初中化学绿色化演示实验的设计

崔良浩

【摘要】  化学是一门以实验为基础的科学。初中化学有大量的演示实验，在实验过程中不乏会产生环境污染物，干扰课堂、危害师生健康、污染环境。因此，初中化学绿色化演示实验设计就显得尤为重要了。本文主要从人教版初中化学（2012年6月第1版）中的几个化学演示实验，结合自己的教学实况，从实验装置绿色化、实验试剂绿色化、实验操作绿色化、多媒体辅助演示实验教学绿色化四个方面，对初中化学演示实验进行绿色化设计。

【关键词】  初中化学 演示实验 绿色化 设计

【中图分类号】  G633.8             【文献标识码】  A   【文章编号】  1992-7711（2019）08-142-030

问题的提出：化学是一门以实验为基础的科学，通过实验，学生不仅获得知识，还可以培养实事求是、严肃认真的科学态度。而演示实验在中学化学教学中是最常态的一种教学手段，可是，作为化学科的演示实验，大多时候是要损耗仪器、药品的，时常也会产生环境污染物，处理不好就会与“化学能使环境更美好”的理念相违背了，也会在潜移默化中让学生失去环保意识。作为化学教师，我们应该树立学生绿色化学理念和环境保护的意识当成自己的责任，让学生认识绿色化学是对于保护环境具有重大意义，它不是污染了环境后才去治理，而是从源头上消除污染物。

因此，我们教师在给学生做演示实验时，首先应该以身作责，实验设计的时候提倡绿色化。尽量在保证实验效果的前提下让实验的损耗降到最低;化学反应技术的可持续性，即尽量利用自然界可再生的自然资源代替不可再生的资源，尽量利用自然界可再生的能源代替不可再生的能源;化学实验所使用或产生的有害物质尽量能够是零或向零靠拢，无法靠拢的应该尽可能密闭可控，达到不排或者少排污染物。也就是说要做好演示实验的绿色化设计。下面笔者结合自己多年的教学经验，从实验装置绿色化、实验试剂绿色化、实验操作绿色化、多媒体辅助演示实验教学绿色等四方面，谈谈自己在演示实验上的一些做法和心得。

一、实验装置绿色化設计

在日常的演示实验教学中，做好实验装置的绿色化设计，可起到事半功倍的效果，还可以有效地减少环境污染。比如，教材33页实验2-3：硫分别在氧气和空气中的燃烧。如依教材实验，装置简图如图1.该实验教材已经作出要求应在通风橱中进行，氧气瓶中有预留溶解生成物二氧化硫的水，目的是为了防止实验中生成有刺激性气味的气体二氧化硫扩散在课室干扰课堂、危害师生健康和让生成的二氧化硫溶于水减少二氧化硫排放到空气中污染空气。结合我校实际，如教材实验有三点不足：1、我校通风橱建在药品室一角，很难让每个学生仔细、方便的观察现象;2、通风橱里进行实验，泄漏的气体直接被抽排到课室外面的空气中，学生无法感知“刺激性”气味这一实验现象，而这个实验是需要学生感知这一现象的;3、这个实验硫在氧气瓶中燃烧时，在空气中点燃硫伸入集气瓶中后教师还要继续集中精力操作燃烧匙和玻璃片，而且这个实验体系不是密闭的，在实验过程中仍会有二氧化硫气体逸出瓶外造成更多污染物排放到空气中。

因此，笔者对本实验装置进行了绿色化设计（如图2）：实验在原装置的基础上，取消用玻璃片盖集气瓶，改为用双孔胶塞来代替玻璃片塞住集气瓶，双孔胶塞的一个孔插盛硫的燃烧匙，一个孔插绑有气球的玻璃管（便于缓解集气瓶内因硫燃烧放出的热量使瓶内空气膨胀产生冲力导致胶塞被冲出）。

通过教学实践，这一个实验的改进，充分地体现了绿色化设计优点：该实验由原来的非封闭体系变为封闭体系，点燃红磷只要把胶塞塞入集气瓶后不用再担心二氧化硫会泄漏到空气中。同时这样改进增加了更多的教学附加值：1、节省操作精力。红磷点燃塞入集气瓶后不用管接下来的操作了，老师可以解放双手和操作的精力，把精力用到引导学生观察、描述实验现象和思考实验问题上来;2、装置可灵活移动。可放在讲台学生最佳观察的位置，也可移动到课室中间学生最佳观察的位置，让每个学生都能充分的观察到实验现象;3、通过改进可以把实验放到课室里来做，老师控制好硫在空气里燃烧的时间，让学生在观察到硫在空气里燃烧的现象的同时，又让学生得到二氧化硫气休刺激性气味感知，进而让学生认识到环保的重要性，体会到实验绿色化设计的重要性。

