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【關鍵詞】醫專;化學;實驗室建設
化學是醫學院校的專業基礎課。化學實驗室是實驗教學、教師科研和大學生科技創新活動的重要場所。通過化學實驗教學,能夠使學生鞏固理論知識,提高實踐技能和分析問題、解決問題的能力。教進行科研,不僅能提高自身專業素養,而且可以將科研成果服務社會。所以,加強化學實驗室建設和管理是提高實驗教學質量和效益的保證。
1 確立實驗室建設的內涵
1.1 實驗教師隊伍的建設
實驗室建設的關鍵是實訓教師隊伍的建設。實驗教師隊伍應結構合理、素質高,既有扎實的專業理論知識,又有較強的實踐能力。一方面,我們鼓勵實驗教師開闊視野――“走出去”,了解真實崗位技能及應用,使校內實驗教學與社會實踐相一致。組織實驗教師到企業學習,參加實驗教學相關的進修、培訓、見習等,參與實驗基地的建設,參與社會技術服務。如我們先后組織實驗教師到捷眾藥廠、食品藥品檢測所、醫院檢驗室、市級大中型藥房參觀。另一方面,我們“請進來”,聘請企業專家擔任實驗、實習課程的指導教師,并邀請他們做專題講座。
1.2 實驗室的規劃和建設
隨著高職高專教育的發展,我校邀請醫院、藥廠、藥檢所等行業企業專家,共同探討實驗室的規劃和建設。學校以化學、藥劑、藥物分析等教研室為核心,共同探討實驗室的規劃和建設,現已建成實驗室、天平室、準備室、精密實驗室等標準實驗用房。
現有校內各類化學實驗室9個,其中用于實驗教學的是有機化學實驗室、無機和分析實驗室、儀器分析室等,準備室2個,仿真實驗室1個,實驗面積達700多平方米。
校外實驗基地是培養學生綜合素質,鍛煉學生實踐技能的重要場所,是學生了解社會,提高就業本領的途徑。設立校外見習實習基地,將課堂與實習一體化,有助于提高學生專業實際動手能力,真正實現“教學做”一體化,實現畢業生的實踐能力與社會接軌。如我校藥學類專業與醫院、藥廠、藥檢部門等企業行業建立合作機制,與校內實驗基地統籌規劃,布點合理,功能明確,為實驗教學提供真實工作環境,實現學校教育與企業實踐無縫對接、專業教學與就業崗位零距離。
1.3 實驗室儀器設備的配置
目前,我院正在建設新校區,加強了對實驗室的規劃和建設的力度。我校將藥分、化學、藥化等實驗室整合,實驗實驗室和儀器設備等資源共享。我校現有大型實驗儀器設備,如擁有氣相色譜、高效液相色譜、紫外分光光度計、722型可見光分光光度計、電位滴定計、酸度計、數碼旋光儀、萬分之一電子天平等儀器設備。其中有機常規實驗儀器如滴定、蒸餾、回流、分餾、索氏提取等幾十套,基本滿足實驗操作,設備設施利用率高。學生實驗以2人一組,配備能滿足試驗大綱所需的實驗儀器和設備,實驗開出率達到100%。
2 加強實驗室的管理
2.1 健全實驗室的管理制度
健全并落實實驗室管理制度是保證實驗教學的重要條件。通過制度建設,管進一步明確學校領導、教師、學生和實驗教師的職責。我們重新修訂了《化學實驗室規則》、《學生實驗規則》、《化學實驗安全守則》、《教學儀器(藥品)管理制度》和《危險化學品安全管理守則》等。化學實驗教學,安全高于一切。對于新生,實驗教師要帶領學生學習《化學實驗室規則》《化學實驗安全守則》等規章制度。學生實驗時,教師要強調安全操作規程。凡是易燃易爆、有毒的化學藥品,務必在實驗教師掌控下使用。由教師親自操作,或實驗教師在現場指導學生實驗,實驗完畢,將有關藥品歸庫。有毒的化學實驗務必在通風廚中進行。建立專庫存放危險化學品,嚴禁混放,并定期進行檢查。劇毒藥品應集中存入專用保險柜,并由兩個人上雙鎖保管。實驗室要配備消防器材及急救防護用品。實驗完畢,整理實驗室,做好水、電、化學藥品及門窗的檢查,防止發生事故。
2.2 責任到人,管理有序
我校建立實驗中心,下設藥學、臨床、護理、醫技實驗組,化學實驗室屬藥學實驗組負責。按“統一管理、分級負責”的原則進行實驗室的建設和管理,建立和落實實驗室規章制度。每個實驗室有人負責,尤其是精密實驗室要專人專鎖,貴重儀器有專人負責。實驗儀器設備建立總賬、明細賬,納入學校實驗中心統一管理。實驗教師做好儀器設備的維護、保修和管理工作,實驗者必須記錄儀器使用情況并存檔。每次實驗,實驗教師要認真填寫實驗記錄本,以便掌握實驗室、實驗儀器使用情況和實驗教學情況。做好學期計劃,填寫《儀器藥品預購表》、《耗材登記表》、《實驗室維修登記表》等,統計實驗開出率,進行學期實驗總結。
3 建設體現化學特點的實驗室,提高實驗教學效益
3.1 建設體現化學特點的實驗室
化學發展的特點是化學的各學科(無機、有機、物化、分析等)在繼續發展的同時逐步趨向綜合,使學科的界限逐漸淡化,互相融合。我校化學實驗室承擔《醫用化學》、《無機化學》、《有機化學》、《分析化學》等課程的實驗教學。
化學實驗室作為面向全校提供化學基礎實驗的場所,根據各學科發展的需要和具體實驗內容,將先進的教學理念和現代教學手段引入學生實驗。仿真實驗的應用能調動學生興趣,使他們了解貴重儀器的結構和操作規程。一體機動畫演示可以規避危險實驗對實驗者的傷害。多種教學方法的使用,促進學生實驗技能、科學素養及實驗態度的培養。
3.2 更新教學思想,構建新的教學體系。傳統醫實驗教學是從基礎課教學中獨立出來,并將其系統化。化學實驗不僅驗證書本理論的知識和練習技能,更重要的是培養學生各種能力。這些能力包括有關知識、操作技能和使用現代化儀器設備的能力以及觀察能力、科學研究與創新能力。化學實驗課程按深淺程度可以分為基礎知識實驗、綜合性實驗、設計研究型實驗三部分,在教學方法上分別對待。在開放式教學的前提下,完善“設計實驗”,提高“研究型創新型實驗”的比率。
3.3 對實驗人才、技術和實驗條件進行有機的整合和資源共享,保持實驗室的運作處在高水平、高效益的狀態。首先依據重點專業、特色專業建設、精品課程建設等項目,集中資金重點購置相關儀器設備,建立相關中心實驗室。其次,逐年加大對普通實驗室的建設,在實驗室儀器設備的配置上投入了一定經費,改善實驗條件,更新儀器設備。
總之,化學實驗教學是整個化學教學的重要組成部分,學生創新能力的培養是化學實驗的主要教學目標。化學實驗室的建設與管理是一項長期、持續、發展性的工作。實現實驗室科學化、規范化管理,提高實驗技術人員水平,更新實驗儀器設備等,才能在實驗室的建設和管理上取得更好的成績,為教學科研服務。
【參考文獻】
關鍵詞:操作能力;初中;化學;基本操作;教學策略
中圖分類號:G421;633.8 文獻標志碼:A 文章編號:1008-3561(2016)31-0044-01
化學本身是一門以實驗為主的自然學科,實驗有利于深化學生對于所學化學知識的理解,增強學生的實踐動手操作能力。特別是隨著素質教育的普及,開展化學實驗已經成為現階段化學教學的重點。然而,不規范的操作可能增加實驗的危險性,甚至危及學生的生命安全。因此,加強化學實驗基本操作指導具有重要的意義。
一、開展安全教育,奠定扎實基礎
安全是化學實驗操作需要率先考慮的重要問題,所以,在開展基本操作教學時必須進行安全教育。在當前的化學實驗教學中,教師大都先按照實驗教材中的有關要求,將實驗操作步驟和注意事項等內容直接灌輸給學生,而很少對學生進行專門的安全操作教育,因而學生缺乏安全操作意識,可能使學生在后續課程學習的過程中出現安全事故。因此,在平時的化學基本操作教學中,化學教師必須進行安全操作教育。就具體的教學而言,學生首次進入化學實驗室,化學教師需要讓學生明確自己應該做什么和不可做哪些事情,同時還要了解和熟悉化學實驗操作方面的安全規則,確保化學實驗操作的安全性,避免出現安全事故。化學安全操作教育實際上就是一種培養和提升學生生存能力的教育,這主要是因為化學實驗操作本身具有很大的危險性,某些化學試劑和藥品具有易燃、易爆和有毒等特性。所以,幫助學生規避實驗過程中的各種風險,是確保化學實驗操作順利進行的關鍵。雖然學生要認真聽取教師的指導意見來規范自身的實驗操作行為,但這并不意味著學生在實驗操作過程中要畏首畏尾,而是要求學生在遇到疑惑時,及時同教師和其他學生進行溝通和交流,待一切不利因素消除之后方可進行實驗操作,從而確保化學實驗操作的安全性。此外,化學教師還需要引導學生合理安排實驗操作時間,以使學生形成正確的實驗操作行為和習慣。例如,在聞氣味的過程中,不可直接將鼻子湊到待測物質上,而應該用手扇氣入鼻;在化學實驗操作完畢之后,要及時對各類實驗儀器設備進行洗滌和整理等等。
二、加強教學指導,提升操作技能
在開展化學實驗基本操作教學時,化學教師需要切實發揮自身的指導作用,切實做好實驗操作的指導工作,以達到提升學生化學實驗操作技能的目的。當前,初中化學基本操作方面的內容涵蓋藥品取用、物質稱量和加熱、實驗儀器的洗滌和連接等。在該部分化學實驗操作授課過程中,化學教師應該要求學生提前預習相關的教材,做到心中有數,接著在教師指導下自主進行實際操作,然后教師就各個學生的實際操作情況進行及時點評,及時發現和解決學生在操作過程中存在的各種錯誤行為。如此一來,在這種授課模式的指導下,學生會按照有關的安全操作規范進行實驗,掌握實驗操作技能。當前,部分化學教師認為化學實驗課的管理難度比較大,這主要是由于學生對各種實驗儀器充滿很強的好奇心,他們會將自身的注意力集中于實驗儀器本身,卻忽視細心觀察教師的演示操作,以致學生無法明確相應的實驗操作內容,很容易在實踐應用中出現差錯。此時,化學教師就需要充分發揮自身的指導作用,采用即時拍照抓典型和操作比武大練兵等教學方式,提高學生的安全意識,充分激發學生參與化學實驗的興趣。例如,針對化學實驗基本操作大練兵,化學教師可以先將本節課的基本實驗操作要求告訴學生,接著,在接近下課的一段時間做好基本實驗操作大比武活動,由教師擔當“比武”的評委,操作正確加一分,錯一處則扣一分,然后讓大家比一比,看哪個學生最后所得的分數最高。這樣,學生的化學學習興趣會被極大激發,學習效果也比較理想。
三、延伸課堂教學,寓教于生活中
基本操作是化學實驗的基礎,為了確保化學實驗操作的順利進行,化學教師必須要引導學生熟記這些基本的化學實驗操作要求,同時要鼓勵學生將這些所學到的化學知識靈活應用到實際的生活中,以不斷提升學生的實驗操作技能。例如,在講解完“化學藥品取用”這部分基本操作內容之后,化學教師可以引導學生思考:日常生活中有哪些與我們所學的“化學藥品取用”比較類似的行為,具體表現在哪些方面?有的學生說,在傾倒醋、醬油以及食用油等的時候,要將相應的標簽朝向手心,并需要刮凈瓶口的液體,這一點同化學液體藥品的取用比較相似;也有的學生說,日常生活中衣服和餐具的整理等,均與實驗藥品的分類整理比較類似。
四、結束語
總之,新課改的推進,對化學實驗教學提出了更高的要求。化學基本操作是學生開展化學實驗的重要基礎,其掌握的扎實度和熟練度直接關乎實驗操作的質量和效率,否則可能因不合理的化學操作而引發安全問題。因此,為了確保化學實驗操作的質量和安全,必須加強化學實驗基本操作教學,提高學生的操作能力。
參考文獻:
[1]曾亞平.初中化學實驗教學改革與創新[J].中學化學教學參考,2003(12).
