美國(guó)《化學(xué)：概念與應(yīng)用》中的“迷你實(shí)驗(yàn)”研究

黃春麗 黃燕敏 黃華乾

[摘 ? 要]通過對(duì)美國(guó)高中主流理科教材《化學(xué)：概念與應(yīng)用》中的“迷你實(shí)驗(yàn)”的研究，總結(jié)出“迷你實(shí)驗(yàn)”具有取材簡(jiǎn)易、步驟簡(jiǎn)單、貼近生活等特點(diǎn)，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(diǎn)并結(jié)合我國(guó)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，對(duì)我國(guó)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出幾點(diǎn)建議。

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

[中圖分類號(hào)] ? G633.8 ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] ? A ? ? ? ?[文章編號(hào)] ? 1674-6058（2019）26-0056-03

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的基本理念中強(qiáng)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(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)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(shí)踐能力[1]。現(xiàn)在教育資源支配還未能達(dá)到理想的均衡效果，有的學(xué)校會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足的情況，導(dǎo)致一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)工作無(wú)法開展，或者所設(shè)置的實(shí)驗(yàn)復(fù)雜耗時(shí)，教師只能進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)或者通過講授來(lái)引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識(shí)，學(xué)生的實(shí)踐能力得不到培養(yǎng)，難以達(dá)到理想的教學(xué)效果，更無(wú)法實(shí)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(shí)驗(yàn)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(duì)美國(guó)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(guó)的化學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)極為重要，教材將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成4種類型：導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)（LaunchLabs）、隨堂實(shí)驗(yàn)（ChemLabs）、迷你實(shí)驗(yàn)（MiniLabs）和家庭實(shí)驗(yàn)（Try at Home Labs）[2]，其中“迷你實(shí)驗(yàn)”是一種簡(jiǎn)單、便捷、直觀的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生基本可以全程參與實(shí)驗(yàn)過程，直接對(duì)化學(xué)問題進(jìn)行思考與研究，并在實(shí)驗(yàn)過程中建構(gòu)化學(xué)概念。本文將對(duì)美國(guó)高中主流理科教材中的“迷你實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行研究，以借鑒美國(guó)高中主流理科教材的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)高中化學(xué)教材的特點(diǎn)，對(duì)我國(guó)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出一些有效的改進(jìn)建議。

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

1.“迷你實(shí)驗(yàn)”的欄目設(shè)置

美國(guó)高中《化學(xué)：概念與應(yīng)用》教材的三冊(cè)書中共有112個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中“迷你實(shí)驗(yàn)”47個(gè)，占實(shí)驗(yàn)總數(shù)的42%?！懊阅銓?shí)驗(yàn)”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(jī)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(shí)驗(yàn)的名稱、導(dǎo)入、步驟及分析與討論四個(gè)部分組成，同時(shí)附有實(shí)驗(yàn)操作圖或使用材料的圖片供學(xué)生參考。實(shí)驗(yàn)的名稱新穎、有趣，比如“煉金家的夢(mèng)想：把銅變成金”“有色火焰——打開原子世界的一扇窗”“具有電勢(shì)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(gè)實(shí)驗(yàn)都設(shè)置一個(gè)小導(dǎo)入，讓學(xué)生快速理解實(shí)驗(yàn)的意義或目的。實(shí)驗(yàn)步驟詳細(xì)具體，包括安全注意事項(xiàng)，甚至配有安全小圖示，每個(gè)步驟的說(shuō)明簡(jiǎn)短直接，便于學(xué)生在操作的過程中能夠快速看清、看懂?！胺治雠c討論”部分一般會(huì)設(shè)置2到4個(gè)問題供學(xué)生思考。通過實(shí)驗(yàn)探究的過程，加深學(xué)生的認(rèn)知并且引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行思考，以此來(lái)達(dá)到良好的教學(xué)效果。

2.“迷你實(shí)驗(yàn)”的類型劃分

此教材中的“迷你實(shí)驗(yàn)”類型各式各樣，但是每個(gè)“迷你實(shí)驗(yàn)”的學(xué)習(xí)目標(biāo)明確。根據(jù)實(shí)驗(yàn)所要達(dá)到的教學(xué)效果進(jìn)行類型劃分，可以把“迷你實(shí)驗(yàn)”統(tǒng)分為概念建構(gòu)、原理探究、結(jié)論驗(yàn)證、技能培養(yǎng)、模型認(rèn)知五大類。

