創(chuàng)客教育引領(lǐng)下的化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與探索

■甘肅省臨澤縣教育局 趙建銀

創(chuàng)客教育實(shí)際上是融合技術(shù)的一種，其遵守開(kāi)放創(chuàng)新、探究體驗(yàn)的全新理念，旨在通過(guò)創(chuàng)造中學(xué)來(lái)培養(yǎng)現(xiàn)代創(chuàng)新人才。而化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可依托創(chuàng)客教育思維和創(chuàng)客技術(shù)來(lái)改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，利用數(shù)字傳感器來(lái)完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，從而挖掘出化學(xué)實(shí)驗(yàn)的根本價(jià)值。我將結(jié)合現(xiàn)有的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)探究創(chuàng)客教育背景下的化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新問(wèn)題。

一、創(chuàng)客教育簡(jiǎn)析

（一）內(nèi)涵

創(chuàng)客教育集創(chuàng)客文化和教育于一身，它關(guān)注學(xué)生的興趣，依托項(xiàng)目學(xué)習(xí)，應(yīng)用數(shù)字化工具，主張?jiān)煳铮岢窒?，?qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、獨(dú)立解決問(wèn)題能力與創(chuàng)新能力的綜合培養(yǎng)。

（二）特點(diǎn)

1.參與性。創(chuàng)客教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生的親身參與，旨在通過(guò)參與來(lái)增加知識(shí)積累，豐富經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)、組裝和形成過(guò)程可能出現(xiàn)改進(jìn)的情況，但所有過(guò)程全部由學(xué)生親自完成，教師在此過(guò)程只發(fā)揮著引導(dǎo)者的作用。

2.綜合性。創(chuàng)客作品不能單純依賴某個(gè)特定學(xué)科內(nèi)容，其作品構(gòu)建通常經(jīng)由目標(biāo)任務(wù)設(shè)定、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)踐操作達(dá)成。目標(biāo)任務(wù)設(shè)定是學(xué)生依照生活經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)由內(nèi)部交流確定待設(shè)計(jì)作品。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依托目標(biāo)任務(wù)開(kāi)展，此操作的完成要求學(xué)生主動(dòng)查閱文獻(xiàn)，認(rèn)真總結(jié)，確定操作步驟和相關(guān)儀器等。在實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，會(huì)應(yīng)用物理以及數(shù)學(xué)等方面的內(nèi)容。

3.趣味性。一個(gè)作品從最初設(shè)計(jì)到最終完成，通常會(huì)讓學(xué)生獲得一定的成就感，且在創(chuàng)客實(shí)踐過(guò)程，學(xué)生也會(huì)和其他同學(xué)共同討論，進(jìn)而得出結(jié)果，這會(huì)在很大程度上提升學(xué)生的興趣。

（三）價(jià)值

1.促進(jìn)個(gè)人發(fā)展?；趧?chuàng)客教育，學(xué)生擁有更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)，并可接觸和學(xué)習(xí)現(xiàn)代高端技術(shù)，大大刺激了學(xué)生的創(chuàng)造欲望。同時(shí)，經(jīng)由小組合作交流與教師的專門引導(dǎo)，可幫助孩子萌生更多新穎的想法，使其愿意動(dòng)手實(shí)踐，通過(guò)上述探索，學(xué)生們能夠?qū)W到更多的知識(shí)，且易于消化與吸收。

2.有利于教育系統(tǒng)升級(jí)。推廣創(chuàng)客教育能夠改善教學(xué)方法和師資隊(duì)伍等教學(xué)因素，并可引導(dǎo)家庭和社會(huì)等不同力量自主構(gòu)建創(chuàng)客空間，將創(chuàng)客文化滲透到家庭內(nèi)部。近幾年，涌現(xiàn)出了大量的優(yōu)質(zhì)創(chuàng)客空間，這使我國(guó)教育系統(tǒng)得到了全面變革，并朝著創(chuàng)新教育整體目標(biāo)逐步深入。這一變化在某種程度上影響了現(xiàn)有的人才培養(yǎng)模式，加快了其轉(zhuǎn)型升級(jí)，可幫助國(guó)家培養(yǎng)更多創(chuàng)新型人才。

3.推進(jìn)課程改革。有關(guān)專家指出，不斷建設(shè)和推廣創(chuàng)客課程能夠解決以往教育活動(dòng)中的問(wèn)題，推進(jìn)課程改革。

