基于化學(xué)核心素養(yǎng)的青少年科學(xué)教育項(xiàng)目
——廣州市“家庭化學(xué)實(shí)驗(yàn)100秒”科技教育競(jìng)賽活動(dòng)

◆

(廣州大學(xué)附屬中學(xué))

一、歷久常新的競(jìng)賽活動(dòng)

廣州市“家庭化學(xué)實(shí)驗(yàn)100秒”科技教育競(jìng)賽活動(dòng)是由廣州市青少年科技教育協(xié)會(huì)化學(xué)專委會(huì)(以下簡(jiǎn)稱“化學(xué)專委”)創(chuàng)辦的科技教育競(jìng)賽活動(dòng)，參賽學(xué)生利用家庭常見的化學(xué)相關(guān)藥品和用具，在100秒的時(shí)間內(nèi)演示一個(gè)或一組化學(xué)實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確展示、說明一個(gè)生活或生產(chǎn)中人們熟悉的事物中包含的化學(xué)原理，來提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)、運(yùn)用化學(xué)的意識(shí)和能力。競(jìng)賽活動(dòng)自上世紀(jì)八十年代中期創(chuàng)辦以來，已連續(xù)舉辦了三十多屆，近年來，參加活動(dòng)的學(xué)校和實(shí)驗(yàn)數(shù)量屢創(chuàng)新高，成為廣州市青科教協(xié)的傳統(tǒng)優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目。

二、契合核心素養(yǎng)的活動(dòng)主旨

“家庭化學(xué)實(shí)驗(yàn)100秒”科技教育競(jìng)賽活動(dòng)一直秉持這樣的目的：促使學(xué)生觀察思考生活或生產(chǎn)中大家熟悉的事物和現(xiàn)象，通過自我設(shè)計(jì)，使用家庭常見藥品和用品演示一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確說明其中所包含的化學(xué)原理。籍此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生喜歡科學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)和熱愛科學(xué)。

對(duì)比新頒布的課程標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)專委發(fā)現(xiàn)，“家庭化學(xué)實(shí)驗(yàn)100秒”科技教育競(jìng)賽活動(dòng)的主旨高度契合新課程標(biāo)準(zhǔn)。下面以近年的比賽項(xiàng)目予以說明。

1.2016年的“化學(xué)知微”

新課標(biāo)中，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的表述為：能從不同層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多樣性，并對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類；能從元素和原子、分子水平認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念，能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問題。而我們2016年的活動(dòng)主題就是“化學(xué)知微”：化學(xué)是在分子和原子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及變化規(guī)律的自然科學(xué)，是一門緊密聯(lián)系宏觀和微觀的科學(xué)，微小的分子、原子和離子之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，究竟經(jīng)歷了怎樣的變化過程：電子發(fā)生了得失還是偏移？是原子還是離子重新進(jìn)行了結(jié)合？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)某個(gè)反應(yīng)進(jìn)行研究，利用宏觀可見的明顯現(xiàn)象(如光、電、熱等)來說明反應(yīng)過程中確實(shí)發(fā)生了微觀層次的變化。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一段時(shí)間后，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度會(huì)逐漸減小直至為零。該套裝置持續(xù)進(jìn)行一天后，指針歸零。這是否意味著反應(yīng)物都已消耗完畢？在負(fù)極區(qū)加入高濃度的碘水，在正極區(qū)加入高濃度的FeCl2溶液，觀察到指針反向偏轉(zhuǎn)。

實(shí)驗(yàn)用宏觀可見的明顯現(xiàn)象(電流表指針偏轉(zhuǎn)，溶液顏色變化等)證明了Fe3+和I-確實(shí)發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移，電流計(jì)的指針歸零時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，通過實(shí)驗(yàn)增加生成物Fe2+的濃度，電流表指針反向偏轉(zhuǎn)，說明兩者發(fā)生的是可逆的氧化還原反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)通過多種宏觀表征如：電流表指針偏轉(zhuǎn)及正極區(qū)、負(fù)極區(qū)溶液的顏色變化，微粒的檢驗(yàn)及電流計(jì)指針歸零的原因分析和改變外界條件使平衡發(fā)生移動(dòng)等深刻揭示：①氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是反應(yīng)物之間電子的轉(zhuǎn)移；②平衡移動(dòng)原理：如果改變影響平衡的一個(gè)條件(如濃度、壓強(qiáng)或溫度等)，平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。

該實(shí)驗(yàn)選題新穎，反應(yīng)現(xiàn)象明顯，實(shí)驗(yàn)涉及的化學(xué)知識(shí)點(diǎn)多。契合主題，利用宏觀可見的明顯現(xiàn)象(電流表指針偏轉(zhuǎn)，溶液顏色變化等)來說明反應(yīng)過程中確實(shí)發(fā)生了微觀層次的變化。

此外，像廣州市培正中學(xué)的《丁達(dá)爾效應(yīng)系列創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)》、廣州市第五中學(xué)的《“消失”的電流——探究H2SO4與Ba(OH)2反應(yīng)本質(zhì)》等項(xiàng)目也是高度契合活動(dòng)主題與核心素養(yǎng)的優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)。

2.2015年的“化學(xué)解密”