由表2的類型劃分及占比情況可知，美國(guó)教材最重視原理探究實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)，如通過學(xué)生親自驗(yàn)證置換反應(yīng)來(lái)形成置換反應(yīng)的概念或者通過酸的用途實(shí)驗(yàn)對(duì)酸溶液下一個(gè)操作性的定義，這個(gè)類型的實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生明確所學(xué)概念;而通過測(cè)量硬幣的平均質(zhì)量來(lái)?yè)Q位理解原子的相對(duì)平均質(zhì)量以及利用稱量的方法來(lái)預(yù)測(cè)小物件的數(shù)目來(lái)了解摩爾質(zhì)量的概念，同樣能促進(jìn)化學(xué)概念的建構(gòu)。原理探究型實(shí)驗(yàn)是一些通過學(xué)生自主探究去獲得相關(guān)知識(shí)的實(shí)驗(yàn)，如比較鈣和鎂或氯、溴、碘的反應(yīng)性來(lái)探究同族元素反應(yīng)性的變化規(guī)律;淀粉與碘的時(shí)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(shí)驗(yàn)并不局限于化學(xué)原理，還會(huì)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(shí)，電流推動(dòng)化學(xué)變化的發(fā)生就是化學(xué)和物理知識(shí)的結(jié)合。結(jié)論驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，即學(xué)生在已知結(jié)論的情況下，通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證結(jié)論，這種類型的實(shí)驗(yàn)有利于加深學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)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(shí)驗(yàn)確定了物體表面是存在張力的，證實(shí)了水分子間的作用力。技能培養(yǎng)型實(shí)驗(yàn)是學(xué)生在實(shí)際中運(yùn)用已學(xué)知識(shí)實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。比如合成香料的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過混合甲醇和水楊酸來(lái)合成水楊酸甲酯。模型認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)，即學(xué)生通過動(dòng)手構(gòu)建模型來(lái)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(lái)了解原子中的電子是怎么排布的。

二、“迷你實(shí)驗(yàn)”的特點(diǎn)

1.實(shí)驗(yàn)取材簡(jiǎn)易，操作省時(shí)

“迷你實(shí)驗(yàn)”取材比較簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)”來(lái)建構(gòu)生活中的材料與所學(xué)知識(shí)的相關(guān)性，在探究活動(dòng)過程中培養(yǎng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。實(shí)驗(yàn)的地點(diǎn)不局限于實(shí)驗(yàn)室，一些實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以選擇在家獨(dú)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(shí)驗(yàn)，由于反應(yīng)較慢，需要觀察的時(shí)間比較久，所以學(xué)生可以在家進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。另外，大多數(shù)“迷你實(shí)驗(yàn)”的操作用時(shí)較短，即使是在課堂上開展學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，也不會(huì)占用太多課堂時(shí)間，操作結(jié)束后學(xué)生仍有足夠的時(shí)間思考欄目中設(shè)置的問題。如“分子的運(yùn)動(dòng)競(jìng)賽”，由教師準(zhǔn)備觀測(cè)的氣體，讓學(xué)生觀察兩種氣體在空氣中的擴(kuò)散來(lái)推斷氣體分子的性質(zhì)，像這類實(shí)驗(yàn)只需要幾分鐘就可以完成。

2.操作步驟簡(jiǎn)單，注重探究過程

每個(gè)“迷你實(shí)驗(yàn)”配有詳細(xì)易理解的操作步驟，一般幾個(gè)步驟就可以完成一個(gè)“迷你實(shí)驗(yàn)”。教材中的47個(gè)“迷你實(shí)驗(yàn)”中就有39個(gè)可以在6個(gè)步驟以內(nèi)完成，學(xué)生只需要按照步驟實(shí)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(shí)驗(yàn)有4個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟：第一步，在一個(gè)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(gè)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(huì)溫度的任何改變。每個(gè)步驟的描述都簡(jiǎn)單明了。學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)要觀察現(xiàn)象，并思考兩個(gè)問題，即是什么反應(yīng)促成了這個(gè)變化？這個(gè)反應(yīng)有哪些價(jià)值？通過這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生思考，啟發(fā)學(xué)生的思維，取代了原來(lái)的教師講述或者演示實(shí)驗(yàn)，一改學(xué)生沒有親自參與實(shí)驗(yàn)過程難以記牢實(shí)驗(yàn)結(jié)論的狀況?？梢?，“迷你實(shí)驗(yàn)”更具可行性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