高校化學實驗室是培養學生實驗技能、開拓學生創新能力的重要場所,科學化、規范化的實驗室管理對提高教學質量和科研水平有著至關重要的作用。本文從實驗室制度管理、實驗技術人員管理、實驗試劑管理、實驗儀器管理以及實驗室安全管理等方面對化學實驗室科學化、規范化管理進行探討。
關鍵詞
實驗室;規范化;安全;管理
實驗室是開展教學、科研、培養高素質創新型和技能型人才的重要基地,是學生驗證科學理論,訓練操作技能、培養科研能力的主要場所,同時也是高等院校教學實力的重要標志。隨著實驗室條件的改善和實驗教學的加強,實驗室管理工作日漸復雜,要求日益提高。如何管理好實驗室,使其最大限度地發揮作用,已經成為高校管理工作中的一項重要課題。①而化學實驗室易燃、易爆、腐蝕性、刺激性、劇毒性等危險物品居多,人員出入較為頻繁,因此管理工作至關重要。近幾年頻發的化學實驗室安全事故,更是提醒我們加強實驗室管理刻不容緩。筆者作為高校實驗系列人員,主要工作就是圍繞實驗教學以及實驗室管理展開,有著多年的實踐經驗,本文就實驗室管理工作談一些具體的做法和體會。
1完善實驗室管理制度,重視實驗室技術人員隊伍建設
實施實驗室管理工作的首要任務是健全實驗室規章管理制度,并認真貫徹落實。國家規定化學實驗室應制定相應實驗室規則及實驗室安全制度,包括遵守國家對危險化學品的管理規定;實驗室常用危險物品、化學試劑的性質、使用和處理方法手冊;實驗室廢棄物處理條例等。隨著我國教育事業的蓬勃發展,許多高校原有的規章制度并不能滿足實驗室的現狀,如缺乏對實驗室安全細節上的規定,缺乏生動的教材或者宣傳方式,對制度的執行缺乏力度和持久性,缺乏常規評估和考核等。②因此,為了加強學校的實驗室管理工作,使之更加科學化、規范化,我校除貫徹國家已有的管理條例外,還制定了《化學實驗室規則》、《實驗室安全防火管理規章制度》、《學生實驗守則》、《實驗室儀器損壞處理辦法》、《實驗室日志》、《化學儀器室管理員職責》等。對進入實驗室的學生進行行為上的規范,增強學生遵守實驗操作規范、愛護公共財物的自覺性,保護實驗儀器設備,減少儀器的損耗,提高實驗的成功率和安全性;同時對實驗室的管理人員提出要求,使其明確自己的崗位職責,為實驗室安全管理和實驗教學提供更好的服務。實驗技術人員作為實驗室的一線管理者,是實驗室管理不可或缺的一部分,其素質的高低直接影響著實驗教學的質量。因此建設一支結構合理,具有優秀的專業技能以及強烈的事業心和責任感的實驗技術人員隊伍,對提高實驗室建設管理,保證實驗教學質量是非常重要的。我校的實驗技術人員是通過正式的招聘程序,吸收學士、碩士、博士進入實驗室管理崗位的。在正式工作之前都會進行崗前培訓,一方面提高實驗室技術人員的師德修養,培養其教書育人、以德修身的教學理念,同時注重培訓實驗室技術人員實驗教學的專業知識和科學素養,提高實驗教學質量。另一方面,重點加強對實驗室技術人員管理專業知識的培訓,請專業的管理老師授課,同時,充分利用網絡多媒體信息技術,建立多渠道、多元化的培訓模式,加強本校實驗室管理和其他高校實驗室管理的溝通與交流,學習先進的管理經驗,取長補短。③正式上崗之后,定期各教研室也會組織安全管理講座,為實驗技術人員提供繼續教育學習的機會,并將業務培訓與實驗教學的實踐相結合,提升實驗技術人員的素質,保證實驗室管理工作順利進行。
2加強實驗室規范化管理,提高實驗教學質量
在健全實驗室規章管理制度、提升實驗技術人員的素質的基礎上,加強實驗室規范化管理至關重要。實驗室管理工作加強,實驗室的作用和地位隨之增強,就為開展實驗教學工作提供了根本的保障。實驗室的管理,包括實驗試劑的管理、常用儀器和大型儀器的管理、環境與安全的管理等各種事項。
2.1實驗試劑與藥品的管理
化學實驗中,有著大量的實驗試劑,種類繁多、性質各異,其類別、數量、品質等關系到實驗教學的質量,因此試劑管理是重要一環,應當引起足夠重視。④化學試劑申報購買由專人負責。在本學期課程開始之前,各個實驗課帶教老師必須統計好實驗所需試劑種類和數量,向專門負責藥品管理的老師申報,老師根據上學期實驗教學試劑剩余量和本學期實驗教學的需要量,進行合理的歸納和分類,然后由科室主管教學的主任核實審批,最后購買。購買時要從有資質的正規藥品銷售公司購買,購買試劑上要標有名稱、含量、產品標準、生產廠家、規格、生產日期及保質期等信息,入庫需要驗收和登記。對于驗收合格的試劑分類存放。對于常見的藥品試劑,按照其各自的化學性質分類后保存,比如氧化劑與還原劑,酸和堿等分開擺放;易潮解、易氧化的藥品保存于電子防潮箱中;腐蝕性藥品存儲于腐蝕性化學試劑藥品安全存儲柜;毒麻藥品、危險品置于專門的毒麻藥品柜等。每個類別區域再根據各自特點及性質擺放,方便查找取用,比如無機物可按周期表、試劑的字頭排列、陰離子排列來排放,有機物按官能團分類排放,指示劑可按功能、顏色排放等。⑤另一方面,對于配制好的試劑,按實驗項目分類存放,在所有的裝有化學試劑的容器上貼好標簽,標明試劑名稱、濃度、配制日期、保質期、存儲方法、配制人等信息,以免在使用時出現混用或者存儲不當的現象,從而導致不安全的事故發生。并將實驗項目名稱標記于柜門,以便下次準備實驗查找。對化學試劑的領用要做好出庫登記,填好領用人、試劑名稱、數量等信息。危險品必須專柜存放、嚴格取用制度,確保人員和儀器設備安全。采取“五雙”制度,⑥即雙人管理、雙本帳目、雙把門鎖、雙人領發、雙人使用,嚴格控制,對有剩余的危險品及時收回,防患于未然,要有安全意識。
2.2常用儀器和大型儀器的管理
化學實驗所用玻璃儀器種類繁多,規格各異。燒杯、量筒、錐形瓶等均有不同規格,分門別類的收集在柜子里,并統計好數量規格,做好登記表,以方便找尋。破損的玻璃儀器單獨收集,統一回收處理。對于大型儀器,必須建立大型儀器設備檔案,包括采購與驗收檔案、儀器的管理檔案等。儀器專管老師需對儀器名稱、數量、生產廠家、規格型號、入庫時間、入庫地點、出庫時間、領取人員、儀器編號和教保處編號等建立表格,做好新儀器驗收登記,并存與檔案室。另外登記教學儀器總分類賬和明細賬,并對日常儀器的使用、維修做好記錄,同時及時做好破損儀器核銷工作。
2.3環境與安全的管理
化學實驗中常常會接觸到易燃、易爆、有毒、有腐蝕性、有刺激性氣味的化學藥品,經常使用各種加熱儀器,如電爐、電熱套、酒精燈等,因此實驗管理人員以及進出實驗室的其他工作人員和學生必須在思想上充分認識安全問題的重要性,樹立“安全第一、以防為主”的觀念,事事都要把安全放在重要位置,決不能麻痹大意,關注實驗室安全管理過程中的各個環節,從小事做起,營造一個綠色的、安全的實驗環境。實驗授課前,教員需向學生講授實驗室安全守則,加強學生安全防范意識,使其充分了解相關實驗的安全注意事項,重視安全操作;學生實驗時,需嚴格遵守各項操作規程,按有關安全規則開展實驗,做好安全用電、用水、防火、防毒、防爆、防污染等安全防范工作;實驗完畢,剩余試劑及時回收,妥善保存,實驗廢棄物不可隨意處置,應分類集中回收,并定期交由有資質的公司處置,避免產生其他不安全事故或對環境造成危害,營造綠色化學實驗室。另外,學生應清洗好實驗儀器,整理好實驗用品和實驗臺,值日生負責打掃實驗室衛生,并必須檢查實驗室的水、電、氣、門窗是否關好。經檢查合格后,方可離開實驗室。
總之,化學實驗室的管理工作是一項需要不斷完善、常抓不懈的基礎性工作,對保障實驗教學、科研有著非常重要的意義。通過多年的工作實踐,筆者深刻地體會和認識到要做好化學實驗室的管理工作,必須堅持以人為本的思想,不斷學習,總結經驗,努力提高自身的專業素質和管理能力,使實驗室管理工作朝規范化、制度化、現代化的方向發展,確保實驗教學和科研各項工作落到實處,努力使實驗室管理工作邁上一個新的臺階。
作者:張俊娜 李明華 黃雁茹 何煒 單位:第四軍醫大學藥學院化學教研室
注釋
①王文安.加強實驗室管理,促進教學水平的提高[J].科學教育,2005(9):109.
