在生活化學實驗展示訓練中培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)

訾學紅, 陳永寶, 劉淑珍, 李 釩, 張紅光

(北京工業(yè)大學 環(huán)境與能源工程學院 基礎(chǔ)化學實驗中心, 北京 100124)

1 生活化學實驗的必要性

新世紀高校人才的培養(yǎng)目標是“卓越人才”及“創(chuàng)新人才”,強調(diào)創(chuàng)新能力與創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)[1-3],通過通識教育課程實現(xiàn)素質(zhì)教育是國內(nèi)外大學的普遍選擇。開設(shè)通識課程及開展交叉學科教育,是實施素質(zhì)教育和提高學生基本科學素養(yǎng)的一個有效途徑[4-7]。

化學既是一門實用性的學科,也是一門創(chuàng)造性的學科,自然形成與人工合成的物質(zhì)都與化學有著密不可分的關(guān)系,生活中的衣、食、住、行處處充滿著化學的應(yīng)用[8]。然而高校中很多專業(yè),特別是文科專業(yè)的學生很少有機會接觸化學。為了彌補這方面的不足,很多高校都開設(shè)了各種化學類選修課,如南開大學的“化學縱橫談”[9]、清華大學的“化學與社會”[10]、上海師范大學的“現(xiàn)代人與化學”[11]。非化學專業(yè)的學生,特別是文科專業(yè)的學生,盡管他們無需掌握很深層次的專業(yè)化學知識,但化學通識教育對于他們的影響不容忽視,通過了解與生活相關(guān)的化學知識,有利于培養(yǎng)學生的綜合科學素養(yǎng),完善學生的知識結(jié)構(gòu),為今后從事相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。

我校化學實驗教學中心開設(shè)了校選通識課“生活化學實驗”,課程中動手實踐環(huán)節(jié)包括與生活內(nèi)容相關(guān)的8個基礎(chǔ)實驗：固體酒精制造、化妝品選擇制備、居室環(huán)境污染物檢測、飲用水國家標準檢測、指紋提取與初步鑒定、密信(隱形文字的書寫與讀取)、振蕩反應(yīng)制備化學時鐘和飲料中VC含量檢測。這些實驗都是在教師的指導下進行的,實驗選題與研究目標都是教師指定的,通過這些實驗能夠在兼顧學生興趣的同時開拓學生視野,增強學生動手能力。

為了給學生提供更多的自主研究實驗機會,充分調(diào)動學生的主動性,充分發(fā)揮學生的思維想象力,發(fā)現(xiàn)并滿足學生學習化學的興趣點,在“生活化學實驗”課程基礎(chǔ)上增加了實驗展示訓練環(huán)節(jié),讓每位學生根據(jù)自己的興趣提出與生活化學相關(guān)的實驗項目(實驗選題)。以下對展示訓練的要求、內(nèi)容、實施、效果等進行介紹。

2 展示訓練的要求

展示訓練的實驗分為科學實驗和趣味實驗2部分,學生除了要做一個生活中與化學相關(guān)的小實驗外,還要把所做的實驗嵌套在一個生動而有條理的生活情景中。其中,科學實驗要求實驗生活化,重點在于要選取與日常生活緊密聯(lián)系的化學實驗內(nèi)容,且實驗現(xiàn)象明顯,并能運用化學知識予以明確解釋。學生通過實驗,可以對生活中的一些現(xiàn)象給予科學分析和解釋。在進行現(xiàn)場展示實驗的同時,可配合PPT、自制視頻等,提高現(xiàn)場展示度和可視度。趣味實驗(詳見本文第4部分)的目的是激發(fā)非化學專業(yè)學生對化學的興趣,要求實驗操作過程安全、現(xiàn)象直觀有趣。同樣在進行現(xiàn)場展示實驗時,可配以PPT、自制視頻,既保證項目的趣味性和可操作性,又能將有關(guān)化學知識點貫穿其中。

3 展示訓練的實施

為了讓學生更充分地準備展示訓練環(huán)節(jié),更好地鍛煉自主實驗能力,培養(yǎng)綜合科學素養(yǎng),展示訓練的實施過程主要包括如下環(huán)節(jié):

(1) 實驗準備環(huán)節(jié)。“生活化學實驗”課程一般安排在每學期的第4—11周進行,第4周是關(guān)于生活與化學的介紹,第5—8周為8個基礎(chǔ)實驗教學時間。在第5周,即在基礎(chǔ)實驗教學開始的一周,布置展示實驗要求,讓學生對所要開展的展示訓練有一個大體的概念。在第6周,讓學生通過查閱資料進行自主選題,自己確定與生活相關(guān)的化學展示訓練實驗內(nèi)容,并提出大致的實驗思路。實驗內(nèi)容的選擇還應(yīng)與指導教師進行溝通,教師會綜合考慮實驗室和相關(guān)實驗試劑的情況后提出建議,盡量選擇操作相對簡單、實驗現(xiàn)象明顯、重復性高、安全性高的實驗。另外,教師也會對相關(guān)實驗的注意事項進行特別強調(diào)。