二、实验试剂绿色化设计

在实验中对试剂的选择上，笔者对试剂绿色化设计坚持的原则是：在保证实验效果的前提下，让实验的损耗降到最低;在消耗性资源选择上，尽量用可再生性资源代替不可再生性资源。

比如，教材49页实验：分子运动现象。如依书本（如图3）操作，有以下不足：1、氨水用量大。按一个班四十人、每四人一组计需要分成十组，则需要十份氨水，需要的氨水量相对较大。虽然氨水可以回收，但它挥发性强，经多次回收的氨水浓度不断下降，影响后续班级的使用效果;2、对环境污染大。十组实验同时进行，大量氨气挥发在实验室空气里，严重污染环境;3、对师生健康危害大。氨气气味特别刺激，而且它有毒，对眼、鼻和皮肤有刺激性和腐蚀性，人体吸入氨气后对肺有很大的刺激，严重的可引起喉头水肿而窒息甚至死亡（百度信息）;4、对课堂干扰大。实验过程中会有大量刺激性气味的氨气挥发在实验室空气中，干扰学生实验观察和思考;5、结论较单一。就图3的操作，可以得到的结论仅是分子在不断的运动。

综合上述不足，加上本实验重点是观察、分析现象得结论，笔者将学生探究实验改为演示实验并对装置绿色化设计（如图4、图5）：用硬质大试管代替图3大烧杯，用透明联排十孔塑料小试管（规格长宽高分别约5cm、0.4cm、0.5cm）代替图3小烧杯。实验时，将硬质大试管如图4、图5架夹好，再在联排小试管第一和第二个孔分别滴入两滴浓氨水，第三至第十个孔分别滴入两滴酚酞溶液，然后快速将联排小试管塞入大试管（有氨水的一端靠胶塞）并立即塞上胶塞。

本实验改进后有两组相似实验装置，是为了便于对比。在教学中，教师演示无气球的一组（图4），再找一个学生上讲台跟着老师同时完成有气球的一组（图5），操作区别在于教师组不加热大试管而学生组用风筒加热试管，其它操作及过程一致。（学生组装置加装带气球的导管，目的是为防用风筒加热大试管时管内空气膨胀使胶塞冲脱试管，故加装气球缓冲）。

笔者对此实验进行这样的改进设计，虽然两组实验使用的浓氨水和酚酞溶液量都极少，但是实验现象却很快，实验效果很明显;这体现了“保证实验效果的前提下让实验的损耗降到最低”的绿色化实验理念。

此外，这样的设计既符合学生的发展认知规律，又凸显其独特的优点：1、能让学生通过实验现象，得出化学本质规律。比如观察到第三至第十个小试管中酚酞按先后顺序变红，学生自然而然就能得出“分子是由近及远运动”的特性。2、学生也能从两组操作的现象差别，小结出“温度越高分子运动越快”的特性。3、设计后的装置由于可以灵活的移动，所以教师在演示时可以把这一套装置轻而易举地展现在每一个同学面前，更好地促进了学生对实验现象的观察、思考和讨论。4、浓氨水是完全在密闭的状态中进行实验的，因此，不用操心尽快去回收浓氨水，也不用担心氨气会泄漏到课室空气中去。这样同学们就可以用更多的精力，边观察边思考，促进对知识的深度学习。

三、实验操作过程绿色化设计

教师不仅是知识的传授者，更是唤起学生环保意识的倡导者，因此，在进行化学实验绿色化设计上，对实验操作过程进行绿色化设计也是不可缺少的一部分。

比如教材27页中实验2-1：测定空气里氧气的含量。该实验如依教材进行（如图6），有以下几个不足：1、红磷要先在空气中点燃，然后再将胶塞塞入集气瓶中。这一过程既会造成红磷在空气中燃烧时释放大量白烟（五氧化二磷）而污染空气。2、胶塞塞入集气瓶过程中部分瓶中空气因受热膨胀逸出集气瓶，使实验产生误差。3、红磷熄灭、等集气瓶冷却打开止水夹吸水后，玻璃管中会滞留有水产生实验误差。4、止水夹夹住胶管一端，与集气瓶相连的这段导管中，会含有一定体积的空气，造成实验科学性误差。