②邱琦,羅仲寬,呂維忠等.國內外高校化學實驗室安全管理探究[J].廣州化工,2010.38(5):273-274.
③韓寶慶.高校實驗室管理隊伍建設探析[J].吉林工商學院學報,2014.30(5):126-128.
④胡翔,張嘉杰.化學試劑管理與實驗教學[J].實用醫技雜志,2007.14(18):2482-2483.
近年來化學實驗安全問題成為化學教育研究的熱點,尤其體現在國內外安全教育比較和國外化學教材中的安全教育分析上。朱鵬濤、周青等人針對美國2005年版新教材《化學:概念和應用》中的實驗安全教育內容體系進行了介紹,歸納出系統性、規范性、可操作性、教育的連續性以及人性化、形象化等特點,并從中提出對我國化學教學中進行實驗安全教育的借鑒意義。劉冰、畢華林通過對我國現行3個版本義務教育初中化學課程標準實驗教科書及美國初中主流化學教科書《化學反應》中的化學實驗安全教育內容的比較研究,發現我國教科書中實驗安全教育內容相對薄弱,建議以教科書為載體顯化實驗安全教育內容、教科書中增加實驗安全標志、處理好安全教育與主動探究的關系,把安全作為實驗評價指標,充分發揮評價的導向功能。盛兵、王川等人比較了國內3套高中化學教材與美國高中主流理科教材《化學:概念與應用》,分析了4套教材實驗安全教育的相同點以及在編排結構、內容、實施理念和重視程度等方面存在的差異。試圖厘清中學化學實驗安全教育的理念,吸收其他國家教材的優點,進一步完善國內化學教材實驗安全教育的內容,為我國加強中學化學實驗安全教育提供可借鑒的資源。已有研究往往關注某一套國外教材中的安全教育特點,尚不能概括各種安全教育的可借鑒之處,也缺少詳盡、有效的吸收處理經驗。本研究主要選取三套著名國外化學或科學教材進行內容分析:《科學探索者•化學反應》、《科學發現者•化學概念與應用》、圣智科學教育系列教材中的化學相關分冊,分析其安全教育多元化的表現形式,總結國外科學教育中實驗安全特點。考慮到化學實驗安全教育的特殊表現形式,體現化學教育的廣義內涵,也將國外教育中有特色的化學實驗安全手冊納入研究范疇。
2國外化學教育中的實驗安全特點分析
國外化學教材的安全教育大多采用提供集中指南與分散提醒相結合的方式:在附錄的安全手冊中集中呈現大部分的規則、圖示,體現安全教育的系統性和規范性,便于學生迅速、全面了解化學實驗安全的相關信息以及彼此的聯系。安全操作示意圖和安全提示設置在每一個具體的實驗過程中。
2.1整體設計,專題闡述安全教育
將實驗安全作為化學或科學教材的章節專題闡述,是高度重視實驗安全教育的表現。加拿大圣智科學教育系列教材尤其重視安全教育,主要在11年級的《科學方法》和《科學視野》兩本分冊中將安全教育開辟成獨立章節,作為具體教學內容。《科學方法》第1單元“物質和安全”非常關注社會安全教育的知識傳播和法規啟蒙,例如職業健康和安全法、工作場所危險品信息制度、工作場所危險品安全說明書等;作為化學知識的承載,“正確使用化學藥品”闡述了不同狀態的化學藥品儲存、易燃物質相關的化學名詞等;還體現與生命科學的綜合滲透,聯系危險物品對人體的影響。國外化學教育常通過化學安全手冊作為更加專題化的教學方式,既可以作為常規理論和實驗教學的輔助用書,為師生提供豐富的實驗安全知識和技能指引,也可以作為單獨設置化學安全教育課程的教學素材。例如美國消費品安全委員會、健康與人類服務部、美國疾病控制與預防中心和國家職業安全與健康研究所聯合推出了一本《學校化學實驗室安全指南》,該書用于幫助科學教師識別學校實驗室中可能用到的危險物質,提供了有毒物質的清單。使他們可以采取恰當措施避免或減少與危險品、有害品的接觸以及由此帶來的傷害。指南的內容包括化學實驗室中化學試劑的使用、儲藏、保養的信息,化學廢料、安全、急救設備、化學危險品評估、常用安全標志等。
2.2活動強化,時刻關注安全教育
在教材的教學活動以及實驗活動中分散設置的安全標志,是國外化學教育中強化安全意識的重要手段。實驗安全標志以警示圖標的形式形象地提醒學生注意可能發生的危險,并能夠促使學生進一步思考具體的預防措施及解決方法,比單純的文字敘述要簡潔有效得多。教科書中增加實驗安全標志是提高學生實驗安全警覺的一種有效手段,使學生真正懂得實驗中有哪些不安全因素,怎樣去消除不安全因素,以及掌握緊急情況下的急救方法。將安全標志與具體的實驗活動、課后作業相融合,可以進一步強化其警示作用和教育意義;學生在實驗過程中借助這些規則和圖標,可以在具體的實驗操作過程中反復體驗實驗安全內容,隨時注意實驗潛在的危險,又可通過動手實踐深入理解實驗的安全問題,潛移默化地養成一種主動關注實驗安全的好習慣。例如,美國《科學發現者•化學概念與應用》、《科學探索者•化學反應》教材中,各個章節的每個化學實驗項目的實驗過程旁都設置相關安全警示圖標。如實驗“過氧化氫、酶和你”步驟旁提供了護目鏡、實驗服、易碎和隔熱手套等圖標。這些圖標可以比文字敘述、條目要求更加醒目地提示學生做此實驗的安全注意事項,而且安全標志類型要與所警示的內容相吻合,與實驗相吻合,針對性明確。圣智科學教育系列教材的安全教育主題還在每節設置一定開放性和互動性的探究活動,例如安全問題討論、繪制家用化學品位置圖、制作材料安全數據庫安全卡、來自制造產品中的廢棄物調查分析等,極大地豐富了安全教育形式,也成為促進學生強化安全意識、理解安全觀點、應用安全知識的重要途徑。
2.3知識融合,拓展化學實驗安全教育的載體
學生的安全意識和安全能力的形成不是一蹴而就的,也不可能只通過單純說教形成,而是通過領悟和練習逐步掌握的過程,既需要生活實際中的觀察和反思,也需要結合具體的化學反應事實學習和實踐經歷潛移默化。化學事實性知識是學生學習其他化學知識的基礎,沒有豐富具體的化學反應案例,化學基本概念和原理就成為無源之水、無本之木。化學事實性知識學習過程中涉及的化學物質豐富多彩,在實驗活動中難免存在潛在危險,開展化學教學活動需要通過具體性質和用途的教學滲透安全意識教育,而在安全事項提醒時也促進性質的深入認識。圣智科學教育教材尤其關注安全教育與生活、社會的融合,既體現化學學科視野下的實驗安全,又利用生活、社會中關注實驗安全的案例激發學生學習興趣。《科學視野》單元C“日常化學品與安全實踐”側重于介紹具體化學物質的性質所表現的危險性,從家庭、工作場所、工業生產和環境四個角度分別表現化學品的使用安全,揭示身邊的化學安全隱患,如抗生素和抗菌肥皂、辦公室中的化學物質、紙漿和造紙污染的代價等。在每個方面的實踐和聯系都體現化學品對環境的影響和科學使用化學品對環境的裨益。這種安全教育以具體物質的物理和化學性質為載體,既融合具體的化學事實,又聯系社會科技發展和生活化學應用,既凸顯了安全教育在化學課程中的基礎性和多維聯系,又使得實驗安全教育呈現方式生動,內容更加充實、拓展。
3結合國外化學實驗安全教育提出的建議
3.1安全教育不止面向學生,也針對教師
只有教師以身作則,才能營造更安全的化學教學環境。可是目前大多數化學師范生和在職教師并沒有接受過系統的化學實驗安全課程教育與訓練,僅靠零散的實驗教學經驗獲得安全認識。他們長期只關注實驗操作和化學知識的傳授,缺少對實驗潛在危險細節的把握,實驗安全意識淡漠,所以需要接受充分的實驗安全教育才能完全勝任中學化學實驗教學。化學實驗員是特殊的化學教師群體,他們尤其需要系統和科學的安全教育,例如化學藥品儲存時要將易燃品和強氧化劑分開放置,而將劇放入保險箱嚴密監管;化學廢品的處理必須嚴格按照規定,不可私自處理。
3.2完善學生安全裝備,提升實驗安全感
提供學生完善的安全保護措施,不僅可以降低實驗危險系數,還可以幫助學生從心理上消除對化學實驗的恐懼感,才能在化學學習中體會安全感,這是化學實驗教學活動開展的必要條件。美國中學化學課程實施中,教師和學生一般都佩戴護目鏡、實驗服和手套,就連簡單的食鹽提純的實驗都有安全裝備,安全防護意識極強,實驗安全意識已經深入每個學生的心中。
3.3基于實驗安全的化學眼光審視生活和社會
