創客教育引領下的化學實驗創新與探索

趙建銀

創客教育實際上是融合技術的一種，其遵守開放創新、探究體驗的全新理念，旨在通過創造中學來培養現代創新人才。而化學實驗教學可依托創客教育思維和創客技術來改進化學實驗儀器，利用數字傳感器來完善實驗教學方式，從而挖掘出化學實驗的根本價值。我將結合現有的教學實驗，重點探究創客教育背景下的化學實驗創新問題。

一、創客教育簡析

（一）內涵

創客教育集創客文化和教育于一身，它關注學生的興趣，依托項目學習，應用數字化工具，主張造物，提倡分享，強調團隊協作能力、獨立解決問題能力與創新能力的綜合培養。

（二）特點

1.參與性。創客教育強調學生的親身參與，旨在通過參與來增加知識積累，豐富經驗，在設計、組裝和形成過程可能出現改進的情況，但所有過程全部由學生親自完成，教師在此過程只發揮著引導者的作用。

2.綜合性。創客作品不能單純依賴某個特定學科內容，其作品構建通常經由目標任務設定、結構設計和實踐操作達成。目標任務設定是學生依照生活經驗，經由內部交流確定待設計作品。結構設計依托目標任務開展，此操作的完成要求學生主動查閱文獻，認真總結，確定操作步驟和相關儀器等。在實踐操作環節，會應用物理以及數學等方面的內容。

3.趣味性。一個作品從最初設計到最終完成，通常會讓學生獲得一定的成就感，且在創客實踐過程，學生也會和其他同學共同討論，進而得出結果，這會在很大程度上提升學生的興趣。

（三）價值

1.促進個人發展。基于創客教育，學生擁有更多的實踐機會，并可接觸和學習現代高端技術，大大刺激了學生的創造欲望。同時，經由小組合作交流與教師的專門引導，可幫助孩子萌生更多新穎的想法，使其愿意動手實踐，通過上述探索，學生們能夠學到更多的知識，且易于消化與吸收。

2.有利于教育系統升級。推廣創客教育能夠改善教學方法和師資隊伍等教學因素，并可引導家庭和社會等不同力量自主構建創客空間，將創客文化滲透到家庭內部。近幾年，涌現出了大量的優質創客空間，這使我國教育系統得到了全面變革，并朝著創新教育整體目標逐步深入。這一變化在某種程度上影響了現有的人才培養模式，加快了其轉型升級，可幫助國家培養更多創新型人才。

3.推進課程改革。有關專家指出，不斷建設和推廣創客課程能夠解決以往教育活動中的問題，推進課程改革。

二、化學實驗教學現狀

目前，化學實驗教學存在不足，這在某種層面上阻礙了化學教學的正常發展。其不足主要表現在下述幾個方面：其一，部分教師由于儀器或者未完全掌握實驗技巧，一旦遇到偏難的實驗便選擇回避或者放棄，以理論講述實驗；其二，某些實驗成功的可能性不大，但教師也未進行反復實驗，直接將其在課堂上演示，陷入失敗的困境，阻礙了后期教學活動的開展；其三，雖然近幾年加大了在實驗室方面的建設力度，配備了相應的桌椅，但是實驗儀器整體仍然偏落后，甚至有些儀器還存在嚴重缺陷，若不立即改善，便不能達成實驗標準；其四，課本上收錄的實驗并非完全理想，某些在材料選取、裝置選取和環保標準等方面存在不足；其五，學生在實驗創新方面的意識淡薄，不明白為什么要改進以及如何創新，通常較為被動，缺少思考、參與和創新。由此可知，初中化學實驗亟待利用創客教育進行創新。

三、創新策略

（一）利用3D打印優化實驗教具與儀器

創新教育的全面普及要求去精英化，并在課堂教學中應用編程和人工智能等現代技術。我認為應利用3D打印等現代技術實現化學實驗創客，優化實驗教具與儀器。某些化學儀器存在縱向連接偏多的問題，例如，錐形瓶在和分液漏斗相連時容易出現傾倒的問題，如果不能用鐵架臺進行固定，則課堂實驗效果將無法保證。為此，我建議應用上下鐵圈，經由可伸縮式拉桿進行連接的這種防傾倒裝置，借此便可保證實驗效果，而這一裝置可通過3D打印機打印。

