第4节化学实验的观念基础

观念是人们的行动指南，科学的实验观念可以使学生对化学实验形成深刻的认识，成为他们顺利完成化学实验的重要指导思想。

作为化学实验基础的观念，概括起来主要有以下三个方面：一、以实验为基础的观念化学是一门以实验为基础的自然科学，“科学的原理起源于实验的世界”（梁慧姝，郑长龙.化学实验论.南宁：广西省教育出版社，1996 130），“知识应该从实验中来，实验是最好的老师”（袁翰青，应礼文编著.化学重要史实.北京：人民教育出版社，1989 23），“没有实验，任何新的东西都不能深知”（赵匡华编著.化学通史.北京：高等教育出版社，1990 64），“在任何情况下，都应该使我们的推理受到实验的检验”（拉瓦锡.化学纲要序言.自然科学问题丛刊，1984(4)：24），“只有实验是最高的法庭”（傅鹰.大学普通化学(上).北京：人民教育出版社，1979），“实验决定一切”（赵匡华编著.化学通史.北京：高等教育出版社，1990 64）。

从古今中外化学家们的论述中可以看出，“以实验为基础”的观念已经深入人心，成为化学家们研究化学的行动指南。

同样，学生在化学科学学习中，也应深刻理解以实验为基础的含义，树立以实验为基础的观念。

1．化学实验是化学科学赖以产生和发展的基础高中化学新课程将“认识化学实验在学习和研究化学中的作用”（中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准(实验).北京：人民教育出版社，2003 29）作为《实验化学》模块“化学实验基础”主题的第一条“内容标准”，这一观念性目标在以往的化学教学大纲中是从未有过的，这表明《课标》非常重视学生化学实验观念基础的形成，不是就实验谈实验，而是立意高远，从情感态度与价值观层面，从观念的高度来引导学生“更深刻地认识实验在化学科学中的地位”（中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准(实验).北京：人民教育出版社，2003 28）和作用。

用历史的观点来看，化学科学的发展历程实际上就是一部化学家运用实验进行探索、发现和创新的历史，几乎每一项化学发现都离不开科学实验。

拉瓦锡（A L Lavoisier,1743～1794）运用定量实验推翻了统治化学达百年之久的“燃素说”，建立了科学的氧化学说；1824年年仅24岁的德国化学家维勒（F Wohler,1800～1882）用实验人工合成出动物机体内的代谢产物——尿素，用事实动摇了“生命力论”，开辟了用无机物合成有机物的新天地；J J 汤姆生(J J Thomson,1856～1940)通过实验发现了电子，改变了传统的“原子不可分”的化学观。

化学史上无数的事例说明，正是有了科学实验这一坚实基础，才有了今天的化学科学，化学实验是化学科学赖以产生和发展的基础。

对于化学实验的巨大作用，教师在化学教学中应通过各种途径、手段和策略引导学生去认识，去感受，去领悟。

2．化学实验是化学科学最重要的实证研究方法高中化学新课程将“学习运用以实验为基础的实证研究方法”（中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准(实验).北京：人民教育出版社，2003 10）作为《化学1》模块“化学实验基础”主题的第一条“内容标准”，这是从研究方法视角对“以实验为基础”的观念所作的阐释。

“实证”意味着“求证”，要证实或证伪；它也意味着“真实”、“实际”，要与客观世界相一致。

如何知道是否与客观世界相一致呢？必须寻找可靠的证据。

什么样的证据最可靠？那就是通过实验获得的实验事实，这是最有力的证据。

凡与实验事实相一致的，就是得到了证实，证明是正确的；凡与实验事实不一致的，就是得到了证伪，证明是错误的。

因此，化学实验是化学科学最重要的实证研究方法。

同时，运用化学实验进行实证的过程，也是对物质及其变化的规律进行化学实验探究的过程，因而对学生科学探究能力的发展具有重要的作用。

二、绿色化学思想高中化学新课程将“树立绿色化学思想”（中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准(实验).北京：人民教育出版社，2003 29）作为《实验化学》模块“化学实验基础”主题的第三条“内容标准”，并将“形成绿色化学的观念”（中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准(实验).北京：人民教育出版社，2003 29）作为《实验化学》模块的课程目标之一。

这在以往的化学教学大纲中是从未有过的，表明绿色化学思想已成为化学实验的重要观念基础。

(一)绿色化学思想的形成化学为人类社会的进步与发展作出了巨大的贡献，这是众所周知的事实。

从钢铁冶金、水泥陶瓷、酸碱肥料、塑料橡胶、合成纤维，直到农药、医药、日用化妆品、建筑装潢材料等无不与化学息息相关，现代社会生活已完全离不开化学。

据统计，世界上化工产品的种类已达7万种多，化工总产值约为1万亿美元（中国约5 000亿人民币）。

可以说，化学品极大地丰富了人类的物质生活，提高了人类的生活质量，改变了人类的生活方式。

化学还在控制疾病、延长寿命、增加农作物品种和产量，食物的储存和防腐，以及其他科学技术的发展和国防建设等方面起着不可替代的作用。

然而，化学品的生产、使用与处理，也给环境造成了较大的污染。

起初，人们试图通过减少废气、废水和固体废弃物的排放量来解决污染问题，实践表明这类办法的效果是较为有限的。

为了加强环境污染的治理，很多国家出台了一系列有关环境保护的法律法规，对治理环境污染的指标作出了更严格的规定，这使得治理污染的费用急剧攀升，造成化工企业不堪重负，1996年美国杜邦（Dupont）公司的化学品销售总额为180亿美元，而环保费用支出则达10亿美元。

