設計綠色實驗 創新化學教育中學綠色化學實驗設計及創新研究開題報告董昌耀（湖北省宜都市外國語學校 443300）經過課題組成員的充分醞釀與立項調研，今年3月，我們向中國化學會化學教育委員會申報了“中學綠色化學實驗設計與創新研究”的課題，經過專家評審，于5月得到批準并被列為中國化學會化學教育委員會基礎教育“十一五”規劃課題重點課題。現就課題立項及開題的有關情況報告如下。一、國內外研究現狀述評自1990年美國污染預防法案提出預防污染，隨即在國際上誕生了綠色化學并得到迅速發展。綠色化學是一門利用化學原理，在始端實現污染預防的科學手段和方法，消除或減少有毒有害物質的使用和產生，來消除或減少對人類健康、社區安全、生態環境有害的反應原料、催化劑、溶劑和試劑、產物、副產物的使用和產生的新興學科。1994年7月中國21世紀議程出臺，國家推出實施可持續發展的戰略框架；綠色化學作為戰略實施的重要方面受到高度重視，其研究機構迅速在我國有關科研院所及大專院校興起，推動了我國綠色化學的發展。作為與可持續發展戰略密切相關的化學教育領域，自覺地把綠色化學融入化學教育體系之中，責無旁貸；也是“戰略”實施行動的重點；綠色化學教育應運而生。1999年7月經過湖北省教科研規劃領導小組批準，我校（原宜都師范學校）“綠色化學教育及其技術開發研究課題”立項，并進行了一系列研究活動。對于將綠色化學原則與要求滲透到化學實驗中，以實現對人類健康和環境安全的化學過程的全新實驗已有明確的認識；積累了綠色化學教育及實驗的一些初步研究成果；對于實驗過程以減少用量、排斥或拒用有毒、重復使用、可回收、能再生等為準則也已有一定實踐基礎。但進一步將綠色理念滲透到化學課堂之中，滲透到具體實驗探究之中，讓綠色化學實驗走進和諧課堂，還需要深入研究。二、選題的目的和意義開展綠色化學實驗設計與創新研究，有利于實施可持續發展戰略教育。這種教育追求人在化學知識技能、科學能力和科學精神等方面全面發展，達到人與自然、人與科學、人的習得與其過程手段等方面的和諧統一。它有利于學生實踐探究、發明、發現的過程和方法；接受理性批判的思想觀念；并結合實驗問題，進行嘗試性創新實踐；培養其創新精神、創新思維、創新方法策略；從而推動學生科學素質的形成與發展。有利于學生增強社會責任感和學習自覺性，體驗探究者的情感苦衰，培養情感態度；有利于培養其科學發展的價值觀，健全人格。采用綠色化學實驗手段，可使師生處于愉悅的教學環境，保障師生身心健康。因而，具有良好的教育效益。 開展綠色化學實驗設計與創新研究，有利于貫徹化學新課程標準。無論是知識與技能、過程與方法，還是情感態度和價值觀的哪一方面的要求，不論是初中化學還是高中化學，新課程都十分重視實驗及其綠色化，明確提出“掌握基本的化學實驗方法和技能，了解現代儀器在物質的組成、結構和性質研究中的應用；了解化學實驗研究的一般過程，初步形成運用化學實驗解決問題的能力；形成綠色化學的觀念，強化實驗安全意識”。再過一年，我省高中將全面推行新課程標準并使用新教材，因而，我們的研究正是新課程實施的前期準備。綠色實驗追求從源頭上阻止污染物的產生，實驗所用試劑、實驗進行的條件、實驗產物對環境的負面影響很小或根本沒有影響，其環境效益明顯。它還可以節省化學試劑，節約資源，并節約治理污染的費用，其經濟效益也很可觀。三、研究的主要內容綠色化學實驗，是將綠色化學原則與要求滲透到化學實驗中以實現對人類健康和環境安全的化學過程的實驗；有常規或微型實驗，要求實驗所用試劑、實驗進行的條件、實驗產物對環境的負面影響很小或根本沒有影響。因而，課題研究分理論與實踐兩部分。1.理論方面：課題首先根據綠色化學的特征，探究綠色化學實驗設計原理及方法，并對綠色化學的基本實驗方式做較為系統分析。然后按照新課程化學課程標準的要求進行系統梳理與研究；分初中綠色化學實驗設計與探究、高中綠色化學實驗設計與探究等部分研究。無論設計常規實驗還是微型實驗，都充分體現實施化學污染預防的源頭戰略，實現原子經濟性，追求能源節凈性，創設和諧發展實踐情景等主要特征。2.實踐方面：在理論研究的基礎上，將綠色化學理念及綠色實驗融入化學課堂教學之中，使學生潛移默化的進行可持續發展與和諧社會的價值觀教育。