有學者認為過多地在化學課堂上渲染化學的危害新聞,不利于學生對化學的科學認知,反而會導致大家對化學的誤解和偏見加深——這樣的擔心不是沒有道理,教師的合理引導顯得尤為重要。但事實是:“擔心”之下的避而不見、充耳不聞并不能減少在身邊接觸到化學危害的機會,反而會因為無知而導致更多的安全事故,會導致對偽科學的盲從和誤解。需要讓學生明白關鍵問題所在并不是化學本身的危害,而在于使用者的科學態度、公民道德和正確方法。所以,化學安全教育需要彰顯化學眼光去審視生活和工作環境,這才是化學安全教育意義所在。例如,人教版九年級《化學》教材的第一單元課題3中指出化學實驗室很多藥品都是易燃、易爆、有毒、有腐蝕性的——這是化學教材中安全教育的開篇之言,此時由于學生對具體化學物質知之甚少,所以往往被一筆掠過,因此浪費了安全教育機會。建議從家居日化用品、廚房用品等入手,分析這些化學藥品可能具有的特性,并討論生活中使用時的注意點。在化學啟蒙階段,給予充分的機會引導認識身邊的化學世界,既是激發學習興趣的重要手段,也是開展化學安全教育的有益補充。在復習課階段同樣可以針對藥品的四大特點進行深入探討,例如引導學生聯系教材知識和生活見聞,整理完善下表。學生在互動中總結出與一系列安全問題相關的化學物質及其在學校、家庭及工作場所的作用體現,并且聯系一些簡單的化學原理進行解釋,既是對具體化學物質性質的系統總結反思,也是建構分類觀的重要途徑。化學安全往往還與職業相關,工作場所存在的化學危害是每個學生日后走上社會必須面對、承擔的。學生在校階段也需要充分認識社會、認識到不同職業中可能遇到的化學危害。雖然自己不一定從事該職業,但是將自己的經歷與這些職業經歷相互印證,還是會形成一些觀念;用自己的知識傳播、教導身邊從事該職業者趨利避害,更是學習者的社會責任之一。此外,教師應該針對目前社會上故意使用化學藥品毒害他人的不當行為加以譴責和批判,有必要在化學實驗安全教育中融入生命教育、強化道德教育,讓學生明白實驗安全教育對自己以及對他人的重要性,利于保持顧及自己和他人的安全的積極態度。
3.4活動與評價形式的多元化促進實驗安全意識的自我強化
關鍵詞 化學實驗 教學質量 問題 建議
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A
化學是一門以實驗為基礎的自然學科。實驗的進行可以將比較抽象的化學原理現象比較直觀地展現在學生面前,從而有助于學生形成系統的化學原理定律,也能很好地激發學生對新事物的好奇心、探究欲。此外,實驗教學還能有效地訓練學生的操作、觀察分析、動手動腦思考等能力。然而,初三化學實驗對于學生而言,更多的人覺得實驗只是好玩、新鮮、有趣,對于有些教師而言,也僅僅只是可有可無的輔助課,并沒有得到應有的重視,最終導致當前初中化學實驗教學效率不高。筆者根據自己多年經驗提出些許提高化學實驗課教學效率的建議,對完善實驗教學環節,提高化學實驗教學質量具有一定意義。
1 實驗課前準備充分,課后有效鞏固
俗話說:凡事預則立,不預則廢。只有課前做好充分的準備工作,開展實驗時才能做到有條不紊,提高實驗教學質量。實驗課前,老師應該檢查好相關的實驗儀器、配置好相關藥品溶液,從而保證學生不會因儀器藥品不到位而停止實驗。此外,為了保證能更好地解決學生在實驗過程中遇到的問題,老師須得在實驗前按照操作規則做一次預實驗,以確定實驗中操作流程、藥品用量、濃度、反應時間以及反應結果現象等等,從而在教學過程中做到胸有成竹。
實驗課前準備不僅僅指教師的準備,學生的課前預習準備同樣重要。學生在實驗前,須熟悉實驗的操作流程、藥品用量、濃度以及相應的急救措施等,確保實驗能安全順利有效地進行,防止常識性錯誤的出現(如:做粗鹽提純使用天平稱量時將“左物右碼”操作成“左碼右物”等)。
學習就是不斷接受新知識,不斷鞏固舊知識的過程,否則就會邊學邊遺忘。實驗學習也是如此。因此筆者認為布置難易適中、具有典型代表性的且題量適宜的課后作業是普遍采取的方法但也是最有效的鞏固舊知識的方法之一。①實例1:在演示完測定空氣中氧氣含量的實驗后,教師可以布置相關思考問題,像紅磷燃燒后產生什么現象,反應生成什么物質,其形態如何;打開彈簧夾后集氣瓶內水面有無上升,如上升有無達到總體積的1/5呢,其原因是什么;紅磷停止燃燒后瓶內有無剩余氧氣等等。實例2:水中加生石灰,溶液溫度為什么會升高,所得溶液中滴加幾滴酚酞顯紅色的原因,向上述溶液中通入二氧化碳氣體,溶液中出現什么現象等。
2 科學引導,興趣導航,安全護駕
初中學生剛接觸到化學,特別是化學實驗,都會充滿好奇心,覺得很有意思,然而當面對操作上的陌生,讓很多學生都只能停留在“只可遠觀,不可近靠”的地步。筆者認為化學是一門可以充分調動和培養學生創新能力的學科,我們可以充分利用化學實驗,激發同學們對化學學習的興趣。比如:鐵絲燃燒實驗中,教師通過指導學生對燃燒前后鐵絲的形狀、顏色等觀察對比,探究實驗的目的及造成實驗現象的原因,從而深化學生對實驗的感官體驗和理論興趣,加強了學生對化學實驗課的重視及熱愛程度。②
如果在化學實驗中操作不當或者藥品用量不夠準確,輕者會造成實驗結果失敗,重者則會造成安全隱患及相應的環境污染。因此在實驗過程中,老師應該科學的引導學生,增強學生進行化學實驗的安全環保節約意識和嚴謹的學習態度。如:硫在氧氣中燃燒時,應先在燃燒匙中鋪些許細沙防止燃燒溫度過高,損傷燃燒匙;并且在瓶底加入少許氫氧化鈉溶液,防止二氧化硫污染空氣等。
3 落實多媒體實驗教學方案
隨著課堂多媒體的發展,應用多媒體模擬相關演示實驗和實驗室急救操作不再是夸夸其談。雖然多媒體不能代替學生實踐,但如果在實驗課堂上應用生動形象的多媒體模擬輔助教學,將靜態的抽象的內容比較直觀地展現給學生,從而使得學生形成比較完整的理性認識,同時也能激發學生的學習興趣,降低實驗學習難度,增大實驗課堂教學的信息量,優化實驗教學過程,對于提高化學實驗教學質量奠定可行性的實踐基礎。此外,利用多媒體模擬演示爆炸、毒性較大且不易控制的危險性實驗可以大大降低學生實驗過程安全事故的發生率,也能架起本校和名校名師溝通的橋梁,從而是學生在自己的學校、教室、辦公室,分享到各名校名師的精彩講解,提升自己的知識儲備。如:在闡述物質發生化學變化時間有長短之分的時候,石油及天然氣的形成、銅生銹等屬于時間較長的化學變化,氫氣爆鳴等屬于耗時較短的化學變化,運用CAI課件演示這些變化現象解釋化學變化源自分子原子間作用力、質量體積以及排列方式等原因將會比傳統方法講解更直觀、有效,也更能激發學生對化學實驗現象的探究興趣。③
4 課堂實驗分組團隊完成,課后實驗生活化
初中化學實驗的進行一般是以班為單位,每班少則二三十人多則五六十人,每人獨立完成一組實驗對于一般的初中生來說是不可能的,很多實驗都需要多人協同完成。如:在做“分子之間有間隙”實驗之前,分組討論,接著讓學生動手做大米和黃豆的混合實驗、酒精和水的混合實驗等,引導學生通過討論、查閱資料,通過直觀現象理解“分子之間有間隙”這一基礎知識,同時也能使同學們意識到團隊協作的力量。④
化學源于生活又作用于生活。隨著科技的發展,社會的進步,化學知識也廣泛滲入到社會生活的各方各面。老師可以利用學生對新鮮事物的好奇心,結合教學內容試著將相應的化學實驗拓展到日常生活中去。如“酸堿指示劑”實驗可以讓學生學會利用身邊的花瓣、樹葉、水果以及蔬菜等自己制作酸堿指示劑,這樣學生不僅可以體會到所學的知識被應用到生活中的樂趣,也能通過自己動手,提高分析問題解決問題的能力,并且不斷地探索追求,對于提高化學實驗教學質量具有可行性的意義。
5 結束語
綜上所述,在化學實驗教學中老師應該以學生為主體,不斷地總結經驗,利用一切可利用的有限資源激發學生對新事物的好奇心,創新性貫徹實驗教學思維,科學地引導學生探究新事物的本質及其反應規律,為完善實驗教學環節,提高化學實驗教學質量保駕護航。
注釋
① 林炳成.對初中化學課堂教學實效性的探索[J].現代閱讀,2013.3.
② 陶謀靖.對初中化學實驗復習的兩點意見[J].江蘇教育,1985.5.