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”要求：認(rèn)識(shí)科學(xué)探究是進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)；能發(fā)現(xiàn)和提出有探究?jī)r(jià)值的問題；能從問題和假設(shè)出發(fā)，依據(jù)探究目的，設(shè)計(jì)探究方案，運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)、調(diào)查等方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究：勤于實(shí)踐，善于合作，敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新。2015年“家庭化學(xué)實(shí)驗(yàn)100秒”的主題是：“化學(xué)解密”：“解密”：通過詳盡的資料搜集和解讀，設(shè)計(jì)、演示一個(gè)或若干個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過嚴(yán)密的邏輯判斷和推理，準(zhǔn)確說明一個(gè)化學(xué)原理，展示一個(gè)生活或生產(chǎn)中人們所熟悉的事物中所包含的化學(xué)原理。

廣東廣雅中學(xué)研究了防水和透氣功能共存的以甲基硅酸為基礎(chǔ)的有機(jī)硅材料，為了便于使用，有機(jī)硅材料一般都先制備成甲基硅酸鈉，甲基硅酸鈉易被弱酸分解，當(dāng)遇到空氣中的二氧化碳和水時(shí)，會(huì)生成甲基硅酸，再快速聚合成聚甲基硅氧烷。

3.2017年的“廚房化學(xué)”和2018年的“化學(xué)反應(yīng)與能量”

新課標(biāo)頒布后，化學(xué)專委在確定活動(dòng)主題時(shí)更加有意識(shí)的聯(lián)系新課標(biāo)學(xué)科核心素養(yǎng)，引導(dǎo)參賽學(xué)校和師生在學(xué)習(xí)中重視新課標(biāo)、實(shí)踐新課標(biāo)。核心素養(yǎng)“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”要求：學(xué)生應(yīng)具有安全意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，具有探索未知、崇尚真理的意識(shí)；深刻認(rèn)識(shí)化學(xué)對(duì)創(chuàng)造更多物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富、滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要的重大貢獻(xiàn)；具有節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意識(shí)，從自身做起，形成簡(jiǎn)約適度、綠色低碳的生活方式；能對(duì)與化學(xué)有關(guān)的讓會(huì)熱點(diǎn)問題做出正確的價(jià)值判斷，能參與有關(guān)化學(xué)問題的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)。

結(jié)合新課標(biāo)，我們2017年和2018年的主題定為“廚房化學(xué)”與“化學(xué)反應(yīng)與能量”?！皬N房化學(xué)”：化學(xué)這門歷史悠久而又充滿無限活力的學(xué)科，好像離我們很遙遠(yuǎn)。其實(shí)，化學(xué)是離我們最近的一門學(xué)科，她的影子無時(shí)無刻不閃現(xiàn)在我們的身旁。生活中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，都是我們與化學(xué)打交道的過程。在日常生活中，廚房可以說是化學(xué)試劑的一個(gè)“基地”。就讓我們走進(jìn)廚房來揭開它的神秘面紗。一組參賽實(shí)驗(yàn)利用了家庭中常見的微波爐作為反應(yīng)裝置，研究了水煮花生和油炸花生在相同條件下加熱的情況，發(fā)現(xiàn)水煮花生的加熱效果明顯比油炸花生好。淺顯易懂的揭示了極性分子和非極性分子在外界電磁波作用下的變化情況。微波爐加熱食品，食品中含極性分子(如水)越多，極性分子溫度越高，食品被加熱的效率越高。而極性小的分子，如空氣以及陶瓷、塑料、玻璃等容器，微波對(duì)其不起作用。廣州市九十七中學(xué)的“鋁禁不止”也是創(chuàng)意、原理和展示效果俱佳的優(yōu)秀項(xiàng)目。

三、豐富多彩的活動(dòng)成果

每年活動(dòng)可以發(fā)動(dòng)全市超過50所學(xué)校的初三、高一年級(jí)約500位同學(xué)和老師直接參與，并通過校內(nèi)準(zhǔn)備、預(yù)選等使參與師生超過3000人，并通過成果巡展等輻射學(xué)生超過五萬人。

當(dāng)前的各種化學(xué)競(jìng)賽、活動(dòng)，基本都是以紙筆測(cè)試的形式呈現(xiàn)，本活動(dòng)則重點(diǎn)突出考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。以目前資料來看，這項(xiàng)活動(dòng)不僅是全國(guó)首創(chuàng)，迄今為止也未在國(guó)內(nèi)其他省市發(fā)現(xiàn)類似的比賽活動(dòng)。

活動(dòng)的另一個(gè)主要成果就是以參賽學(xué)生為核心，通過比賽觀摩、項(xiàng)目巡展、微信公號(hào)多種形式對(duì)學(xué)校、家庭和社會(huì)進(jìn)行化學(xué)原理的輻射，全面提高學(xué)生、家庭和社會(huì)全民的科學(xué)素養(yǎng)。

新課標(biāo)的核心素養(yǎng)立足高中學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)過程，各有側(cè)重，相輔相成?！昂暧^辨識(shí)與微觀探析”要求學(xué)生形成化學(xué)學(xué)科的思想和方法；“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”從實(shí)踐層面激勵(lì)學(xué)生勇于創(chuàng)新；“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”進(jìn)一步揭示了化學(xué)學(xué)習(xí)更高層次的價(jià)值追求。我們化學(xué)專委將繼續(xù)在新課標(biāo)的指引下，立足一線教學(xué)實(shí)踐，將化學(xué)教學(xué)的有效性和課外活動(dòng)的趣味性緊密結(jié)合，為提高學(xué)生對(duì)現(xiàn)代生活和未來發(fā)展的適應(yīng)能力，充分發(fā)揮化學(xué)課程的整體育人功能，全面發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)做出自己的貢獻(xiàn)。