【學(xué)生6】測溶液的pH。

【教師追問】你打算用普通pH試紙還是pH計測定溶液pH？為什么？

【學(xué)生6】用pH計，因為可以測得更準(zhǔn)確一些。

【學(xué)生7】我也選pH計，因為現(xiàn)在測試的溶液是紅色，若用pH試紙，可能試紙的顏色變化不準(zhǔn)確。

【教師】這兩位同學(xué)注意到了在不同的情境，要運(yùn)用相應(yīng)的知識解決實際問題，很值得稱贊。

【投影】用pH計測定SO2與H2O反應(yīng)時pH的變化，實驗裝置和結(jié)果如圖3所示。

【教師】依據(jù)數(shù)字傳感器測定的結(jié)果，二氧化硫是造成酸雨的因素之一。你能模仿二氧化碳與水反應(yīng)的原理，寫出二氧化硫與水反應(yīng)的化學(xué)方程式嗎？

【學(xué)生】完成化學(xué)方程式。

【教師】請同學(xué)們談?wù)?，我們演示的實驗與課本上的實驗比較哪些方面體現(xiàn)出“綠色化學(xué)應(yīng)用”的理念？

【學(xué)生8】課本上的實驗需要在空氣中點燃硫粉，這樣會對空氣造成污染。而現(xiàn)在的演示實驗生成的SO2始終在集氣瓶中，不會擴(kuò)散到空氣中。

【學(xué)生9】演示的實驗中硫粉用量很少，這樣生成的SO2就減少了。

【學(xué)生10】演示實驗的裝置中預(yù)先放人的水可以吸收生成的SO2氣體，減少污染。

【板書】小結(jié)綠色化學(xué)理念（圖4）。

【設(shè)計意圖】為使學(xué)生對綠色化學(xué)理念有更深刻的體會，筆者通過改進(jìn)的演示實驗，讓學(xué)生親身感受“減量”“回收”等綠色化學(xué)理念，使學(xué)生意識到綠色化學(xué)的理念不是空洞的口號和抽象的概念，而是真實的實驗、具體的操作，有利于充分發(fā)揮實驗的教育功能。在教學(xué)時筆者不是簡單地把“SO2氣體會形成酸雨”作為結(jié)論直接教給學(xué)生，而是用問題引導(dǎo)學(xué)生利用實驗數(shù)據(jù)結(jié)合已學(xué)知識自己分析判斷，得出結(jié)論，既復(fù)習(xí)所學(xué)知識，又培養(yǎng)學(xué)生定性和定量結(jié)合的思維方式，這樣就充分發(fā)揮實驗的教學(xué)功能。

3.工業(yè)生產(chǎn)，認(rèn)識綠色化學(xué)理念

【過渡】二氧化硫與水反應(yīng)生成物是亞硫酸，那么酸雨中的硫酸是怎么來的呢？

【投影】硫酸的工業(yè)制法（圖5）。

【教師】請寫出反應(yīng)室和吸收塔內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。

【學(xué)生】完成化學(xué)方程式的書寫。

【教師】空氣中的塵埃也可以將SO2催化氧化成SO3，你能用化學(xué)方程式表示酸雨中硫酸的生成過程嗎？

【學(xué)生】完成化學(xué)方程式的書寫。

【教師】綠色化學(xué)理念的核心內(nèi)容“原子的經(jīng)濟(jì)性”是指：盡量使參加反應(yīng)的原子都進(jìn)入產(chǎn)物。你們剛才書寫的化學(xué)方程式符合“原子的經(jīng)濟(jì)性”嗎？

【學(xué)生表現(xiàn)】大多數(shù)沉默，有少數(shù)同學(xué)竊竊私語。

【教師】假設(shè)化學(xué)反應(yīng)后生成兩種新物質(zhì)，其中一種是我們需要的產(chǎn)品，這樣的反應(yīng)符合“原子的經(jīng)濟(jì)性”嗎？

【學(xué)生11】不符合。

【教師】基本反應(yīng)類型中的哪一類反應(yīng)符合“原子的經(jīng)濟(jì)性”？

【學(xué)生12】化合反應(yīng)。

【教師追問】反應(yīng)室和吸收塔內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)滿足“原子的經(jīng)濟(jì)性”？