隨著化學課程與教學目的觀由面向少數尖子學生向面向全體學生的轉變,化學實驗從內容到形式上都發生了較大的變化,呈現出以下一些新的特點。
1.化學實驗的趣味化
化學實驗具有動機功能,可以激發學生的化學學習興趣,這是人們的共識。但是過分強調“學科中心”的化學課程與教學,使化學實驗的“學術化”傾向十分明顯。國內外的各種調查顯示,很多中學生對化學學習的興趣正在明顯降低,甚至一些學生放棄了化學學習。導致這一狀況的原因是多方面的,但做了化學實驗,是否就一定能夠激發和保持學生的化學學習興趣問題引起了人們的思考。因此,如何增加化學實驗的趣味性,成了人們開始關注和研究的一個問題。
為此,人們創設了“趣味實驗”這一新的化學實驗形式,并注意總結、梳理已有的一些做法,使趣味實驗系列化。如“火系列實驗”,包括:“火山爆發”、“魔棒點火”、“神蠟自燃”、“紙炮”、“燒不壞的手帕”、“水面鞭炮”、“冰川上的火焰”、“燃燒出的文字或圖案”、“滴水著火”、“火炭跳躍”、“火龍寫字”、“神奇的煙灰”等;“水系列實驗”,包括:“神壺”、“寶瓶”、“化學酒店”、“一杯幾色”、“密寫墨水”、“凈水變色”、“寒來暑往”、“動物旅行”、“發射火箭”、“白花變成彩色花”、“水中火花”等。
2.化學實驗的生活化
化學是一門實踐性和應用性很強的科學,化學知識廣泛深刻地滲透進個人和社會生活的各個方面,化學物質、化學現象、化學變化無時不在、無處不在。因此,貼近生活、貼近社會,成為化學實驗改革的重要指導思想。
為此,人們創設了一些新的化學實驗形式,如“生活化學實驗”(香煙煙霧中的毒物的測定、溫室效應模擬實驗、白酒中甲醇的鑒定、印像實驗、酒精燃料塊制作實驗)、“家庭小實驗”等,以此使學生認識和理解化學科學對個人和社會的貢獻和價值,對學生進行“科學的生活”和“生活中的科學”教育。
3.通過演示實驗,培養學生的實驗觀察能力
觀察是人類認識世界的開端和重要途徑,是發現問題和解決問題的首要步驟,是學生學習化學知識的重要途徑和方法。學生喜歡化學,往往是因為喜歡實驗,而喜歡實驗,主要是覺得化學變化的現象新奇好看。但喜歡不等于會觀察,只有當他們通過訓練掌握了一定的觀察方法,才能培養濃厚的學習興趣。教材上有許多演示實驗,對學生來說有聲有色很有趣,如:硫的燃燒、鐵絲的燃燒、鐵與硫酸銅的反應、水的電解、氧氣的制取等等,教師對這些典型的演示實驗應認真準備,成功演示,邊演示邊教給學生全面觀察、重點觀察、對比觀察等觀察方法。有些實驗現象相近,或瞬間即逝,有些實驗因外界條件的改變而帶來現象、結論的改變,有些實驗因操作順序不同而導致不同的實驗結果,等等,這一切都要求學生必須有一個科學、嚴謹的學習態度和全面、詳實的觀察能力。
3.1 通過設計實驗,培養學生的創新思維能力
設計實驗師提高實驗教學質量,開拓學生智力和創造能力,培養學生創新思維能力的主要途徑。我認為教師應有目的地選擇一些實驗及實驗習題,要求學生按照實驗目的要求,自己去設計實驗方案,并動手去做。
3.2 通過課外小實驗,培養學生分析問題和解決問題的能力
課外活動時課堂教學的延續和必要補充,是實施素質教育的重要陣地。教師只有引導學生走出課堂,才能使實驗貼近生活,貼近社會;使學生自主探究生活、社會中的化學問題,解釋、解決日常生活中的實際問題,拓展實驗的功能。例如,攝影沖卷;化學小制作;對土壤成分的檢測;對一些工廠排放出來的三廢成分的分析及它們對自然界污染的情況;建筑、合成材料的性能和應用的了解等等。通過這些課外實驗或調查活動,運用化學原理積極展開思維,就能逐步提高分析問題和解決問題的能力。
3.3 通過實驗,向學生進行安全教育
關鍵詞 初中化學;實驗教學;實驗能力;實驗考核
中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B
文章編號:1671-489X(2015)01-0109-02
化學學科是一門以實驗為基礎的學科,實驗在化學學科中的地位毋庸置疑,許多地市也將實驗操作納入了中考考試范圍,借以突出實驗教學的重要性。但是很多學校在實驗操作測試前的一至兩周,讓學生強化練習實驗操作測試中規定的幾個實驗,不斷地重復訓練之后,學生確實能得到一個讓人滿意的實驗成績,但是這樣的成績其價值何在?如果變成其他的實驗考試試題,學生又會交上怎樣的答卷?
以2014年淄博市初中化學實驗操作試題為例,淄博市共考查了18個化學實驗,分別為:過濾粗食鹽水;給試管中的液體加熱;給試管中的固體加熱;儀器的連接與檢查裝置的氣密性;探究物質溶解時溶液溫度的變化;配制50 g
10%的氯化鈉溶液;用氣密性良好的裝置制取并用排水法收集一瓶氧氣;用氣密性良好的裝置制取一瓶二氧化碳氣體并驗滿;測定A、B溶液的pH并判斷其酸堿;探究鹽酸和氫氧化鈉能否發生化學反應;探究鹽酸的化學性質;探究堿的化學性質;探究純堿的化學性質;蒸發一定量飽和食鹽水;探究金屬與酸的反應;探究金屬與鹽溶液的反應;觀察化學變化的現象;探究酸堿指示劑在不同溶液中的顏色變化。這些實驗操作中離不開以下基本操作:過濾、液體(固體)藥品的取用、液體(固體)藥品的加熱、儀器的洗滌、儀器的連接、氣密性的檢查、物質的溶解、物質的稱量、蒸發。所以只要學生學會最基本的實驗操作,將學習化學的地基夯實,便可以以不變應萬變。
以下是筆者在實驗基本操作教學中的一些做法,與各位同行進行交流。
1 強化實驗安全教育
在基本操作教學中,筆者第一課時的內容是安全教育。當學生第一次接觸化學實驗進行學習的時候,首先讓學生知道進入實驗室該做什么、不該做什么,了解必要的實驗室安全規則。這里的安全教育實際上是一種生存能力的教育,因為化學實驗是有一定危險性的,如何避免這些危險,則需要聽從教師的指導,做到規范操作。但也不能因此而束手束腳,不敢嘗試,若有想法,必須于教師交流,得到允許后才能實施。而實驗過程中與同伴的合作、對實驗時間的科學安排等則可以引導學生養成良好的實驗習慣,尤其是實驗結束后對實驗儀器的洗滌整理更是這一習慣形成的重要載體。
2 強化實驗基本操作的學習
淄博市張店七中使用的是魯教版五四學制化學課本,化學實驗基本技能訓練安排在了八年級全一冊課本中的第一、第二單元,包含了以下基本操作:藥品的取用、物質的加熱、物質的稱量、儀器的連接與洗滌。針對這些內容,筆者安排了七節課:
第一課時:實驗室安全和儀器的連接與洗滌
第二課時:藥品的取用
第三課時:物質的加熱(液體)
第四課時:物質的加熱(固體)
第五課時:物質的稱量(托盤天平的使用)
第六課時:物質的稱量(量筒的使用)
第七課時:黃泥水的凈化(過濾、蒸發)
這七節課的授課環節基本相同:1)看書了解注意事項;2)教師演示規范操作;3)學生模擬教師個別指導;4)實戰演練;5)找錯誤。授課中采取以下方式。
1)即時拍照抓典型。學生喜歡上實驗課,那種熱情釋放出來之后給人的感覺便是課堂秩序混亂,相信很多教師都有這樣的感覺:實驗課不好管理。學生對儀器藥品充滿了好奇,教師演示的時候他們的注意力早已被那些實驗儀器所吸引,早就對實驗操作躍躍欲試,教師的演示效果不理想。所以在每節課中,筆者都會尋找兩類典型:一種是操作比較規范的,另一種則是出現典型錯誤的。找到之后拍照留念,及時上傳到電腦作為當堂的達標訓練:你認為以下操作中哪些有錯?錯在哪?相對于教師尋找的練習題而言,學生更愿意修改自己同伴出現的操作錯誤,當然誰也不想成為這種反面典型,于是在課堂中觀察得格外仔細,課堂效率明顯提高。
2)操作比武大練兵。在第一節實驗安全課上,筆者便把實驗基本操作的學習計劃簡單介紹了一下,并要求四個大組做好規劃,因為每一節課留出十分鐘的時間進行實驗操作大比武,比武的內容便是當天所學的基本操作。要求每個大組推選一個選手、兩個評委,當然每節課推選的人員必須不同。比武時選手操作、評委打分(本組評委不給本組選手打分),以十分為滿分,錯一處扣一分,同時必須說明為何扣分。其他學生做監督。這樣七節課結束后,每個學生都有參與的機會,要么上臺展示操作,要么充當評委,不論其身份如何,他都必須認真學習有關操作,否則小組的利益便會受到損失。
3 模擬測試強化基本功
七節課的操作學習結束后,筆者又安排了一節實驗復習課和一節測試課。一個班六十一二個學生,即便是全校的化學教師都來充當監考教師,可能也得需要半天的時間,打亂正常的教學秩序不說,對于教師而言太辛苦,對于學生而言效果也不是最佳,最主要的是沒有充分發揮學生的作用!因此,每個班由學生推薦了十個學生擔任實驗助理,實驗助理的任務是:
1)協助老師對同學們的實驗基本操作進行指導,增加老師的指導面;
2)在實驗操作模擬測試中承擔監考教師的職責,針對同學的操作進行評分,如有扣分需說明扣分原因;
3)每一個實驗助理與本組的成員選擇一個實驗考題(事先制定了三道考試題:加熱氧化銅和稀鹽酸的混合物、將2 g食鹽溶解在20 ml水中、過濾粗鹽水并蒸發得到食鹽),制定評分規則,并在班內交流完善,進而形成實驗操作測試中的評分標準。
經過這些活動,學生在無形之中將所學的理論與實踐相結合,完成了對知識的內化與提升,也將對化學實驗的興趣轉化為學習化學的內驅力。經過這些準備之后,每個班在測試中低于9分的學生未超過5人。
4 將課堂延伸,從生活中尋找化學基本操作
實驗基本操作是學生進行實驗操作的基礎,只有將這些基本操作爛熟于心,甚至在日常生活中都能有意無意地使用這些基本操作,才談得上實驗基本技能的提升。
學習了藥品的取用之后,筆者提出了一個問題:生活中哪些操作與我們所學的“藥品的取用”相似?其相似之處是什么?學生的回答有:1)傾倒花生油、醬油、醋等調料時,要將其標簽向著手心,倒完后刮凈最后一滴,且立即蓋上瓶蓋,并使調料瓶的標簽向外――液體的取用;2)調味品如鹽、雞精等沒有說明用量,取少量――固體藥品的取用;3)洗盤子刷碗――儀器的洗滌;4)餐具的擺放,衣服的整理――實驗室藥品的分類整理;……
同樣,學完過濾操作之后筆者又如法炮制,提出了下面的問題:生活中的“過濾”操作有哪些?學生的答案有:1)喝水的口杯中的紗網;2)豆漿機的濾網濾去豆渣;3)漏勺撈餃子,將餃子與餃子湯分離;4)水龍頭出水處的紗網;5)家里安裝的“紗窗”“紗門”,防止蚊蠅飛入;6)吃火鍋時用漏勺撈菜,將菜、湯分離;7)熬中藥時用紗網分離藥渣和藥水;8)捕魚用漁網;9)空調出風口的空氣清潔器;10)下水道篦子過濾垃圾;11)篩子篩米;12)做蛋糕時用的雞蛋分離器,將蛋黃蛋清分離;13)香煙上的過濾嘴兒;……
通過尋找生活中的化學實驗,學生對化學實驗不再抱有神秘感,也不再懼怕化學實驗,多數學生認識到化學實驗與人們的生活真的是息息相關,在化學課堂上學習的化學實驗的相關知識在實際生活中有著廣泛的應用。通過在生活中有意識地操作,不僅能鞏固一些實驗基本操作的要點,而且能培養學生的變式思維,實現知識的活學活用,讓實驗基本操作成為學生在生活中的一種不自覺的行為。
參考文獻
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[3]蔡毅飛,薛來,周娟.化學實驗競賽促進實驗教學改革[J].實驗室研究與探索,2010(3):139-141.
