基于趣味化学实验的小学生化学启蒙教育.pdf

3 8 化学教育 2 0 1 0年第 9 期 基于趣味化学实验的小学生化学启蒙教育 陈 凯 陈 博 赵钧若 ( 南京晓庄学院生物化工与环境工程学 院江苏南京2 1 1 1 7 1 ) 摘要 以趣味化学实验为呈现形式， 面向小学生开展化学启蒙教育， 在活动实践 中获取理论 的 升华。介绍 了国内外小学化学启蒙教 育的现状； 探 讨 了趣味化学实验课 的理论基础 与教学特征； 提 供 了几则在南京多所小学实践过 的化学实验活动案例。 关键词 趣味化学实验 化学启蒙教育 科学探 究 实验活动 教学特征 科学启蒙教育的探索已经逐渐成为当今教育领 域的重要课题之一 ， 对 9 1 2岁的少年尝试性地以 化学实验进行化学启蒙教育更成为当前 国际关注的 新方向 。 笔者指导下的大学生团队， 近年来以“ 趣味化学 实验与儿童科学启蒙教育” 为课题 ， 进行了系统化的 研究并付诸实践 ， 投身于南京市多所小学和儿童冬 令营 。 我们团队的教学活动得到了孩子们 的欢迎 ， 在 履行晓庄学院创始人 陶行知先生 当年提 出的“ 小先 生制” 的同时， 也开展行动研究 ， 不断反思 。 1 小学化学启蒙教育现状 1 1 国外现状 国外将化学实验应用于儿童科学启蒙教育中已 经 有 多年 历 史。 由美 国 高校 举 办 的 “ c h e mi s t r y ab o u n d s ” 化学巡回展出l_ 2 ， 美 国化学会的“ c h e mi s t r y f o r k i d s ” 项 目_ 3 和“ s u p e r s a t u r d a y ” 课外活动 等都成为美国小学生初识化学 、 享受化学乐趣的重 要机会 ， 而美国 化学教育 杂志开辟 出的“ c h e mi s t r y f o r k i d s ” 专栏以及面向科学教师培训 的“ s c i e n c e i s fu n c 4 3 表现美国对化学启蒙教育实践与研究 的重视。化学工业发达的德国让学富五车的大学教 授， 与渴求知识 的孩子们面对面， 特别开办了德国儿 童大学 ， 德国儿童大学是德国大学为儿童举办的学 科前沿的学术讲座 ， 已经有许多 8岁到 1 2岁的孩子 怀着骄傲和好奇的心情 ， 步入神圣的大学殿堂， 去听 著名大学教授举办的学术讲座 ， 这 已经形成一股热 潮。这种儿童大学的初期形式叫“ 哈利 波特魔术 班” ， 实际上是以魔法般神奇的趣味化学实验讲座去 吸引儿童。世界化工业 巨头德国巴斯夫公司首创了 欧洲第一个互动式儿童化学实验室， 名为“ 小小化学 家” ， 目的之一是宣传化学对人类的好处。2 0 0 2年， 巴斯夫将“ 小小化学家” 活动引到中国， 迄今 已经成 功举办 了多次 ， 分别在北京、 南京和上海等地， 吸引 了三万多名中国小朋友 的参与。在那里 ， 孩子们可 以自已动手做一些化学小实验 ， 并在充满乐趣又安 全的环境中探索神奇的化学世界 ， 体验化学的无穷 奥妙 。德国大学致力于科普工作 的做法 ， 值得 中国 借鉴 引。 1 2 国 内现 状 国内还很少有人进行该主题的系统实践和研究 工作 ， 其主要原因是 ： 经典化学学科 内容基 于物理、 数学 ， 起点较高 ， 不符合小学生接受能力； 化学药品 大多有腐蚀性 ， 潜在危险性不容许小学生 自主使用 ， 也增添了教师 、 家长和孩子的内心恐惧 ； 化学实验需 要仪器繁多， 使用规范性要求高。