因此，笔者对这一实验操作过程进行綠色化设计（如图7、图8、图9），具体操作如下：

取一硬质大试管，按试管体积五等份均分，并在试管外面做好五等份的标识。然后在大试管中放入足量（通常黄豆大一粒即可）吸干水的白磷，并立即在试管口套上一个尽量排尽空气的大气球，用棉线绑紧，以防止实验过程中气球脱落。如图7。

在实验开始时，将底部有白磷的试管浸入纸约80℃热水，学生很清晰地看到白磷迅速燃烧，气球刚开始时胀大，随后燃着的白磷熄灭、气球缩小，并在完全冷却时气球一部分被吸入试管中的现象。待试管冷却后，将试管口朝下，浸入盛有常冷水（为使容易观察可将常温水染红）的大烧杯中。教师在水中取出气球并引导学生观察，学生可以清晰看到：水倒吸入试管并约占试管体积的五分之一（如图7、图8、图9）。

本实验绿色化设计的优点在于：1.白磷燃烧过程在密闭体系中进行，生成的五氧化二磷不会泄漏空气中污染空气，达到了实验向零污染靠近的进击目的。2.学生能清晰的看到气球从胀大到缩小直至部分倒吸入试管，感官上直接感知到试管内气体减少，进而更就好的帮助学生理解和分析实验现象。3.操作便捷，现象明显。4.可以减少实验误差。

四、多媒体辅助演示实验教学绿色化

在日常教学中进行演示实验时，难免会遇到一些危险性大、污染严重的实验。基于对师生安全和环境污染问题的影响，可利用多媒体技术辅助进行实验教学。利用多媒体演示实验操作过程，让学生有“身临其境”的感觉，可以更好加深学生对实验的理解和认识。

比如下册教材53页实验10-4：浓硫酸稀释。这个实验强调的是规范正确的操作。因此，笔者在实际教学中，会演示正确的稀释操作，也会让学生通过触碰烧杯外壁感知现象。但错误的操作不做演示，因为太不可控。这样学生就体会不到错误操作导致的真实后果会是怎样。如果不做处理，学生只能通过书本的文字和图片了解相关的知识，而这样的认知方式通常让学生无法印象深刻。很多学生学完后，过一段时间，就会记不清到底是将水注入浓硫酸中还是将浓硫酸注入水中。

因此，在本实验教学过程中，笔者首先通过多媒体辅助教学，引导学生通过观察动画模拟浓硫酸稀释错误操作演示的过程，并进行探讨和交流，认识不恰当的操作会带来严重的后果。然后，教师再进一步在讲台上演示正确的浓硫酸稀释操作步骤，这样，学生就可更加深刻地领悟正确的操作方法以及它的重要作用。

本实验用多媒体辅助实验，让学生通过观看多媒体演示动态效果，对实验操作有了正确和错误对比，进而更深刻地理解了：为什么不能把水倒入浓硫酸而应把浓硫酸倒入水进行稀释的原因，从而达到“百闻不如一见”的效果，让学生更深层次的理解和掌握化学知识。

结语

演示实验是利用演示功能，让学生通过观察实验现象去分析思考获得知识或验证原理的。在整个演示过程中，教师的一举一动都会给学生带来潜移默化的影响。所以在演示实验教学中，教师必须身体力行，对会或可能会造成环境污染的化学实验做好绿色化设计，让污染变为零或向零靠拢，同时更要把防止环境污染的理念传输给学生，让学生懂得保护环境得从一点一滴做起，每个人做起。这是我们对化学演示实验绿色化设计的最终目的和最大愿望。

[ 参  考  文  献 ]

[1]张四保，张爱喜.初中化学课堂教学课型[M].长春：吉林大学出版社，2008：114.

[2]王英.浅谈在化学教育中实施绿色化学教育[J].甘肃高师学报，2002：7（5）：77—78.

[3]彭晖冰，罗耀华.绿色化学与绿色化学教育[J].长春师范学院学报，2004：23（3）：83-85.