【學(xué)生13】滿足的。

【教師】空氣中的塵埃與反應(yīng)室中的催化劑作用相同，都能將SO2氧化成SO3?，F(xiàn)在你知道酸雨中含有硫酸的原因嗎？請寫出空氣中二氧化硫轉(zhuǎn)化成硫酸的化學(xué)方程式。

【學(xué)生】練習(xí)化學(xué)方程式書寫。

【教師】反應(yīng)室中SO2不會全部轉(zhuǎn)化成SO3，你會怎樣處理這些未反應(yīng)就離開反應(yīng)室的SO2呢？

【學(xué)生14】要將這些SO2收集起來。

【教師追問】你怎么想到要收集這些SO2氣體的？

【學(xué)生14】因為剛才綠色化學(xué)理念中說要從源頭上消除有害物質(zhì)，因為SO2氣體會造成酸雨，所以不能直接排放，要收集處理。

【教師】很好，你的答案已經(jīng)體現(xiàn)了綠色化學(xué)理念。在生成H2SO4的過程中要充分利用原料，實現(xiàn)原子利用率100%，如果從這個角度考慮，你會怎樣處理收的SO2氣體？

【學(xué)生15】可以再次放人反應(yīng)室生產(chǎn)SO3。

【學(xué)生16】爐渣的主要成分Fe2O3，爐渣可以用來煉鐵嗎？

【教師】可以，綠色化學(xué)理念中的“變廢為寶”的思路和你的答案非常相似。你怎么會想到爐渣可以用來煉鐵？

【學(xué)生16]因為煉鐵的原料之一赤鐵礦的主要成分也是Fe2O3，這一點與爐渣很像，所以我就有這樣的猜測。

【教師】你的思路非常清晰，對綠色化學(xué)理念的認(rèn)識也更深刻。

【板書】總結(jié)綠色化學(xué)理念（圖6）。

【過渡】燃放煙花爆竹不僅會生成SO2造成酸雨污染水體，而且燃放后被丟棄的固體廢棄物也會污染水體。

【教師】請同學(xué)們觀看視頻后回答，第二章所學(xué)的實驗室模擬污水處理和實際城市污水處理從流程上比較有何異同。

【投影】對比模擬污水處理和實際城市污水處理的異同（表1）。

【視頻】城市污水處理工藝流程。

【學(xué)生活動】觀看視頻，交流討論，完成表格。

【設(shè)計意圖】本教學(xué)環(huán)節(jié)由硫酸的工業(yè)生產(chǎn)和城市污水處理兩個基于真實工業(yè)生產(chǎn)流程改編而成。筆者以真實的工業(yè)生產(chǎn)硫酸為知識載體，用問題引導(dǎo)的方式，讓學(xué)生在解決問題的實際過程中，獲取并鞏固以SO2為核心的化學(xué)基礎(chǔ)知識。同時幫助學(xué)生逐步建構(gòu)基于綠色化學(xué)理念的模型，進(jìn)一步認(rèn)識綠色化學(xué)理念在實際生產(chǎn)中的價值。所以教師要給學(xué)生廣闊的空間、強(qiáng)大的支持、溫暖的鼓勵，讓學(xué)生從綠色化學(xué)的理念出發(fā)，勇敢地將自己的想法付諸實踐。學(xué)生的想法也許不夠成熟和完善，但這其中蘊(yùn)含的綠色化學(xué)觀念才是最需要教師小心呵護(hù)的珍寶[3]。

在保護(hù)水資源部分，筆者以真實的城市污水處理工藝為素材，一方面有利于擴(kuò)寬學(xué)生的知識面，了解城市污水處理不僅有書本中學(xué)到的過濾、吸附、消毒等步驟，還有除氮、磷元素和調(diào)節(jié)pH等環(huán)節(jié)。另一方面也是重現(xiàn)學(xué)過的知識，并將原來零散的如“化肥流失污染水體”“有機(jī)物的降解”等知識以污水處理為主線進(jìn)行重組，也有利于學(xué)生知識的系統(tǒng)化，為以后開展復(fù)習(xí)工作夯實基礎(chǔ)。