(2) 實驗實施環(huán)節(jié)。在第7—9周,要求學生設(shè)計并實施展示實驗。在這個階段,學生可以自行討論和修改實驗方案,反復嘗試實驗,優(yōu)化實驗條件,并跟蹤記錄實驗(紙質(zhì)記錄或者多媒體攝像等),在這種動態(tài)、開放、多元的實驗環(huán)境中,學生自主安排實驗時間,自行完成實驗材料的準備(盡可能從生活中選取)及實驗用儀器的校準和測試。如果學生感興趣,也可讓他們自己動手設(shè)計、安裝實驗裝置。當實驗不順利時,學生應(yīng)盡可能通過查閱資料、書籍等方式自己找出失敗原因及解決辦法,教師也可與學生進行啟發(fā)式討論。在第9周結(jié)束時,學生的展示訓練已經(jīng)初步完成,此時還需要將實驗設(shè)計放置于一個常見的生活場景中,突出展示訓練在生活中的意義。然后學生預演整個展示過程,并在聽取教師和其他學生的意見后,修改并最終確定展示方案。

(3) 實驗展示環(huán)節(jié)。第10周將進行實驗展示。通常可以把同一類型的實驗放到一起來展示,統(tǒng)一設(shè)計實驗生活場景,各個實驗互相串接,就像一臺內(nèi)容豐富的話劇表演。這種源于生活、高于生活的戲劇化情境與展示訓練相結(jié)合的設(shè)計,讓學生完全擺脫掉課堂的拘束和壓抑感,在輕松的條件下完成對知識的接受,而且歷久彌新。例如,學生以食品制作為主題設(shè)計了如下情節(jié),在某學生的生日聚會上,大家共同制作美味大餐,包括餐前開胃酒及彩色豆腐、松花蛋、泡菜等,當然還有蛋糕和餐后酸奶等。幸福歡快的聚餐背后,是生物化學中的接種發(fā)酵、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化、蛋白質(zhì)變性、食品添加劑發(fā)泡原理等化學轉(zhuǎn)化過程,讓學生在輕松快樂的氛圍中學到了有關(guān)的化學知識,學會思考現(xiàn)象背后的問題,學會如何發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

(4) 實驗整理環(huán)節(jié)。展示環(huán)節(jié)結(jié)束后,每位學生要提交關(guān)于整個展示訓練過程的書面報告,包括實驗的設(shè)計思路、實驗過程、實驗設(shè)計場景以及最后的展示過程等,鍛煉文字整理能力和總結(jié)提煉能力。

4 展示訓練的實驗內(nèi)容

展示訓練中的科學實驗內(nèi)容都是生活中經(jīng)常接觸到且與化學密切相關(guān)的,例如：再生紙涉及去色制漿；肥皂涉及油脂與堿的皂化反應(yīng)；晴雨花(心語花)涉及無水氯化鈷和氯化鈷晶體的轉(zhuǎn)變；食品的制作(葡萄酒、泡菜、蛋糕、豆腐、酸奶等)涉及酵母或乳酸菌發(fā)酵、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化、蛋白質(zhì)變性、食品添加劑發(fā)泡原理；彩色溫度計涉及鈷的水合物加熱失水時呈現(xiàn)不同顏色；人造琥珀涉及高分子特征和合成；用水果/蔬菜制作水果/蔬菜電池等。

展示訓練的趣味實驗是指類似小魔術(shù)的一些化學反應(yīng)或者化學現(xiàn)象,比如密信涉及淀粉遇碘變藍；冰渣燃燒涉及乙酸鈣溶液放到酒精中析出像冰渣一樣的乙酸鈣晶體；水點紙(紙中隱藏有鈉)涉及鈉與水接觸發(fā)生化學反應(yīng)；蛋殼刻畫涉及醋精腐蝕蛋殼；泡沫滅火器涉及明礬(Al2(SO4)3)與小蘇打(NaHCO3)反應(yīng)生成CO2；大象牙膏涉及過氧化氫與碘化鉀的反應(yīng)；多彩泡泡涉及水的表面張力；水中寫字涉及鐵鹽的水解產(chǎn)物與羧甲基纖維素發(fā)生化學反應(yīng)；紙幣不怕火涉及NaCl溶液中的氯離子與硝酸銀中的銀離子反應(yīng)生成AgCl沉淀物阻燃等。

從這些實驗內(nèi)容可以看出,學生的興趣點是多方面的。因為實驗內(nèi)容都是學生自己提出來的,因此當在實驗遇到困難時,他們更愿意自己想方設(shè)法解決問題,有利于激發(fā)他們的探究熱情,使他們在輕松快樂中學習化學知識,鍛煉動手實踐能力。

5 展示訓練的效果評價

“生活化學實驗”課程中的展示實驗環(huán)節(jié)已經(jīng)連續(xù)開展7年,本校數(shù)字媒體技術(shù)、信息與計算科學、物聯(lián)網(wǎng)工程、軟件工程管理、給排水科學與工程、金融學、社會學、廣告學、法學、英語、工商管理、國際經(jīng)濟與貿(mào)易等30余個專業(yè)的學生均有參加。該課程展示環(huán)節(jié)為眾多學生提供了自主開展生活化學展示訓練的機會,對于提高實踐動手能力、學習化學知識、培養(yǎng)科學素養(yǎng)都有積極的推進作用,不少學生覺得很有收獲。

6 結(jié)語

實踐證明,在“生活化學實驗”通識類課程中增設(shè)展示實驗環(huán)節(jié),將化學實驗定位為面向全校學生的通識化、素質(zhì)類課程,符合公共課程“通識化”的教學理念[12]。由于實驗內(nèi)容貼近日常生活及生產(chǎn)實踐,又都是學生自己的興趣所在,既能展示化學的基本原理和基本操作,又有良好的趣味性,能吸引學生積極參與,有助于充分發(fā)揮學生自主實驗的主觀能動性,在一定程度上提高了非化學專業(yè)的學生的基本化學素養(yǎng)。