二、化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

目前，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在不足，這在某種層面上阻礙了化學(xué)教學(xué)的正常發(fā)展。其不足主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面：其一，部分教師由于儀器或者未完全掌握實(shí)驗(yàn)技巧，一旦遇到偏難的實(shí)驗(yàn)便選擇回避或者放棄，以理論講述實(shí)驗(yàn)；其二，某些實(shí)驗(yàn)成功的可能性不大，但教師也未進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)，直接將其在課堂上演示，陷入失敗的困境，阻礙了后期教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展；其三，雖然近幾年加大了在實(shí)驗(yàn)室方面的建設(shè)力度，配備了相應(yīng)的桌椅，但是實(shí)驗(yàn)儀器整體仍然偏落后，甚至有些儀器還存在嚴(yán)重缺陷，若不立即改善，便不能達(dá)成實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；其四，課本上收錄的實(shí)驗(yàn)并非完全理想，某些在材料選取、裝置選取和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)等方面存在不足；其五，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方面的意識(shí)淡薄，不明白為什么要改進(jìn)以及如何創(chuàng)新，通常較為被動(dòng)，缺少思考、參與和創(chuàng)新。由此可知，初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)亟待利用創(chuàng)客教育進(jìn)行創(chuàng)新。

三、創(chuàng)新策略

（一）利用3D打印優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教具與儀器

創(chuàng)新教育的全面普及要求去精英化，并在課堂教學(xué)中應(yīng)用編程和人工智能等現(xiàn)代技術(shù)。我認(rèn)為應(yīng)利用3D打印等現(xiàn)代技術(shù)實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)客，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教具與儀器。某些化學(xué)儀器存在縱向連接偏多的問(wèn)題，例如，錐形瓶在和分液漏斗相連時(shí)容易出現(xiàn)傾倒的問(wèn)題，如果不能用鐵架臺(tái)進(jìn)行固定，則課堂實(shí)驗(yàn)效果將無(wú)法保證。為此，我建議應(yīng)用上下鐵圈，經(jīng)由可伸縮式拉桿進(jìn)行連接的這種防傾倒裝置，借此便可保證實(shí)驗(yàn)效果，而這一裝置可通過(guò)3D打印機(jī)打印。

（二）依托創(chuàng)客教育思維完善傳統(tǒng)疑難實(shí)驗(yàn)

在互聯(lián)網(wǎng)高度發(fā)展的今天，教師肩上的人才培養(yǎng)任務(wù)愈發(fā)艱巨，基于此，應(yīng)將創(chuàng)新思維和動(dòng)力有效傳播給學(xué)生。假若學(xué)生提出一個(gè)新穎的想法，這便是創(chuàng)客，當(dāng)此種思維達(dá)成以后能夠帶來(lái)意外驚喜。以木炭和氧化銅的反應(yīng)為例，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)把這兩種物質(zhì)反應(yīng)以后生成的固體混合物傾倒至石棉網(wǎng)上面并尋找紅色固體，在此過(guò)程存在銅被氧化產(chǎn)生氧化銅的可能，雖然可利用不同方法來(lái)規(guī)避氧化，然而，實(shí)際操作中卻面臨著一定的困難。此時(shí)，讓學(xué)生圍繞這一問(wèn)題展開(kāi)探究，尋求解決辦法。某些學(xué)生提出把反應(yīng)生成的固體立即放入裝有稀鹽酸的燒杯內(nèi)，這不僅能去除氧化銅，而且能隔絕氧氣。教師協(xié)同學(xué)生對(duì)這一方法進(jìn)行了驗(yàn)證，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)了顯眼的紅色銅單質(zhì)。

另外，在物質(zhì)燃燒實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用硫磺和木炭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)存在下述缺點(diǎn)：硫磺燃燒過(guò)程點(diǎn)燃時(shí)間較長(zhǎng)，燃燒現(xiàn)象也不明顯，所生成的火焰還較小，并會(huì)在燃燒匙中剩余一定的殘留物。產(chǎn)生這一實(shí)驗(yàn)效果的根本原因是燃燒不完全，尤其在課堂演示時(shí)，因氣流紊亂不便觀察。為解決上述問(wèn)題，我進(jìn)行了一定的改進(jìn)，對(duì)傳統(tǒng)燃燒匙進(jìn)行了改造，在其上面打造一個(gè)特別的洞，呈銅質(zhì)火鍋形，于環(huán)形燃燒匙放入一定的硫磺，利用酒精燈點(diǎn)燃，其火焰十分明顯。此種改進(jìn)，可大大節(jié)省實(shí)驗(yàn)試劑用量。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，使用近乎燃燒匙一半量的硫磺方可看見(jiàn)淡藍(lán)色火焰。而對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)處理以后，僅僅需要少量硫磺便可看見(jiàn)顯著的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)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(huán)保性。