[4]馮建元.加強對中學生化學實驗探究意識的培養[J].山西師范大學學報:自然科學版,2009(12):91-92.
關鍵詞 教學觀 探究能力 實驗技能 人文精神
過去我們在化學實驗教學中強調知識的掌握和基本技能的訓練,學生具備基本的化學實驗知識和技能是學習化學和進行探究活動的基礎和保證,但這一傳統教育思想遠遠不能滿足當今教育對學生綜合素質的需要。因此我對新課程化學實驗教學功能有以下幾點看法
一、化學實驗可以充分體現以實驗為基礎的化學教學觀
化學是與實驗為基礎的學科,化學實驗為學生提供了最自主能動的實踐活動形式。為學生創造了在親身經歷和體驗中獲得知識與技能、激發興趣、培養科學精神的生動的學習情境。因此,在新的教育理念之下,我們應如何重新思考和理解“以實驗為基礎”的含義。
(1)以實驗為基礎的“實驗”應該具有四重含義:即實驗探究活動、是試驗方法論、是實驗事實、是實驗史實。
(2)化學實驗可以實現以上目標,同時化學實驗能夠貫穿于化學教學的始終。
新教材中正是通過“活動與探究”、“觀察與思考”、“拓展視野”、“練習與實踐”等欄目來體現以實驗為基礎的教學觀。新課程對實驗內容的選擇注重實驗探究活動,新教材在精選實驗探究活動的同時,注重選擇有利于學生學習實驗方法的有關內容,并通過大量的實驗活動為學生提供盡可能多的實驗事實,以發揮實驗室是在學生學習化學中的作用。同時,結合化學實驗探究對學生進行化學實驗科學史的教育,體現化學實驗史對培養學生科學態度、科學情感、科學精神及科學價值觀方面的作用。
二、化學實驗可以發展學生科學探究能力
在以往初中化學教學中,我們更多的重視化學實驗在激發學生的學習興趣和培養實驗操作技能方面的重要作用,這是無可厚非的。但坦率地說僅僅這樣是不夠的,化學實驗是進行科學探究的重要方式,是學習化學、實現科學探究的重要途徑,通過化學實驗不僅可以增進學生對科學探究的理解,而且可以發展學生的科學探究能力。在實驗探究的過程中,學生可以形成基本的化學實驗技能,發展實驗能力;反過來,化學實驗技能和能力又是學生學習化學和順利進行探究活動的基礎和保證。因此,在化學實驗教學中應當重視實驗技能的訓練和培養。將實驗技能的訓練與培養置于具體的實驗探究活動之中,使二者有機的結合起來。換句話說,就是教師應引導學生把注意力放在實驗探究活動上,在積極、主動的實驗探究活動中,形成化學實驗技能。在新化學課程中,有80%以上的實驗要求學生親自動手完成,50%以上的實驗是作為科學探究的方式呈現的。新教材這樣做是希望學生通過義務教育階段化學課程中的實驗內容的學習,不僅能激發起學習化學的興趣,掌握實驗的基本技能,而且能夠逐步改變初中學生被動學習化學的傾向,初步形成科學探究的能力。
三、化學實驗可以讓學生學習基本的實驗技能
我們知道,學生具備基本的化學實驗技能是學習化學和進行探究活動的基礎和保證。重視科學探究,轉變學習方式并不是忽視基礎,在化學新課程中,明確要求學生遵守化學實驗的規則,初步形成良好的實驗工作習慣,同時對實驗技能提出具體的要求:
(1)能進行藥品的取用、簡單儀器的使用和鏈接、加熱等基本的實驗操作。
(2)能在教師的指導下根據實驗目的選擇實驗儀器和藥品,并能安全操作。
(3)初步學會配制一定溶質質量分數的溶液。
(4)初步學會根據某些性質檢驗和區分一些常見的物質。
(5)初步學習使用過濾、蒸發的方法對混合物進行分類。
(6)初步學習運用簡單的裝置和方法制取某些氣體。
對學生進行實驗技能的訓練,是化學實驗的教育教學功能之一,但不是唯一功能。過分強調實驗技能的熟練化,進行專門訓練的做法既枯燥,效益有不高,是需要加以扭轉的。教師應當引導學生把注意力放在實驗探究活動上,在積極主動的實驗探究中活動中,形成化學實驗技能,是實驗技能的訓練與培養成為實驗探究活動的結果之一。
四、化學實驗可以培養學生的合作精神和人文精神
“情感、態度、價值觀”已作為化學新課程的教學目標被明確提出。課程標準要求的情感目標之一是“發展善于合作、勤于思考、嚴謹求實、勇于創新和實踐的科學精神”,合作精神是科學實驗成功的要素之一,對于中學生今后的發展也是非常重要的。在人文教育方面起著其他內容無法替代的作用。
(1)化學實驗可以培養學生實事求是、嚴肅認真的科學態度,一切從客觀實際出發,如實的反映實驗中觀察到的實驗現象和化學事實。
(2)化學實驗不僅為學生提供豐富的感性材料,同時還能引導學生用辯證唯物主義的觀點來認識和分析化學事實,形成科學的世界觀和價值觀。
(3)化學實驗可以培養學生關愛社會、關愛自然、與人合作的情感,在實驗過程中經歷成功與失敗的情感體驗,同時通過實驗還可以的學生進行安全教育。
可以肯定,在科學教育中滲透方法、態度、價值、情感、責任等人文內涵,使學科知識與人文內容相聯系,體現科學教育與人文精神的融合,是現代科學教育的一個重要趨勢。
總之,只有發揮實驗的教育教學功能才能落實化學新課程的總目標“提高學生的科學素養”,落實新課程的核心理念,“一切為了學生的發展”。
參考文獻:
[1]劉知新主編.化學教學論.北京:高等教育出版社,2004
關鍵詞:翻轉課堂;虛擬實驗室;化學實驗;教學模式;支撐系統;
作者簡介:徐妲,東北師范大學理想信息技術研究院在讀博士,主要研究方向為虛擬仿真實驗室、學習環境設計;;鐘紹春,東北師范大學理想信息技術研究院教授、博士生導師,主要研究方向為信息技術與課程整合、數字化學習環境;;馬相春,東北師范大學理想信息技術研究院在讀博士,主要研究方向為教育軟件、移動學習。
一、引言
翻轉課堂(FlippedClassroom)是近幾年國內外教育者們關注較多的教學模式之一,其基本思路是在信息技術的環境中將傳統“課堂傳授知識,課后完成作業”的教學過程徹底翻轉過來,學生在課前通過觀看教學視頻、查閱資料、與老師同學在線交流等方式進行知識的學習;教師則利用大量課堂時間與學生進行交流、組織和參與小組活動、解答問題、指導學生完成作業等等[1,2]。實踐證明,翻轉課堂在激發學生學習興趣、提高考試成績和提升教師工作滿意度等方面都具有促進作用[3,4]。
化學實驗是中學化學學科的重要教學內容[5],但在實際教學過程中,由于實驗課時不足、實驗室開放時間有限等教學條件限制,以及受傳統教學觀念的影響,學生動手參與實驗的機會不多,所以,實驗教學效果并不理想。翻轉課堂的教學模式給化學實驗教學提供了一個新的思路:如果學生能夠在課前完成實驗相關知識的學習,就會減少教師實驗課堂講授時間,從而留給學生更多的時間進行化學實驗、參與交流討論和獲得教師的指導,以解決學生動手實驗機會少、實驗時間不足的問題。
翻轉課堂是一個較為理想化的教學模式,在實施過程中存在許多不確定的影響因素。除了教師的教學活動設計外,學生課前自主學習的有效性也是翻轉課堂教學模式能否成功的關鍵,而這一環節恰恰是在教師的視線范圍之外,在教師不在場的情況下學生是否真正參與了學習?學習效果是否有保證?學習過程中遇到問題怎么辦?教師如何掌握學生的學習情況?以上都是翻轉課堂實踐者最為關心的問題。對于化學實驗翻轉課堂來講,不僅要面對上述的問題,還需要考慮如何在課外缺少實驗環境的情況下仍能讓學生有效地學習和掌握實驗操作技能方面知識。本文將在國內外已有翻轉課堂實踐者的經驗基礎上,針對化學實驗課程的特殊性,對化學實驗翻轉課堂教學模式進行研究,設計并實現了相應的化學實驗翻轉課堂支撐系統,并結合具體案例來說明在該支撐系統中,化學實驗翻轉課堂教學模式的實施過程。
二、化學實驗翻轉課堂教學模式設計
(一)翻轉課堂教學模式的關鍵環節
翻轉課堂教學模式翻轉了傳統的教學流程,同時也撼動了傳統課堂中教師的主體地位,形成了真正意義上的“主體—主導相結合”的教學方式,即學生是知識建構的主體、教師是教學活動的主導。翻轉課堂教學模式下學生在課前進行自主學習并不代表教師就放棄了課前環節的控制權,整個教學過程還是在教師的全程設計和操控之下完成的,只是教師的角色和工作重心發生了變化:從原來的知識單向輸出者轉變為知識習得的引導和促進者。翻轉課堂的教學結構如圖1所示。
1.學習資源準備
學習資源就是指教師布置給學生的課前學習資料,學習資料形式可以有很多種,比如,最著名的翻轉課堂實踐者、美國科羅拉多州林地公園高中(WoodlandParkHighSchool)的兩位化學老師喬納森·伯爾曼(JonathanBergman)和亞倫·薩姆斯(AaronSams)采用了一款PPT錄制軟件自己錄制的微視頻,通過網絡傳遞給學生,讓學生回到家里學習;薩爾曼·可汗(SalmanKhan)———可汗學院(KhanAcademy)的創始人,在可汗學院的網站上提供了關于數學、歷史、物理、化學、生物等很多科目的免費教學短片和課后測驗,學生可以登錄到網上進行學習,很多美國學校的教師直接采用可汗學院的視頻作為自己課程計劃的資源[6];FlippedLearningNetworkNing論壇中的來自美國威明頓的Paula認為,學習資源可以不局限于微視頻,還包括文本材料、音頻、視頻資源等等,讓學生根據自己愛好選擇合適的資源進行學習[7];美國羅徹斯特的教師HeatherMaltzanMooney則提出,在翻轉課堂中提供難度級別不同的學習資料,以滿足不同水平、不同學習進度學生的學習需求[8]。
