美國《化學(xué)：概念與應(yīng)用》中的“迷你實驗”研究

黃春麗 黃燕敏 黃華乾

[摘 ? 要]通過對美國高中主流理科教材《化學(xué)：概念與應(yīng)用》中的“迷你實驗”的研究，總結(jié)出“迷你實驗”具有取材簡易、步驟簡單、貼近生活等特點，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)思維。由此，借鑒其優(yōu)點并結(jié)合我國高中化學(xué)實驗教學(xué)的特點，對我國高中化學(xué)實驗教學(xué)提出幾點建議。

[關(guān)鍵詞]美國高中主流理科教材;迷你實驗;化學(xué);概念與應(yīng)用

[中圖分類號] ? G633.8 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? A ? ? ? ?[文章編號] ? 1674-6058（2019）26-0056-03

《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）》的基本理念中強調(diào)，必須重視開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)，要求多開展以化學(xué)實驗為主的多種探究活動，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力[1]。現(xiàn)在教育資源支配還未能達到理想的均衡效果，有的學(xué)校會出現(xiàn)實驗經(jīng)費不足的情況，導(dǎo)致一些化學(xué)實驗工作無法開展，或者所設(shè)置的實驗復(fù)雜耗時，教師只能進行演示實驗或者通過講授來引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識，學(xué)生的實踐能力得不到培養(yǎng)，難以達到理想的教學(xué)效果，更無法實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。因此，如何讓學(xué)生更多地參與到實驗的探究過程，如何培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，是值得化學(xué)教師思考的問題。

筆者通過對美國高中主流理科教材《化學(xué)：概念與應(yīng)用》的研究發(fā)現(xiàn)，在美國的化學(xué)教學(xué)中，實驗教學(xué)極為重要，教材將實驗設(shè)計成4種類型：導(dǎo)航實驗（LaunchLabs）、隨堂實驗（ChemLabs）、迷你實驗（MiniLabs）和家庭實驗（Try at Home Labs）[2]，其中“迷你實驗”是一種簡單、便捷、直觀的實驗，學(xué)生基本可以全程參與實驗過程，直接對化學(xué)問題進行思考與研究，并在實驗過程中建構(gòu)化學(xué)概念。本文將對美國高中主流理科教材中的“迷你實驗”進行研究，以借鑒美國高中主流理科教材的優(yōu)點，結(jié)合我國高中化學(xué)教材的特點，對我國高中化學(xué)實驗教學(xué)提出一些有效的改進建議。

一、《化學(xué)：概念與應(yīng)用》教材中“迷你實驗”的設(shè)置與類型

1.“迷你實驗”的欄目設(shè)置

美國高中《化學(xué)：概念與應(yīng)用》教材的三冊書中共有112個實驗，其中“迷你實驗”47個，占實驗總數(shù)的42%。“迷你實驗”探究的內(nèi)容涉及面廣，包括重要的化學(xué)概念、化學(xué)反應(yīng)原理、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成、電化學(xué)、有機化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)與能量變化、核化學(xué)等。欄目的編排由實驗的名稱、導(dǎo)入、步驟及分析與討論四個部分組成，同時附有實驗操作圖或使用材料的圖片供學(xué)生參考。實驗的名稱新穎、有趣，比如“煉金家的夢想：把銅變成金”“有色火焰——打開原子世界的一扇窗”“具有電勢的檸檬”等，極易吸引學(xué)生的注意力，使學(xué)生能夠用輕松愉快的心情去學(xué)習(xí)化學(xué)。每個實驗都設(shè)置一個小導(dǎo)入，讓學(xué)生快速理解實驗的意義或目的。實驗步驟詳細具體，包括安全注意事項，甚至配有安全小圖示，每個步驟的說明簡短直接，便于學(xué)生在操作的過程中能夠快速看清、看懂。“分析與討論”部分一般會設(shè)置2到4個問題供學(xué)生思考。通過實驗探究的過程，加深學(xué)生的認知并且引導(dǎo)學(xué)生對實驗進行思考，以此來達到良好的教學(xué)效果。

2.“迷你實驗”的類型劃分

此教材中的“迷你實驗”類型各式各樣，但是每個“迷你實驗”的學(xué)習(xí)目標明確。根據(jù)實驗所要達到的教學(xué)效果進行類型劃分，可以把“迷你實驗”統(tǒng)分為概念建構(gòu)、原理探究、結(jié)論驗證、技能培養(yǎng)、模型認知五大類。