（三）借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)傳感器改善實(shí)驗(yàn)手段及方法

借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)傳感器改善實(shí)驗(yàn)手段及方法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)客。在初中化學(xué)中，二氧化碳制備與碳酸分解是主要內(nèi)容，也是難點(diǎn)內(nèi)容，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)偏向于定性實(shí)驗(yàn)，且教材上只羅列一個(gè)較為模糊的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的定量實(shí)驗(yàn)有限，阻礙了學(xué)生對(duì)化學(xué)的認(rèn)識(shí)。

CO2溶于水會(huì)產(chǎn)生碳酸，且碳酸不穩(wěn)定，經(jīng)由加熱處理會(huì)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(méi)有標(biāo)注加熱符號(hào)，是因?yàn)榧訜崽岣邷囟瓤勺屘妓岱纸?，除這一因素外是否還有其他影響因素呢？當(dāng)氣體溶于水時(shí)，若溫度一定，壓強(qiáng)越大，則氣體溶解性便越大。參照這一結(jié)論可知，若減小壓強(qiáng)，則氣體溶解性便會(huì)減小。由此我們可對(duì)飽和碳酸溶液實(shí)施減壓處理，觀察碳酸是否會(huì)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(jìn)行密封處理，左側(cè)斜口方向插入注射器，從中抽取氣體，此種方式可減小瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)減壓。在斜口處經(jīng)由壓強(qiáng)傳感器對(duì)瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)變化進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)，在計(jì)算機(jī)上繪制變化圖像。右側(cè)斜口和pH傳感器相連，借此檢測(cè)溶液pH變化，依照pH變化展現(xiàn)碳酸分解的實(shí)際情況。

（四）實(shí)現(xiàn)生活小創(chuàng)客

基于創(chuàng)客教育，可引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)習(xí)化學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活有機(jī)聯(lián)系，將實(shí)驗(yàn)結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活，也可把創(chuàng)客智能機(jī)器人教育和化學(xué)數(shù)字傳感進(jìn)行整合，通過(guò)手腦并用來(lái)解決現(xiàn)實(shí)生活，全面提升邏輯思維能力、實(shí)踐操作能力、邏輯判斷能力與創(chuàng)新能力。在日常生活中存在這一問(wèn)題，新買的轎車存在較大的氣味，特別是夏天，經(jīng)過(guò)高溫暴曬以后，通常會(huì)散發(fā)嚴(yán)重的氣味，若使用傳統(tǒng)吸附劑，需要較長(zhǎng)的時(shí)間，經(jīng)由我的指導(dǎo)和鼓勵(lì)，學(xué)生做出了下述設(shè)計(jì)：基于盒式活性炭吸附劑，增設(shè)由太陽(yáng)能電池所牽引的一體化風(fēng)扇，將其擺放到前擋風(fēng)玻璃下方，經(jīng)由太陽(yáng)光的驅(qū)動(dòng)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，加快了車內(nèi)空氣的流通速度，可有效除味。如果想應(yīng)用在冰箱內(nèi)，只需要把太陽(yáng)能電池改裝成電池盒便可。

四、結(jié)語(yǔ)

創(chuàng)新是社會(huì)前進(jìn)發(fā)展的源動(dòng)力，且現(xiàn)下創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)在我國(guó)也得到了高度應(yīng)用。然而，和創(chuàng)客教育相關(guān)的內(nèi)容卻依舊處在推行期，所積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也有限?；诖?，我們應(yīng)強(qiáng)化日常交流，主動(dòng)學(xué)習(xí)國(guó)外成功的經(jīng)驗(yàn)，逐步提升自身的素質(zhì)，積極總結(jié)經(jīng)驗(yàn)成果，全面探索創(chuàng)客教育，加快教育事業(yè)的前進(jìn)步伐。