考慮到學生在課外的學習時間和精力有限,教師準備的學習資料不宜過多,盡量保證學生自主學習時間應該與以往的作業時間相當,不要給學生過多壓力,尤其是教學視頻,最好是十分鐘左右長度的微視頻。學生課外學習環境比較寬松,注意力很容易分散,為了保證學習的有效性,教師可以選取更為生動、更有吸引力或者任務型較強的學習資料。
2.課前自主學習
課前的自主學習是翻轉課堂的關鍵環節,自主學習的成功與否關系到課堂活動是否能夠順利進行。但是,學生的課前學習活動不能被教師實時掌握,而且遇到的問題也不能及時得到解答,教師和學生之間的交互發生了“斷層”現象。很多翻轉課堂的實踐者已經對這一環節開展了實踐研究,并得到了很多寶貴的經驗。下面列舉一些值得參考的案例:
美國明尼蘇達州斯蒂爾沃特市的石橋小學(StonebridgeElementargSchool)在數學翻轉課堂實踐中,學生在家觀看課程視頻之后,會接受3-5個問題測驗,看他們是否理解了教學內容,并實時獲得測驗結果的反饋,教師則利用Moodle來觀察學生在家的學習情況,了解學生是否參與了學習以及學習的效果。
密歇根州的東大急流城高中(EastGrandRapidsHighSchool)的AP生物學課程教師詹尼斯·霍夫讓學生在家庭作業時間觀看教學視頻,針對視頻進行簡要的總結,然后,進入Google調查表回答上面的問題,她會根據這些來掌握學生們在學習中遇到的問題,并準備材料在上課的時候跟學生們一起討論,或利用課堂時間來完成實驗項目。
美國教師CrystalKirch提出了WSQ(Watch,Summary,Question)方法[9]。Watch代表“看”,指學生在課后觀看教學視頻,并回答教師預留的問題。Summary代表“總結”,學生在看完視頻之后進行總結,教師根據學生總結的內容了解學生的學習情況,如果沒有學會,教師會要求他們再看一遍;課堂上教師會組織學生們對他人的總結進行評價,同時討論自己做錯的東西。CrystalKirch認為,寫總結的目的是:在家想和寫,在學校讀、說和聽。Question代表“提問”,所有學生必須針對所學的內容提一個問題,該問題可以是自己在學習的時候遇到的困惑、關于概念的解釋,或者認為其他同學可能會遇到的問題、老師可能會考的問題等等。CrystalKirch對自己的實踐結果進行調查分析,學生們普遍認為,翻轉課堂很有效,能夠促進他們的學習[10]。
FlippedLearningNetworkNing論壇中的一位美國教師Bryan提出了與WSQ類似的VISA(View,Illustrate,Summary,Ask)方法。其中,View代表觀“看”,學生在觀看完視頻之后需要填寫指導筆記;Illustrate代表“繪制”,讓學生繪制出自己的思考和學習進程;Summary代表“總結”,要求學生對視頻內容進行總結;Ask代表“問”,讓學生針對視頻教學內容提出問題,如果學生認為自己對這個問題有很好的理解,可以寫出自己的答案。如果學生在家里的學習需要家長幫忙,也可以擴展成VISAP方法,其中P(Parent)代表“家長”。
江蘇省蘇州市電化教育館館長金陵提出了“學習任務單”的方法[11]。所謂“學習任務單”,是教師設計的幫助學生在課前明確自主學習的內容、目標和方法,并提供相應的學習資源,以表單為呈現方式的學習路徑文件包。學習任務單的設計包含學習指南、學習任務、問題設計、建構性學習資源、學習測試、學習檔案和學習反思等多項內容,每個學生按照自己的步驟學習,取得自主學習實效,并幫助教師有效地組織起“翻轉課堂”。
3.課堂活動
翻轉課堂教學模式中,課堂活動是一個知識內化的過程。由于知識的習得已經在課前自主學習環節完成了,那么在課堂上,教師則從傳統的講臺上走下來,深入到學生中間,組織學生進行協作探究、小組討論、知識競賽、完成課后作業等活動,并參與到這些活動中來,為學生提供有針對性的指導。
4.反饋與評價
反饋與評價在翻轉課堂的實施過程中是十分必要的,因為它畢竟是一種新的教學模式,對傳統的教學過程是一個挑戰。雖然有很多成功案例說明了翻轉課堂的優勢,但是,不同類型的課具有不同的特點,不同的知識類型用翻轉課堂是否都合適?如何做才能真正發揮它的效用?以上問題還需要在實踐中不斷地總結和摸索。所以,通過反饋和評價,教師們可以掌握到學生是否能夠適應這種教學模式,從中發現問題并不斷調整和修正教學策略。除了通過學生對翻轉課堂進行評價,還建議多個教師可以參與課程互評,相互之間進行經驗的交流,從而提升翻轉課堂的應用效果。
(二)化學實驗翻轉課堂教學模式
化學實驗翻轉課堂教學模式與一般翻轉課堂教學模式基本一致,都經歷課前學習資源準備、學生自主學習、課堂活動、反饋與評價幾個階段。但化學實驗課程的教學內容與普通知識類課程有些不同,它不僅包括定義、概念、原理等基本知識,還包括化學實驗操作知識,實踐性較強,操作類的知識需要通過不斷的練習才能熟練掌握。教師提供的實驗微視頻等資源能夠對學生們進行實驗操作相關的概念、流程、注意事項、操作規范的講解,并且有標準實驗過程示范,但卻無法提供操練環境讓學生進行操作練習。“虛擬實驗室”是指在計算機系統中采用多媒體、仿真和虛擬現實等技術實現的虛擬實驗環境,實驗者可以像在真實的環境中一樣完成各種預定的實驗項目[12],具有仿真性強、沉浸度高、不受時間空間限制、無需考慮實驗藥品和儀器的消耗等優點,是解決遠程教育中缺乏實驗環境等問題的有力工具。我們可以把虛擬實驗室引入到化學實驗翻轉課堂的教學過程中來,為學生提供一個虛擬的實驗環境,讓學生在課外沒有實驗室的條件下也能進行實驗操作的練習。
結合已有的翻轉課堂以及虛擬實驗室等工具的實踐及研究成果,本文給出了化學實驗翻轉課堂教學模式的設計方案,具體如圖2所示。教師首先根據教學需要,制作化學實驗學習資源包,在課前發放給學生,其中化學資源包中有學生的學習任務單和其他輔助學習資源,此任務單參考了金陵的學習任務單概念,按照教師設計的自主學習流程將資源組織起來,供學生學習使用;學生根據學習資源包中的學習要求和相應學習資源完成一系列學習任務,并與教師和同學進行必要的交流,進行問題討論等等;在實驗課堂上,教師對課堂活動安排進行簡要說明之后,學生進行分組實驗,在實驗過程中,教師觀察學生們的實驗情況、糾正學生的操作錯誤、解答學生的疑問、指導學生完成實驗報告等等,或根據需要組織學生進行問題討論、實驗成果展示等活動;在課程結束以后,教師及時對學生的學習情況進行調查,一方面檢驗學生是否參與了有效的學習,另一方面收集學生對翻轉課堂的體驗和感受,并在教師之間展開探討,對教學過程和成果進行經驗總結,不斷調整翻轉課堂教學的實施方法。
三、化學實驗翻轉課堂支撐系統
化學實驗翻轉課堂的實施過程需要多種工具軟件的配合,比如,錄屏軟件、在線交流工具、文件共享工具、在線測評工具等等,翻轉課堂的有效實施需要大量的準備、計劃和時間。為了減輕教師的工作負擔,也為了能夠給學生提供更好的學習環境,本研究設計了一套支撐系統,為化學實驗翻轉課堂的實施過程提供必要保證。
(一)功能定位
1.提供教學內容和資源
支撐系統需要提供與化學實驗相關的基礎資源,包括實驗儀器、藥品的介紹、實驗操作規則演示視頻、實驗安全知識講解等內容,以及跟具體實驗相關的實驗原理講解、實驗操作演示等工具。
2.提供虛擬實驗環境
提供一個可交互的虛擬實驗環境,學生可以隨時隨地進入到系統中進行虛擬實驗。還能提供在常規實驗條件下難以進行的實驗,比如,進行一些帶有危險性的實驗,觀察微觀世界的物質運動與相互作用等等。
3.提供探究空間
科學探究是一種重要的學習方式[13],化學實驗探究一般包括提出問題、猜想與假設、設計實驗、進行實驗、收集證據、解釋與結論、反思與評價、表達與交流這八個基本環節[14]。課堂的45分鐘一般很難承載如此多的步驟和內容。支撐系統能夠為學生提供專題探究空間,指導學生進行實驗設計、效果仿真、假設驗證與結果分析,而無需考慮儀器、藥品的損耗。等到學生的虛擬實驗設計完成時,再到真實的實驗課堂中去進行實驗驗證,與老師和同學們交流、分享實驗設計過程和實驗結論。
4.提供監控和指導
對學生的學習過程進行識別和跟蹤,實時掌握學生學習情況,診斷他們在實驗過程中遇到的問題,并提供必要的反饋和指導信息,輔助他們順利完成實驗操作技能的學習與訓練,同時搜集學生在學習過程中的問題及時反饋給教師,使得教師能夠根據學生學習情況動態調整教學策略,保證師生的教學活動是一個有效的“環路”。
5.提供交流空間
交流空間讓學生們通過網絡提出問題,或者針對某個話題進行討論,與自己的同學和教師進行交流。教師則可以在交流空間中參與學生的討論,解答學生的問題,及時地掌握學生的學習情況,并將有針對性的問題提取出來,到實際的課堂中講解,對學生們進行個性化的指導。
(二)化學實驗翻轉課堂支持系統設計
化學實驗翻轉課堂支撐系統不僅僅是為學生提供一個虛擬的實驗環境,更是一個虛擬的學習環境,將物理空間分散的教師和學生維系在一個以計算機網絡為樞紐的虛擬學習空間中,支持學生的自主學習,拓展教師在課外的作用范圍,有效地輔助翻轉課堂的進行。本研究設計的化學實驗翻轉課堂支持系統包括在線課堂、交流空間和自主學習空間三個主要模塊,具體如圖3所示。
1.在線課堂
在線課堂分為教師端和學生端兩個部分。教師端包括制作學習資源包、上傳學習資源包、批改作業和學情監控四個功能模塊。其中學習資源包是教師專門為翻轉課堂的課下學習環節制作的學習資源,包括教師錄制的微視頻,還有一些相關的學習資料、化學虛擬實驗學習系統內部資源鏈接和一些實驗練習作業,供學生學習使用。