4.日常生活，樹立綠色理念

【教師】每年燃放焰花炮竹后的固體廢棄物給環(huán)衛(wèi)工人帶來沉重的工作負(fù)擔(dān)。你打算如何處理這么多的“垃圾”？

【學(xué)生17】重新生成紙制品。

【學(xué)生18】可以燃燒取暖。

【教師】聽了同學(xué)們的答案，我感覺同學(xué)已經(jīng)初步認(rèn)識綠色化學(xué)理念。其實大家在回答這些答案之前，清潔工已經(jīng)完成了重要的分類工作。垃圾只是放錯位置的資源，若要合理處置首先需要對垃圾進(jìn)行分類。

【投影】學(xué)校教室里的垃圾（圖7）。

【教師】這些垃圾應(yīng)該怎樣分類呢？請結(jié)合視頻說說你的看法。

【視頻】播放上海市垃圾分類宣傳視頻。

【學(xué)生19】筆芯、草稿紙、紙質(zhì)酸奶盒應(yīng)該屬于可化學(xué)教與學(xué)2021年第9期回收垃圾，用過的紙巾和食品包裝袋是不可回收垃圾，香蕉皮是濕垃圾。

【教師】中性筆筆芯中的油墨含有揮發(fā)性物質(zhì)、多余墨水、浮脂等污染物。若任意丟棄筆芯，會造成土壤、水體污染。廢棄的中性筆筆芯屬于哪類垃圾？

【學(xué)生19】有害垃圾。

【教師】我國每年會消耗幾十億支中性筆，廢棄的筆芯對環(huán)境的污染不可忽視，你對此有何良策？

【學(xué)生20】我們可以少用中性筆啊。

【教師】那老師就少布置點作業(yè)啦。

【學(xué)生20】我的意思可以用鋼筆代替中性筆，這樣可以從源頭上控制污染源。

【教師】你的看法很好體現(xiàn)了綠色化學(xué)理念中的“替用”原則。同學(xué)們在校學(xué)習(xí)過程中還會產(chǎn)生哪些垃圾？結(jié)合綠色化學(xué)理念，談?wù)勀銜鯓犹幚磉@些垃圾？

【學(xué)生21】電學(xué)實驗后的廢棄干電池，它們是有害垃圾，要回收。

【學(xué)生22】學(xué)校食堂每天都會產(chǎn)生許多濕垃圾，這些濕垃圾可用于生產(chǎn)肥料，另外同學(xué)要做到學(xué)校倡導(dǎo)的“光盤行動”，從源頭上減少濕垃圾的產(chǎn)生。

【學(xué)生23】在食堂就餐自帶餐具，不用一次性筷子。

【設(shè)計意圖】綠色化學(xué)理念的價值絕不是教師向?qū)W生單向地講授，而應(yīng)當(dāng)培育學(xué)生內(nèi)在的興趣和自發(fā)的行動力[4]。如果我們僅僅把綠色化學(xué)理念體現(xiàn)在試卷的解題中是有所欠缺的，我們期望把綠色化學(xué)理念能根植于學(xué)生心中，反映在學(xué)生的言行中?？紤]學(xué)生已有的知識和生活經(jīng)驗，筆者從垃圾分類切入。垃圾分類學(xué)生在平常學(xué)習(xí)生活中可以親身實踐，而且垃圾分類會逐漸成為日常生活習(xí)慣，因此能在很長一段時間內(nèi)持續(xù)使學(xué)生關(guān)注綠色化學(xué)理念，有助于學(xué)生在日常生活中樹立綠色化學(xué)理念，了解化學(xué)為實現(xiàn)人類更好的未來發(fā)揮著重大作用。

【教師總結(jié)】今天我們在課堂里學(xué)習(xí)了治理環(huán)境污染的有關(guān)知識，體驗了綠色化學(xué)理念，希望同學(xué)們能把學(xué)到的內(nèi)容不僅用在化學(xué)學(xué)習(xí)中，更需要在日常生活根據(jù)綠色化學(xué)理念合理使用物質(zhì)，增強(qiáng)對自然和社會的責(zé)任感。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012：2

[2]吳永才.體驗“命題”：從經(jīng)驗走向“學(xué)力”一高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)的實踐與反思[J].化學(xué)教與學(xué)，2013（3）：2-4

[3]蔡智君.美國Beyond Benign推進(jìn)高中綠色化學(xué)教育的實踐與啟示[J].化學(xué)教育，2016，37（23）：78-81

[4]葉長軍，李丹，張娟.中學(xué)化學(xué)中綠色化學(xué)教學(xué)的問題與對策[J].化學(xué)教育，2018，39（17）：18-20