由表2的類型劃分及占比情況可知，美國教材最重視原理探究實驗，即讓學(xué)生通過探究得出科學(xué)的結(jié)論。概念建構(gòu)型實驗，如通過學(xué)生親自驗證置換反應(yīng)來形成置換反應(yīng)的概念或者通過酸的用途實驗對酸溶液下一個操作性的定義，這個類型的實驗可使學(xué)生明確所學(xué)概念;而通過測量硬幣的平均質(zhì)量來換位理解原子的相對平均質(zhì)量以及利用稱量的方法來預(yù)測小物件的數(shù)目來了解摩爾質(zhì)量的概念，同樣能促進化學(xué)概念的建構(gòu)。原理探究型實驗是一些通過學(xué)生自主探究去獲得相關(guān)知識的實驗，如比較鈣和鎂或氯、溴、碘的反應(yīng)性來探究同族元素反應(yīng)性的變化規(guī)律;淀粉與碘的時鐘反應(yīng)可探究溫度和反應(yīng)速率之間的關(guān)系。原理探究型實驗并不局限于化學(xué)原理，還會涉及物理或生物的內(nèi)容，體現(xiàn)了各學(xué)科間的聯(lián)系，比如探究電解過程時，電流推動化學(xué)變化的發(fā)生就是化學(xué)和物理知識的結(jié)合。結(jié)論驗證型實驗，即學(xué)生在已知結(jié)論的情況下，通過動手實驗去驗證結(jié)論，這種類型的實驗有利于加深學(xué)生對化學(xué)知識的了解，明白結(jié)論的緣由。如一枚硬幣上能放多少滴水？通過實驗確定了物體表面是存在張力的，證實了水分子間的作用力。技能培養(yǎng)型實驗是學(xué)生在實際中運用已學(xué)知識實現(xiàn)學(xué)以致用。比如合成香料的實驗中，學(xué)生通過混合甲醇和水楊酸來合成水楊酸甲酯。模型認知型實驗，即學(xué)生通過動手構(gòu)建模型來直觀感受微觀概念，如用兩張紙片模擬1S軌道的可能性分布來了解原子中的電子是怎么排布的。

二、“迷你實驗”的特點

1.實驗取材簡易，操作省時

“迷你實驗”取材比較簡易，大多是可以從生活中找到的材料，比如“墨水的紙上層析”，需要的材料是塑料杯、紙條、鉛筆和墨水，都是學(xué)生輕而易舉就能取得的物品。學(xué)生可以通過“迷你實驗”來建構(gòu)生活中的材料與所學(xué)知識的相關(guān)性，在探究活動過程中培養(yǎng)動手能力和創(chuàng)新意識。實驗的地點不局限于實驗室，一些實驗學(xué)生可以選擇在家獨立操作完成，比如“鈣在哪兒”是探究醋酸與骨中含鈣化合物反應(yīng)生成醋酸鈣的實驗，由于反應(yīng)較慢，需要觀察的時間比較久，所以學(xué)生可以在家進行實驗探究。另外，大多數(shù)“迷你實驗”的操作用時較短，即使是在課堂上開展學(xué)生分組實驗，也不會占用太多課堂時間，操作結(jié)束后學(xué)生仍有足夠的時間思考欄目中設(shè)置的問題。如“分子的運動競賽”，由教師準備觀測的氣體，讓學(xué)生觀察兩種氣體在空氣中的擴散來推斷氣體分子的性質(zhì)，像這類實驗只需要幾分鐘就可以完成。

2.操作步驟簡單，注重探究過程

每個“迷你實驗”配有詳細易理解的操作步驟，一般幾個步驟就可以完成一個“迷你實驗”。教材中的47個“迷你實驗”中就有39個可以在6個步驟以內(nèi)完成，學(xué)生只需要按照步驟實踐操作，觀察現(xiàn)象，思考“分析與討論”欄目中的問題。比如“能量變化”實驗有4個實驗步驟：第一步，在一個可封口的塑料袋中放置25 g鐵粉和1 g氯化鈉;第二步，在這個塑料袋中加入30 g的蛭石，拉上塑料袋的拉鏈，搖晃袋子以混合內(nèi)容物;第三步，在袋子中加入5 mL的水，拉好拉鏈，輕輕擠壓和搖晃以混合內(nèi)容物;第四步，用雙手夾住袋子，注意體會溫度的任何改變。每個步驟的描述都簡單明了。學(xué)生實驗時要觀察現(xiàn)象，并思考兩個問題，即是什么反應(yīng)促成了這個變化？這個反應(yīng)有哪些價值？通過這個簡單的實驗引導(dǎo)學(xué)生思考，啟發(fā)學(xué)生的思維，取代了原來的教師講述或者演示實驗，一改學(xué)生沒有親自參與實驗過程難以記牢實驗結(jié)論的狀況。可見，“迷你實驗”更具可行性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。