一方面人类已无法摆脱化学品和化工产品所造就的物质文明，另一方面又要减少化学污染及其治理费用。

这一矛盾使得化学和化学家面临着前所未有的挑战。

正是在这一背景下，20世纪90年代初，综合考虑环保、经济、社会以及化学工业自身发展的要求，具有全新理念的“绿色化学”（Green Chemistry）思想应运而生。

1991年，美国化学会首次提出了“绿色化学”的概念。

绿色化学也称环境友好化学（Environmentally Benign Chemistry）、清洁化学（Clean Chemistry），它是指设计对环境没有或者只有尽可能小的负面作用，并且在技术上和经济上又可行的化学品过程。

1995年3月16日，美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战奖”，以奖励在使化学变得更清洁、更经济、更美好的基础性研究方面作出突破贡献的个人或企业。

美国“总统绿色化学挑战奖”共设立了“变更合成路线奖”、“变更溶剂/反应条件奖”、“设计更安全化学品奖”、“小企业奖”和“学术奖”五个奖项。

1996年在华盛顿国家科学院颁发了第一届奖项。

从环境的治理到绿色化学思想的提出，是人类对如何解决环境问题在认识上的一次飞跃。

目前，绿色化学得到了广泛的关注。

国外出版了一些相应的书籍，例如，美国化学会1996年出版的《绿色化学：为环境而设计化学》 （Green Chemistry :Designing Chemistry for the Environment） ，牛津大学出版社2000年出版的《绿色化学：理论和实践》 （Green Chemistry：Theory and Practice） 和Marcel Dekker 2001年出版的《绿色化学简介》 （Introduction to Green Chemistry） 。

1999年世界上第一本《绿色化学》杂志诞生。

2000年，美国化学会出版了第一本绿色化学教科书。

绿色化学必将在全世界的重视下继续改变化学工业的面貌，这一趋势在本世纪将更加强劲，必将出现崭新的局面。

(二)绿色化学思想的含义从观念层面来看，在中学化学课程与教学中，学生应树立的绿色化学思想至少应包括以下三个方面：1．化学≠污染，化学品≠有害随着环境污染问题的日益恶化，一些人对化学产生了一种恐惧感，认为化学是环境污染的罪魁祸首，化学几乎成了“有毒”、“有害”、“污染”的代名词，远离化学的宣传报道随处可见，如“本品不含化学添加剂”、“纯天然制品”等等。

在一些中学生的心目中，化学实验成了一件可怕的事情而不是一件快乐的活动，加上有些化学教师对化学品的危害一面的过分强调，使得相当一部分中学生恐惧化学品，害怕化学实验。

例如，亚硝酸钠是一种食品添加剂，在熏制食品时会使用。

一位化学老师在讲到亚硝酸盐时，就说亚硝酸钠是一种致癌物质，建议同学们少吃熏制食品。

这就是比较典型的不讲“度”和“量”的对化学品危害的过分宣传。

因此，通过绿色化学思想的学习和体会，应当使学生认识到化学不等于污染，化学品不等于有害；化学科学与技术正在对环境污染防治作出自己的贡献。

事实上，对任何化学品的使用都有一个“度”和“量”的问题，在限度内就是无害的，超过限度就是有害的。

2．重视化学实验的绿色化设计与实施在化学实验中体现绿色化学思想，应首先重视化学实验设计的绿色化，即选取绿色化的原料，采用“原子经济性”的化学反应，使所获得的产物绿色化，如图所示（闵恩泽，傅军.绿色化学的进展.化学通报，1999(1)：10～15）。

所谓“原子经济性”，是指化学反应应最大限度地利用原料分子中的每一个原子，使它们都结合到目标分子（产物）中去，从而达到零排放（即没有副反应，不生成副产物，不产生废气）。

一个化学反应的原子经济性程度可以用“原子利用率”来衡量。

原子利用率=被利用的原子总式量使用的所有反应物的原子总式量×100%3．从STS视角认识绿色化学思想的重要性从STS视角来看，化学科学的研究与应用应贯穿人类社会与环境的相互作用之中，不能脱离社会、环境来从事化学品的开发与生产。

这就要求对化学品的开发进行绿色化设计，设计对人类健康和环境更安全的化合物，利用化学结构——活性关系和分子改造去达到效能和毒性之间的最优结果。

“更安全”不仅是对人类健康的影响而言，还包括化合物整个生命周期中对生态环境、动物、水生生物和植物的影响；除了直接影响以外，还要考虑间接影响——转化产物或代谢物的毒性，因而对化合物的生成、暴露、接触途径、摄入、吸收机制和分布以及进入人体内毒性作用机理等要进行更深入的研究和理解。

从这个意义上说，绿色化学思想是一种化学科学、技术与社会、环境协调发展的思想，是社会对化学科学发展的新要求，它对于保护人类赖以生存的环境、实现人类社会的可持续发展具有重要的意义。

三、实验安全的意识同以往的化学教学大纲相比，《课标》对“实验安全”提出了较高的要求。

在《化学1》主题2：“化学实验基础”的第3条“内容标准”中，要求学生“树立安全意识，能识别化学品安全使用标识，初步形成良好的实验工作习惯”（中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准(实验).北京：人民教育出版社，2003 10），在该主题的第5条“活动与探究建议”中，要求学生“结合事例讨论遵守实验安全守则的重要性”（中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准(实验).北京：人民教育出版社，2003 11）；在《实验化学》模块的课程目标中，要求学生“强化实验安全意识”（中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准(实验).北京：人民教育出版社，2003 29），在该课程模块“化学实验基础”主题的第2条“内容标准”中，要求学生“具有安全意识，能顺利地完成化学实验”（中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准(实验).北京：人民教育出版社，2003 29）。