3.題材貼近生活，生動(dòng)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(lái)源于生活。美國(guó)教材的“迷你實(shí)驗(yàn)”中的實(shí)驗(yàn)題材大多來(lái)源于生活，往往會(huì)通過探究生活的某一個(gè)現(xiàn)象來(lái)總結(jié)出化學(xué)原理或者運(yùn)用化學(xué)原理去解決生活中的某些問題。比如，運(yùn)用氧化還原反應(yīng)進(jìn)行酒精測(cè)試的實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生掌握酒駕檢測(cè)的原理，并學(xué)會(huì)使用該原理去檢驗(yàn)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(shí)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(lái)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(huì)影響人的身體健康。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)一些生活常識(shí)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。

三、對(duì)我國(guó)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)建議

我國(guó)的教育改革從未停止，國(guó)家日益強(qiáng)大的同時(shí)對(duì)教育的重視程度也在加大，少年強(qiáng)則國(guó)強(qiáng)，基礎(chǔ)教育一直任重道遠(yuǎn)。教學(xué)需要引導(dǎo)，建構(gòu)主義教學(xué)觀認(rèn)為，學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)機(jī)是想要從學(xué)習(xí)知識(shí)的過程中挖掘?qū)W習(xí)的快樂源泉[3]?；瘜W(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)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(duì)美國(guó)高中主流理科教材《化學(xué)：概念與應(yīng)用》進(jìn)行研究后，提出以下兩方面的建議。

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)置方面

我國(guó)高中化學(xué)教材中設(shè)置的化學(xué)實(shí)驗(yàn)都是根據(jù)課程安排設(shè)計(jì)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(zhǔn)備好，學(xué)生較少參與收集材料的過程。教材所設(shè)置的實(shí)驗(yàn)都非常重要無(wú)法刪減，所以建議添加一些與生活相關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生的探究不再局限于課程要求的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)從生活中取材，親身參與全程，真正體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣。實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般有教師演示實(shí)驗(yàn)或者學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，這兩種教學(xué)形式對(duì)學(xué)生的發(fā)展是有益的，同時(shí)也是有局限性的。因此，可以設(shè)置一些課外實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在課外進(jìn)行探索和思考，以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力。無(wú)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(shí)驗(yàn)，或是學(xué)生還沒進(jìn)行討論和思考便把結(jié)果告知學(xué)生?？偠灾?，我國(guó)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的形式應(yīng)該更為多樣化，實(shí)驗(yàn)的數(shù)量應(yīng)適當(dāng)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(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方面

在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)該明確對(duì)學(xué)生的要求。其一是技能要求，即學(xué)生要能夠獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，并了解實(shí)驗(yàn)步驟的要求，實(shí)驗(yàn)過程中要懂得保護(hù)自己。其二是問題解決能力的要求，即實(shí)驗(yàn)不是做完即可，會(huì)做實(shí)驗(yàn)只能說(shuō)明能夠完成實(shí)驗(yàn)的技能要求，而做實(shí)驗(yàn)最重要的是學(xué)會(huì)思考、交流和解決問題。一個(gè)只會(huì)做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生不會(huì)取得很大的成就，因?yàn)槟菢拥膶?shí)驗(yàn)是沒有靈魂的。只有在做實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，實(shí)驗(yàn)才有意義。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們可以借鑒美國(guó)教材中實(shí)驗(yàn)設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)，即每個(gè)實(shí)驗(yàn)都設(shè)置有明確的分析和討論的問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究和思考，實(shí)現(xiàn)有靈魂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

[ ?參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ?]

[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(duì)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（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(guó)高中化學(xué)教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[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(xiàng)目《產(chǎn)研驅(qū)動(dòng)下的應(yīng)用本科課程教學(xué)改革與實(shí)踐》（課題編號(hào)：2018JGX012）的指導(dǎo)與資助下完成。

（責(zé)任編輯 羅 ? 艷）