并啟迪學生創新思維，引導學生積極投入探究活動，培養他們的創新意識和實踐能力。四、研究方法、手段與途徑設計實驗，可以從設計驗證性實驗入手，利用演繹推理方法與逆向思維，從某個結論或假設，推導出個別的可驗證的結論，尋找解決問題的方法。也可從現有實驗入手，進行創造思維和創新想象，尋找合適的方法和材料，進行缺點改造或者重新組合或全新設計。本課題理論研究階段，可采取首先將新教材中所編實驗分冊列出，按綠色化學的原則，逐一探究，分析優缺點；同時注意吸收和移植其他領域的方法，對其具體應用形式加以研究，形成自身的特色，進而再對其進行創新，反復比較應用，精益求精。在具體實驗設計中，一要盡可能少用有毒物質。 (1)選擇能充分利用的無毒害的安全性的原材料。在不影響實驗效果的前提下，將某些易產生有害物質的實驗換成無害物質產生的實驗。盡可能回避選用那些有毒有害、不安全的藥品及儀器裝置。（2）選擇不向環境排放有毒有害物質的化學反應。選擇體系排放給環境的物質種類為環境體系正常組分中所固有的。（3）設計污染預防的實驗裝置用品。設置過程和終端零污染且具有安全性的實驗裝置。二要注意回收與再生。（1）設計回收實驗。包括回收未反應的原料；回收副產物，回收助溶劑、催化劑、穩定劑等非反應試劑等。(2)創造再生實驗條件和重復使用的設計。第三，要簡約實驗方式。(1)合并實驗，將某幾個實驗合并在一起，使本來存在的幾次污染的實驗變為一次污染，甚至變得沒有污染。這樣既節約了時間，又減少了污染。（2）采用簡約化實驗方式，具有節約藥品、節省時間、安全可靠、操作簡便等特點。（3）選用廉價物質與綠色能源。對于一些有多種實驗方式均可達到同一目的的實驗，充分考慮反應物質及用品的成本，盡可能選用廉價物質，降低實驗成本。還要盡可能選用最經濟、無污染、能保持生態安全與完整的綠色能源，避免使用高能耗、污染環境的能源。第四，推行微型實驗。要求設計出新的實驗方案，實現實驗藥品微量化及實驗儀器微型化。第五，有些不適于課堂或實驗室進行但又是學生必須了解其原理的危險性實驗，可以由教師做出來并錄制裝入計算機多媒體系統進行播放或模擬。五、課題研究組織及分工1.課題研究領導小組及工作小組（略）。2.課題研究分工：課題分三個階段進行研究。第一階段，初步成果完成時間：2008年3月2009年2月；2009年5月各子課題上交初步文字材料時間。子 課 題 目 錄負 責 人1.綠色化學實驗概論（綠色實驗設計原理及方法）2.綠色化學實驗基本方式董昌耀 黃家華3.初中化學綠色實驗設計及創新研究鄧雙慶 李光明4.化學1中綠色化學實驗設計及創新研究周德益 施俊峰5.化學2中綠色化學實驗設計及創新研究黃建華 許倫忠6化學與生活中綠色化學實驗設計及創新研究田玲玲 黃家華7.化學與技術中綠色化學實驗設計及創新研究宋方春 黃家華8.物質結構與性質中綠色化學實驗設計及創新研究施俊峰 周德益9.有機化學基礎中綠色化學實驗設計及創新研究許倫忠 黃建華10化學反應原理中綠色化學實驗設計及創新研究江大海 張本喜11.實驗化學中綠色化學實驗設計及創新研究董昌耀 田玲玲第二階段：2009年5月8月修改各部分初稿，并請專家審稿各子課題負責人2009年9月2010年3月申請結題驗收，并力爭推出成果黃家華 董昌耀2010年3月進一步物化成果黃家華 董昌耀第三階段：由全體課題組教師在教學實踐中，以課題研究物化成果中學綠色化學實驗設計及創新研究為藍本，滲透綠色理念，實施綠色實驗，調動學生探究，全面實施綠色化學教學實踐，創新化學教育。課題研究要達到使教師遇到實驗教學，就有現成的綠色實驗方案可借鑒；水到渠成地去激發學生創新與實踐。使學生達到遇到生活實際問題，就想到綠色環保；走進化學實驗室就想到預防污染與創新實驗；遇到化學生產及實驗，就想到綠色化學。這就是我們課題組追求的終極目標。六、完成課題的保證課題組在學校教務室的領導下開展工作。學校承諾，將大力支持課題組的研究，并提供必要的經費保障。一是實驗設備，盡可能滿足試驗所需；二是保障專家指導所需費用；三是在形成物化成果方面，提供必要支持。學校保證課題組成員充分的研究時間，鼓勵課題組成員反復研究反復試驗推出成果。并督促課題組成員按計劃完成任務。課題組在研究過程中，自覺主動爭取上級教研部門、高等院校、中國化學會等有