訾學(xué)紅, 陳永寶, 劉淑珍, 李 釩, 張紅光

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

1 生活化學(xué)實驗的必要性

新世紀(jì)高校人才的培養(yǎng)目標(biāo)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(xué)的普遍選擇。開設(shè)通識課程及開展交叉學(xué)科教育,是實施素質(zhì)教育和提高學(xué)生基本科學(xué)素養(yǎng)的一個有效途徑[4-7]。

化學(xué)既是一門實用性的學(xué)科,也是一門創(chuàng)造性的學(xué)科,自然形成與人工合成的物質(zhì)都與化學(xué)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(xué)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(xué)生很少有機會接觸化學(xué)。為了彌補這方面的不足,很多高校都開設(shè)了各種化學(xué)類選修課,如南開大學(xué)的“化學(xué)縱橫談”[9]、清華大學(xué)的“化學(xué)與社會”[10]、上海師范大學(xué)的“現(xiàn)代人與化學(xué)”[11]。非化學(xué)專業(yè)的學(xué)生,特別是文科專業(yè)的學(xué)生,盡管他們無需掌握很深層次的專業(yè)化學(xué)知識,但化學(xué)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(xué)知識,有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合科學(xué)素養(yǎng),完善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu),為今后從事相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。

我?；瘜W(xué)實驗教學(xué)中心開設(shè)了校選通識課“生活化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)時鐘和飲料中VC含量檢測。這些實驗都是在教師的指導(dǎo)下進行的,實驗選題與研究目標(biāo)都是教師指定的,通過這些實驗?zāi)軌蛟诩骖檶W(xué)生興趣的同時開拓學(xué)生視野,增強學(xué)生動手能力。

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

2 展示訓(xùn)練的要求

展示訓(xùn)練的實驗分為科學(xué)實驗和趣味實驗2部分,學(xué)生除了要做一個生活中與化學(xué)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(xué)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(xué)實驗內(nèi)容,且實驗現(xiàn)象明顯,并能運用化學(xué)知識予以明確解釋。學(xué)生通過實驗,可以對生活中的一些現(xiàn)象給予科學(xué)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(xué)專業(yè)學(xué)生對化學(xué)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(xué)知識點貫穿其中。

3 展示訓(xùn)練的實施

為了讓學(xué)生更充分地準(zhǔn)備展示訓(xùn)練環(huán)節(jié),更好地鍛煉自主實驗?zāi)芰?培養(yǎng)綜合科學(xué)素養(yǎng),展示訓(xùn)練的實施過程主要包括如下環(huán)節(jié):

(1) 實驗準(zhǔn)備環(huán)節(jié)?！吧罨瘜W(xué)實驗”課程一般安排在每學(xué)期的第4—11周進行,第4周是關(guān)于生活與化學(xué)的介紹,第5—8周為8個基礎(chǔ)實驗教學(xué)時間。在第5周,即在基礎(chǔ)實驗教學(xué)開始的一周,布置展示實驗要求,讓學(xué)生對所要開展的展示訓(xùn)練有一個大體的概念。在第6周,讓學(xué)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(xué)展示訓(xùn)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(dǎo)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(fù)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(xué)生設(shè)計并實施展示實驗。在這個階段,學(xué)生可以自行討論和修改實驗方案,反復(fù)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(xué)生自主安排實驗時間,自行完成實驗材料的準(zhǔn)備(盡可能從生活中選取)及實驗用儀器的校準(zhǔn)和測試。如果學(xué)生感興趣,也可讓他們自己動手設(shè)計、安裝實驗裝置。當(dāng)實驗不順利時,學(xué)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(xué)生進行啟發(fā)式討論。在第9周結(jié)束時,學(xué)生的展示訓(xùn)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(xùn)練在生活中的意義。然后學(xué)生預(yù)演整個展示過程,并在聽取教師和其他學(xué)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?？梢园淹活愋偷膶嶒灧诺揭黄饋碚故?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(xùn)練相結(jié)合的設(shè)計,讓學(xué)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(xué)生以食品制作為主題設(shè)計了如下情節(jié),在某學(xué)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(dāng)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(xué)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(xué)轉(zhuǎn)化過程,讓學(xué)生在輕松快樂的氛圍中學(xué)到了有關(guān)的化學(xué)知識,學(xué)會思考現(xiàn)象背后的問題,學(xué)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(xué)生要提交關(guān)于整個展示訓(xùn)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(xùn)練的實驗內(nèi)容

展示訓(xùn)練中的科學(xué)實驗內(nèi)容都是生活中經(jīng)常接觸到且與化學(xué)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(xùn)練的趣味實驗是指類似小魔術(shù)的一些化學(xué)反應(yīng)或者化學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)生的興趣點是多方面的。因為實驗內(nèi)容都是學(xué)生自己提出來的,因此當(dāng)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(xué)習(xí)化學(xué)知識,鍛煉動手實踐能力。

5 展示訓(xùn)練的效果評價

“生活化學(xué)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(xué)、物聯(lián)網(wǎng)工程、軟件工程管理、給排水科學(xué)與工程、金融學(xué)、社會學(xué)、廣告學(xué)、法學(xué)、英語、工商管理、國際經(jīng)濟與貿(mào)易等30余個專業(yè)的學(xué)生均有參加。該課程展示環(huán)節(jié)為眾多學(xué)生提供了自主開展生活化學(xué)展示訓(xùn)練的機會,對于提高實踐動手能力、學(xué)習(xí)化學(xué)知識、培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)都有積極的推進作用,不少學(xué)生覺得很有收獲。

6 結(jié)語

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