小学科学教师 的 师资培养并未成熟， 一些从事科学教师虽然依据小 学 科学 教材的化学实验 内容开展教学活动 ， 但只 是简单地演示 ， 并未充分表现出实验 的趣 味盎然和 教育价值 。 2 小学趣味化学实验课程的教 学 目标思考 小学科学课程的总的目标 ： 通过小学科学课程 的学习， 知道与周 围常见的事物有关 的浅显的科学 知识 ， 并能应用于 日常生活， 逐渐养成科学的行为习 惯和生活习惯 。了解科学探究的过程和方法 ， 尝试 用于科学探究活动 ， 逐步学会科 学地看问题， 想 问 题， 保持和发展对周围世界的好奇心与求知欲 ， 形成 大胆想象 ， 尊重证据 ， 敢 于创新 的科 学态度和爱科 学 、 爱家乡、 爱祖国的情感 。亲近 自然 ， 欣赏自然 ， 珍 爱生命 ， 积极参与资源和环境的保护 ， 关心科技的发 展 。课程 目标可以分解为科学探究方面 、 情感态度 与价值观和科学知识三个维度 6 。 * 南京市“ 十一五” 重大课题“ 提高中小学生学习力研究 ” ( 项 目编号 ： 十一 五重字第 l o号 ) ； 南京 晓庄学院校级学生课题 “ 趣味化学实验与 儿童科学启蒙教育 ” 成果 2 0 1 0 年第 9期 化学教育 我们借助趣味化学实验形式开展儿童科学启蒙 教育 ， 并非意在灌输化学知识 。对于小学生 ， 大部分 化学实验原理无法 向他们解释清楚 ， 内容深度不在 他们的最近发展 区之 内； 若过多地 阐述 、 解释 ， 反而 会使学生愈加茫然 ， 不知所措 ， 逐渐失去对科学 的兴 趣 ， 教学效果不理想。获得与生活相关 的最浅显 的 化学知识和概念 即可 ， 所 以选取实验的化学 “ 味道” 不必太浓 ， 学科界限不必太明显 。 我们侧重在儿童实验的探究过程 。孩子们通过 实验活动学 习到如何 去观察、 询 问、 规划 、 实验 、 归 纳 、 分析 ， 同时他们 的批判 、 创造等各种能力也得 到 了培养 。特别是 以实验或实地观察的方式去进行学 习， 使他们获得处理事务 、 解决问题的能力。 小学生通过这些化学实验活动 ， 了解到探究 过 程 中细心 、 耐心与确实的重要性 ， 同时体会到化学这 门神奇 的科学对社会和生活的影响， 逐渐培养热爱 生活 、 热爱化学的意识 。 3 趣 味化学实验课 的理论基础 与教学特征 根据皮亚杰的认知发展阶段理论 ， 儿童认知发 展一般经历 四个 阶段 ： 感知运动阶段 ( 2岁以前) 、 前 运算阶段( 2 7岁) 、 具体运算阶段( 7 一l 1 岁) 和形 式运算 阶段 ( 1 1 1 5岁) 。它们 彼此衔接 ， 依次 发 生 ， 不能超越 ， 也不能逆转 ， 各 阶段发生 的时间大致 与上述 的年龄阶段相对应 ， 且后三个 阶段与学校教 育关系较密切 。 而小学生基本处于具体运算 阶段 ( 7 1 1岁) ， 这一阶段出现的标志是“ 守恒” 概念的形成， 即指儿 童认识到客体尽管在外形上发生了变化 ， 但其特有 的属性不变。根据这一特点 ， 我们在实验设计和讲 解 的过程中， 可以放 心地融人大量 的有关物理变化 的知识 ， 学生已能很好地理解。此外该 阶段的儿童 已经能进行逻辑思维， 其思维具有多维性 、 可逆性和 动态性。在语言方面 ， 尽管这一 阶段儿童 已经能通 过下定义的方式获得概念 ， 但在获得 和使用此类概 念时， 需要实际经验或借 助具体形象 的支持_ 7 。