學生端包括下載學習資源包和提交作業兩個主要功能。學生通過網絡下載教師上傳的學習資源包,然后進入學習,觀看教師上傳的視頻、課件及其他學習資料,完成教師預留的練習作業并提交。
2.交流空間
交流空間是學生之間,師生之間的交流平臺,其中包括了實驗博客、論壇和即時通訊工具等模塊。實驗博客模塊可以讓學生把自己的實驗成果和感想通過博客的形式記錄下來,記錄自己的學習過程,同時也可以設置共享,把自己的作品、心得或者問題分享出來供大家參考和學習;通過論壇,學生或者教師可以提出一些話題,大家一起進行討論和探究,有利于學生之間、師生之間的溝通;即時通訊工具也是網絡交流的一種載體,與論壇不同的是這是一種實時交流方式,溝通無時間延遲。
3.自主學習空間
自主學習空間是學生進行自主學習的環境,包含以下模塊:
(1)實驗基礎知識。實驗基礎知識部分主要包括實驗儀器、藥品、實驗操作規則以及實驗安全知識的講解和實驗輔助資料。其中實驗儀器、實驗藥品的講解是以資料卡片形式存在的,實驗儀器卡片包括了實驗儀器的可視化模型、儀器功能介紹、使用規則說明、使用方法演示和錯誤的演示等內容。實驗藥品卡片包括了實驗藥品的可視化模型、藥品的性質介紹、藥品的形態變化、存放方式、取用方法、藥品的用途等內容。實驗規則是人們長期從實驗室工作中總結出來的實驗經驗,是保證實驗安全及實驗順利進行的前提。所以本系統添加了實驗規則模塊,讓學生了解進行化學實驗時,必須遵守的實驗規則,輔之以過程動畫演示。進行實驗或者探究活動,安全始終是第一位的,所以,需要讓學生建立安全意識,利用虛擬實驗室中進行實驗沒有危險的特點,講解安全事故的成因及危害。
(2)基本技能訓練。基本實驗操作的掌握是能夠順利進行實驗的保障,新課標中對學生必須掌握的基本操作也提出了明確的要求,所以,該模塊中包含基本操作的介紹,演示和練習。基本操作介紹模塊包括基本實驗操作的步驟和注意事項的說明;基本操作演示對標準的基本操作過程進行模擬,給學生提供良好的示范作用,其中演示包括真人錄像播放和模擬動畫兩種方式,并在演示過程中配有講解過程;實驗操作練習是指提供實驗操作環境,讓學生不斷進行實驗操作練習,以熟練掌握基本實驗操作過程,在練習過程中,系統對學生的操作過程進行監控,并根據需求給予必要的指導。
(3)同步實驗。同步實驗主要是與教材一致的實驗內容,可以根據需要選擇跟自己教學進度相同的教材,進入選擇相應的同步實驗。對于每個實驗,都包含實驗基本情況介紹、實驗原理講解、實驗過程演示和虛擬實驗練習幾個環節。其中實驗原理講解模塊有效結合了圖片、影片、動畫、教學工具軟件等內容以輔助實驗原理講解。實驗演示模塊是標準的實驗操作過程,一般采用真人錄像的形式來讓學生參考該實驗的正確操作流程,并輔之以同步講解,學生能夠對實驗過程播放進行控制,對操作過程復雜的部分可以重復多次播放觀看;為了使用方便,對演示視頻進行標簽化編輯,可以根據需要直接從某個標簽處開始播放,節省了視頻查找時間。
虛擬實驗練習模塊為學生提供虛擬實驗環境,系統能夠對學生實驗過程進行自動跟蹤和記錄,并給出指導信息。該模塊分為四種實驗模式:實驗操作演示模式、帶提示實驗模式、不帶提示實驗模式和測試模式。其中,實驗操作演示模式是指在虛擬實驗環境中的正確操作流程演示,并提供講解信息;帶提示實驗模式是指系統根據實驗步驟,指導學生完成操作過程;不帶提示實驗模式是指學生自己進行實驗操作,系統不按步驟指導學生的實驗操作過程,但是,當用戶出現錯誤操作的時候,系統給予提示和指導信息;測試模式是指學生以模擬測試的形式進行實驗,過程中間系統不給出任何提示和指導,最后完成實驗時,系統對學生的實驗操作過程進行整體評價。
(4)專題探究。系統設置探究專題,每個專題都包括:實驗指導、實驗方案、探究環境和數據分析與總結。實驗指導模塊對探究實驗的內容進行介紹,包括實驗原理、實驗目的和可能用到的化學知識的介紹。實驗方案模塊提供參考實驗方案,包括問題的提出、猜想與假設、參考方案等。探究環境模塊提供了探究實驗所必需的實驗儀器和藥品,讓學生在虛擬實驗環境中進行實驗探究。學生可以選擇按某一方案進行探究,或者選擇自主探究。如果選擇按照某一方案進行探究,則系統按照規定好的操作步驟,提示學生進行下一步操作,直到實驗結束;如果是自主探究,則系統不強制,只是在必要時對學生的誤操作進行提示和指導。表格等數據分析工具是供學生分析和討論時使用的。如果學生是按照系統提供的方案進行的自主探究,則系統會自動提供探究表格和數據變化流程。
(5)考試與練習。目前,很多省市都把基本實驗操作考試成績納入到中考成績當中,所以,對實驗操作考試的練習也尤為重要。根據歷年來常考的實驗操作考試真題,系統為學生提供虛擬實驗操作考試的練習環境,包括正確的實驗流程演示和自由操作兩個模塊,讓學生進行操作考試練習,并對學生的操作過程進行診斷、分析和指導,通過多次練習讓學生準確掌握考試要求的實驗操作方法和基本實驗流程。針對實驗操作考試的形式,建立一個虛擬實驗操作考試環境,具有倒計時、模擬出題、考試評分等功能,提供基本的實驗儀器與藥品,讓學生在“真實”的實驗環境中進行考試,在考試結束時,對學生的操作過程進行評價,以有效提高學生實驗操作技能,增強學生實驗考試的自信。
(6)自由實驗。自由實驗模塊提供的是完全自由的實驗環境,沒有固定的實驗目的、意義等內容,學生可以根據自己的需要隨意設計實驗、進行實驗操作練習、觀察實驗現象等,系統提供初中化學實驗室必備的化學儀器、化學藥品,以及一些常用的其他輔實驗資源,還有一些諸如圖表、化學計算器、文本框工具來輔助實驗活動的進行,給學生充分自主的空間進行實驗。學生可以將實驗過程保存起來,以便下次繼續進行實驗。
(7)生活實驗。生活實驗屬于課堂實驗的拓展部分,提供與學生所學的實驗知識相關的生活化學實驗,把學生所學的書本知識有效地轉化成日常生活經驗,讓學生了解身邊的化學,激發學生的興趣。
四、化學實驗翻轉課堂教學設計案例
以九年級化學第五單元課題1《質量守恒定律》為例,說明在化學實驗翻轉課堂支撐系統中翻轉課堂的教學設計過程。
(一)教學內容與目標分析
質量守恒定律是初中化學中的一個重要定律,是從定量角度研究化學變化的基本依據,是學生學習化學方程式的基礎,也是學習化學知識的重要基石[15]。該節課的教學內容包括質量守恒定律的涵義、質量守恒的原因及其應用和化學方程式的書寫。通過一系列探究活動,引導學生從量的方面去研究并得到化學反應的客觀規律,從微觀角度使學生充分理解化學反應中質量守恒的原因[16]。
通過該課題的學習,由實驗探究認識質量守恒定律,了解常見化學反應中的質量關系;從微觀角度解釋質量守恒定律并認識化學反應;培養學生嚴謹求實的科學精神;讓學生學會從定量的角度認識化學反應,認識到對于化學反應不僅僅是定性研究,還要進行定量的描述;認識反應物與生成物的質量守恒關系,從而解決實際生產、生活中的化學反應的物料等相關問題[17]。
(二)翻轉課堂教學過程設計
教學設計過程依照化學實驗翻轉課堂的過程進行,也遵循課前學習資源準備、課前自主學習、課堂活動和反饋與評價四個階段,流程圖如圖4所示。
1.課前學習資源準備
教師利用化學實驗翻轉課堂支撐系統制作學習資源包:首先,制訂實驗教學計劃,根據需要錄制微視頻片段,并查找和搜集所需資源;其次,布置學習任務單。學習任務單將資源、環境和工具按照教師設計的流程鏈組織起來,。當教師把學習資源包中的內容準備好之后,打包并上傳至服務器,學生則在電腦上下載學習資源包,進行學習。
2.課前自主學習
學生從網絡上下載學習資源包,按照學習任務單的內容進行學習,同時學生可以進入交流空間和老師或者其他同學去探討自己的實驗過程和實驗現象等等。學生學習完畢之后提交填寫好的學習任務單,完成課前學習內容。系統也自動記錄學生虛擬實驗操作過程中發生的錯誤和問題,一并提交上去。學生在學習過程中,可以到自主學習空間的其他模塊下面進行基礎知識的學習和基本技能的訓練。
3.課堂活動
在課堂上,教師帶領學生們進入真實實驗室進行實驗。教師首先簡要交代下實驗注意事項和本課的安排等內容,學生開始實驗。
通過課下的練習,學生已經基本上知道了本次實驗的內容和做法,并帶著自己學習和練習的結果,以及學習過程中遇到的一些問題進行實驗。在實驗室中,學生直接按照自己的虛擬實驗設計流程進行真實實驗,觀察真實的實驗現象,填寫實驗報告。極大地提高了學生動手實驗的動機和效率,加深了學生的印象,同時也節省了實驗知識學習和實驗準備時間,讓學生更專注于實驗操作過程和實驗結果的討論。由于安全問題(白磷燃燒有毒),可以安排學生只進行實驗一“鐵和硫酸銅溶液反應前后質量的測定”和實驗二“碳酸鈉粉末與鹽酸反應前后質量的測定”。教師則可以隨堂檢查學生的實驗操作過程,解答學生在實驗過程中遇到的問題,同時引導學生們積極展開思考,甚至提出更好的實驗方案,并進行實際驗證。
等到大家實驗完畢之后,教師參考虛擬實驗學習系統的學情統計、交流空間和實驗課堂的情況,帶領大家討論實驗過程中遇到的問題和實驗心得等,尤其是碳酸鈉粉末與鹽酸反應前后質量的測定實驗中要考慮CO2氣體的收集問題等等,讓學生深刻理解化學實驗嚴謹和周密性。
4.反饋與評價
教師對學生的情況進行調查,并分析翻轉教學過程中的收獲和問題,以為下一次實踐提供參考。
五、總結