（二）依托創客教育思維完善傳統疑難實驗

在互聯網高度發展的今天，教師肩上的人才培養任務愈發艱巨，基于此，應將創新思維和動力有效傳播給學生。假若學生提出一個新穎的想法，這便是創客，當此種思維達成以后能夠帶來意外驚喜。以木炭和氧化銅的反應為例，傳統實驗把這兩種物質反應以后生成的固體混合物傾倒至石棉網上面并尋找紅色固體，在此過程存在銅被氧化產生氧化銅的可能，雖然可利用不同方法來規避氧化，然而，實際操作中卻面臨著一定的困難。此時，讓學生圍繞這一問題展開探究，尋求解決辦法。某些學生提出把反應生成的固體立即放入裝有稀鹽酸的燒杯內，這不僅能去除氧化銅，而且能隔絕氧氣。教師協同學生對這一方法進行了驗證，在實驗過程出現了顯眼的紅色銅單質。另外，在物質燃燒實驗中，應用硫磺和木炭進行實驗時存在下述缺點：硫磺燃燒過程點燃時間較長，燃燒現象也不明顯，所生成的火焰還較小，并會在燃燒匙中剩余一定的殘留物。產生這一實驗效果的根本原因是燃燒不完全，尤其在課堂演示時，因氣流紊亂不便觀察。為解決上述問題，我進行了一定的改進，對傳統燃燒匙進行了改造，在其上面打造一個特別的洞，呈銅質火鍋形，于環形燃燒匙放入一定的硫磺，利用酒精燈點燃，其火焰十分明顯。此種改進，可大大節省實驗試劑用量。在傳統實驗中，使用近乎燃燒匙一半量的硫磺方可看見淡藍色火焰。而對其進行改進處理以后，僅僅需要少量硫磺便可看見顯著的實驗現象，且便于操作，成功率較高，并控制了二氧化硫的量，具有一定的環保性。

（三）借助數字化實驗傳感器改善實驗手段及方法

借助數字化實驗傳感器改善實驗手段及方法，實現數字化學實驗創客。在初中化學中，二氧化碳制備與碳酸分解是主要內容，也是難點內容，這是因為傳統化學實驗偏向于定性實驗，且教材上只羅列一個較為模糊的知識點，對應的定量實驗有限，阻礙了學生對化學的認識。

CO2溶于水會產生碳酸，且碳酸不穩定，經由加熱處理會分解成CO2與H2O，具體的公式是H2CO3=H20+CO2。在這一分解方程式中沒有標注加熱符號，是因為加熱提高溫度可讓碳酸分解，除這一因素外是否還有其他影響因素呢？當氣體溶于水時，若溫度一定，壓強越大，則氣體溶解性便越大。參照這一結論可知，若減小壓強，則氣體溶解性便會減小。由此我們可對飽和碳酸溶液實施減壓處理，觀察碳酸是否會分解。在500mL三頸燒瓶注入大約3/1的蒸餾水，并直口鼓入CO2，待飽和以后進行密封處理，左側斜口方向插入注射器，從中抽取氣體，此種方式可減小瓶內壓強，實現減壓。在斜口處經由壓強傳感器對瓶內壓強變化進行測定，同時，在計算機上繪制變化圖像。右側斜口和pH傳感器相連，借此檢測溶液pH變化，依照pH變化展現碳酸分解的實際情況。

（四）實現生活小創客

基于創客教育，可引導學生將學習化學與現實生活有機聯系，將實驗結合現實生活，也可把創客智能機器人教育和化學數字傳感進行整合，通過手腦并用來解決現實生活，全面提升邏輯思維能力、實踐操作能力、邏輯判斷能力與創新能力。在日常生活中存在這一問題，新買的轎車存在較大的氣味，特別是夏天，經過高溫暴曬以后，通常會散發嚴重的氣味，若使用傳統吸附劑，需要較長的時間，經由我的指導和鼓勵，學生做出了下述設計：基于盒式活性炭吸附劑，增設由太陽能電池所牽引的一體化風扇，將其擺放到前擋風玻璃下方，經由太陽光的驅動，風扇轉動，加快了車內空氣的流通速度，可有效除味。如果想應用在冰箱內，只需要把太陽能電池改裝成電池盒便可。

四、結語

創新是社會前進發展的源動力，且現下創客運動在我國也得到了高度應用。然而，和創客教育相關的內容卻依舊處在推行期，所積累的實踐經驗也有限。基于此，我們應強化日常交流，主動學習國外成功的經驗，逐步提升自身的素質，積極總結經驗成果，全面探索創客教育，加快教育事業的前進步伐。

注：本文為2017年度甘肅省“十三五”教育科學規劃課題“中小學實施創客的探索與實踐”（課題編號：GS[2017]GHB1474）研究成果。

（責任編輯 袁 霜）