根 据以上特点 ， 笔者经分析归纳 了趣 味化学实验教学 的特征。 3 1 情境化教学 情境化是好的趣味化学实验的重要特征 。情境 化的描述和 问题把 实验活动置 于真实生活 的情 境 中， 并能产生重要 的影响 。若教师单纯地演示一个 又一个的实验 ， 尽管实验现象生动有趣 ， 但小学生不 会立即觉察 到实验对 自身的意义。因此教师应对实 验进行“ 包装” ， 用故事、 新 闻、 生活创设一个个引人 入胜的情境 ， 激发他们的好奇心 ， 让他们融入到整个 实验过程中。在实验结束后 ， 再通过设计相应 的问 题情境 ， 指导学生积极思考 ， 将实验中学到的知识解 决实际问题 ， 做到学以致用。 3 2 突出体验经历 小学生的身心发展特点使他们学习的特点有别 于成人甚至于青少年， 儿童通过 “ 直观” 而不是通过 “ 原理” 来学习。小学生在获得和使用某类概念时， 需要实际经验或借助具体形象 的支持 ， 加之小学生 具有很强的“ 游戏” 精神 ， 乐 于动手参与l 8 。心理学 研究表 明， 对于儿童 ， 态度的形成需要实践 的过程 ， 而知识 的获取主要通过感性经验的积累。亲身体验 化学实验的趣味和思考过程 ， 有利于科学性 问题的 提出 ， 有利于激发学生的创新意识 ， 应该作为开展小 学科学活动 、 培养小学生科学素养 的主要途径。让 学生亲身体验实验带来的乐趣 和神奇 ， 维持他们的 兴趣点 ， 是儿童科学启蒙教育成功的关键 。 3 3 探究 的价 值 根据小学生的思维具 有多维性 、 可逆性 和动态 性 ， 在教学过程 中应更多地让学生进行探究。在实 验前启发学生充分发挥 自己的想象力 ， 对实验现象 进行大胆地猜想 。在实验过程 中鼓励学生对实验进 行更多地尝试 ， 并要求他们学会对实验现象进行及 时地记 录。实验结束后需 引导学生对实验进 行总 结 ， 分析实验的不足之处 ， 分析实验 中变量 的控制， 以此激发小学生的主观能动性 ， 培养他们 的动手能 力 ， 开拓、 创新及合作精神 9 。例如 ， 我们在小学开 展过一个探究性实验活动 ： 用玉米面豆卷酱清洁硬 币的实验 。首先让孩子找几个失去光泽的硬币放在 盘子里。给每个硬 币标号 ， 并提供玉米面豆卷酱 以 及其 中的几种重要组成 。一号硬币不用任何物质做 清洁 ， 二号则用现成 的玉米面 豆卷酱 ， 三号用盐和 醋 ， 四号用番茄酱和醋 ， 五号用盐和番茄酱做清洁。 孩子们对硬币动手洗涤后 ， 比较五个硬币发生 了什 么变化， 并且画表格记录实验结果 ， 比较得 出结论 ， 并对实验的不足提出意见。教师在整个过程中不先 把结果告诉孩子 ， 而让孩子 自己探索 ， 最终发现玉米 面豆卷酱清洁硬币的结果 ， 以及是玉米面豆卷酱里 的什么成分起到了清洁作用 。这样的实验案例并未 展现高深的理化知识 ， 而是给予孩子一个发现变量、 控制变量的科学训练过程 ， 有利于培养孩子应用科 学方法独立研究身边问题的能力 。 但科学探究需要一定的知识基础作为铺垫 ， 由 于小学生 自身 已有知识有 限， 一味地追求探究 的全 化学教育 2 0 1 0年第 9 期 套过程也可能并不能取得预想的效果。 3 4 取材生 活化 对 自控能力薄弱和安全意识不强的儿童来说， 实验物品尤其是化学物质可能造成 的潜 在危险很 多 ， 不安全 性是教 师 在组 织课 堂教 学 中不 得 不考 虑 的重要因素 。