3.題材貼近生活，生動有趣

著名教育家陶行知的“教育即生活”理念告訴我們，教育和生活的關(guān)系是非常密切的，教育離不開生活，生活也離不開教育。與生活脫節(jié)的教育是沒有意義的，好的教育應(yīng)該來源于生活。美國教材的“迷你實驗”中的實驗題材大多來源于生活，往往會通過探究生活的某一個現(xiàn)象來總結(jié)出化學(xué)原理或者運用化學(xué)原理去解決生活中的某些問題。比如，運用氧化還原反應(yīng)進行酒精測試的實驗可以讓學(xué)生掌握酒駕檢測的原理，并學(xué)會使用該原理去檢驗生活中常用的藥品、化妝品和洗滌劑等物質(zhì)是否含有酒精，讓所學(xué)知識回歸生活。又如，將紅棕色的碘液加入生活用油中，可根據(jù)褪色速度的快慢來判定油的不飽和程度。油脂是人們?nèi)粘ｏ嬍持胁豢扇鄙俚模t(yī)學(xué)研究表明，食用過多的飽和烴會影響人的身體健康。通過這個實驗，教師可以引導(dǎo)學(xué)生認識一些生活常識，加深學(xué)生對知識的理解。

三、對我國高中化學(xué)實驗教學(xué)的改進建議

我國的教育改革從未停止，國家日益強大的同時對教育的重視程度也在加大，少年強則國強，基礎(chǔ)教育一直任重道遠。教學(xué)需要引導(dǎo)，建構(gòu)主義教學(xué)觀認為，學(xué)習(xí)的內(nèi)在動機是想要從學(xué)習(xí)知識的過程中挖掘?qū)W習(xí)的快樂源泉[3]。化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的課程，化學(xué)課堂需要培養(yǎng)學(xué)生能像科學(xué)家一樣去探索和思考。筆者對美國高中主流理科教材《化學(xué)：概念與應(yīng)用》進行研究后，提出以下兩方面的建議。

1.實驗教學(xué)設(shè)置方面

我國高中化學(xué)教材中設(shè)置的化學(xué)實驗都是根據(jù)課程安排設(shè)計的，所需的器材都是課程需要的化學(xué)試劑，一般由教師根據(jù)需要提前準備好，學(xué)生較少參與收集材料的過程。教材所設(shè)置的實驗都非常重要無法刪減，所以建議添加一些與生活相關(guān)聯(lián)的實驗，使學(xué)生的探究不再局限于課程要求的化學(xué)實驗，讓學(xué)生學(xué)會從生活中取材，親身參與全程，真正體驗科學(xué)探究的樂趣。實驗教學(xué)一般有教師演示實驗或者學(xué)生分組實驗，這兩種教學(xué)形式對學(xué)生的發(fā)展是有益的，同時也是有局限性的。因此，可以設(shè)置一些課外實驗，讓學(xué)生在課外進行探索和思考，以培養(yǎng)學(xué)生獨立學(xué)習(xí)的能力。無論是哪種教學(xué)方式，教師都應(yīng)重視引導(dǎo)學(xué)生通過探究解決問題，而不是手把手地教學(xué)生實驗，或是學(xué)生還沒進行討論和思考便把結(jié)果告知學(xué)生。總而言之，我國高中化學(xué)實驗教學(xué)的形式應(yīng)該更為多樣化，實驗的數(shù)量應(yīng)適當增加，教師的教學(xué)方式應(yīng)以引導(dǎo)為主，指引學(xué)生走向一條科學(xué)發(fā)現(xiàn)的道路。

2.學(xué)生實驗學(xué)習(xí)方面

在學(xué)生進行實驗學(xué)習(xí)時應(yīng)該明確對學(xué)生的要求。其一是技能要求，即學(xué)生要能夠獨立完成實驗，并了解實驗步驟的要求，實驗過程中要懂得保護自己。其二是問題解決能力的要求，即實驗不是做完即可，會做實驗只能說明能夠完成實驗的技能要求，而做實驗最重要的是學(xué)會思考、交流和解決問題。一個只會做實驗的學(xué)生不會取得很大的成就，因為那樣的實驗是沒有靈魂的。只有在做實驗的過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，實驗才有意義。因此，在實驗教學(xué)中，我們可以借鑒美國教材中實驗設(shè)置的優(yōu)點，即每個實驗都設(shè)置有明確的分析和討論的問題，引導(dǎo)學(xué)生進行探究和思考，實現(xiàn)有靈魂的實驗教學(xué)。

[ ?參 ? 考 ? 文 ? 獻 ?]

[1] ?王軍翔.以“素養(yǎng)為本”引領(lǐng)中學(xué)化學(xué)教育向深度發(fā)展：對《普通高中化學(xué)課程標準》（2017年版）變化及其意義的研究[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（7）：1-5.

[2] ?朱鵬濤，周青，楊輝祥.美國高中化學(xué)教材中的實驗設(shè)計[J].化學(xué)教育，2007（6）：17-20+28.

[3] ?穆麗霞，冷凌.建構(gòu)主義理論下的現(xiàn)代教學(xué)觀思辨[J].教育教學(xué)論壇，2019（11）：215-216.

注：此論文在南寧師范大學(xué)教學(xué)改革項目《產(chǎn)研驅(qū)動下的應(yīng)用本科課程教學(xué)改革與實踐》（課題編號：2018JGX012）的指導(dǎo)與資助下完成。

（責(zé)任編輯 羅 ? 艷）