这就要求将实验引入儿童的课堂需要 安全做首要保证 。趣味化学实验课素材应尽量生活 化并具有一定安全性， 最好为学生所熟悉 。尤其避 免使用具有腐蚀性 、 刺激性 、 毒性大的药 品， 避免应 用高温反应和剧烈反应做实验l_ 川。取材的生活化 是趣味化学实验应用 于科 学启蒙教 育的可行性保 障， 不但促使学生更有兴趣参与到实验 中， 让他们在 操作实验时感到玩 的乐趣 ， 更利于学生在课后 自己 去重复实验 ， 去 自主探索和发现。 4 活动案例 以下实验分别 在南京 多所 小学实 践过 ， 并 在 2 0 0 9年南大少年菁英成长冬令营中整合应用。 案例 1 口香糖去哪里了 【 实验器材】 口香糖， 巧克力 【 实验介绍】 请孩子先嚼 1片口香糖 ， 片刻后再嚼 1 块巧克 力 ， 将 口香糖和巧克力在 口中一起嚼 ， 孩子亲身体验 到 口香糖的“ 嚼劲” 失去， 疑问“ 似乎 口香糖没有了” 。 【 教学流程】 ( 教师 的行为和提问) 想吃口香糖吗一为什么喜欢吃一吃 口香糖的好 处一吃完 口香糖随便丢弃吗一 口香糖粘在地面或地 板上的坏处一有什么办法清除地面或地板上的口香 糖一请同学做实验一引导学生感受巧克力溶解 口香 糖的神奇效果一请大家反思“ 用巧克力去除 口香糖 是否切实可行? ” 一鼓励“ 大家能不能 以后从巧克力 中研究开发 出专门清除口香糖污迹的清洁剂? ” 【 目标整合】 ( 1 ) 用一小块 口香糖引导学生体验过程， 信手拈 来， 却意义非凡： 实验前观察口香糖的状态、 颜色、 香 气 ； 实验中感受 口香糖在口中的状态和甜味变化。 ( 2 ) 口香糖是小学生们喜爱的零食之一 ， 但很多 孩子只是单纯觉得好吃， 并不清楚吃 口香糖的益处 ， 我们在实验前通过正向引导可以帮助学生了解吃口 香糖对人体的三点好处： 清新 口气、 清洁牙齿、 加有 木糖醇的口香糖可以减少嘴里的酸性程度 ， 有效防 止蛀牙， 起到保护牙齿的作用。 ( 3 ) 通过体验这个小实验 ， 不仅增加 了学生对 口 香糖的认识和吃口香糖的 目的性， 还培养 了学生 的 环保意识以及应用体验的经历去解决实际问题 的意 识 。 案例 2 你也可以制作喷泉 【 实验器材】 “ 曼妥思” 薄荷糖 ， 2 5 0 ml可口可乐 【 实验 介绍】 将可乐瓶盖打开， 将 1 包“ 曼妥思” 薄荷糖倒人 瓶中， 可 口可乐会迅速且大量地从瓶里涌出， 如喷泉 一 般 。 【 教学流程】 提问： “ 喜欢喝可乐吗” 一观察“ 可乐 中有什么配 料” 一为什么喝完可乐常常会打饱 嗝一有没有尝试 “ 曼妥思” 薄荷糖丢进可乐一实验演示一实验告诉了 我们有什么危害一如何利用此实验丰富生活 【 目标整合】 ( 1 ) 提醒学生观察可乐的配料表 ， 培养学生观察 生活、 从身边学习科学知识的意识 。 ( 2 ) 喝多了碳酸饮料容易打嗝是很多同学经常 体验的生活现象 ， 教师就这一体验 出发作 出浅显解 释 ， 突出二氧化碳的变化 。 ( 3 ) 该实验虽然现象明显 ， 但作为老师也要告诫 小学生不能将可乐和“ 曼妥思” 薄荷糖一起食用 ， 否 则会造成一定危险， 。教师也应再从积极的一面进 行启发， 鼓励学生模仿此实验 自制喷泉， 学会用身边 的事物丰富自己的生活 ， 培养热爱生活的情操。 案例 3 薯片为什么不能多吃 【 实验器材】 酒精灯， 火柴， 坩埚钳 ， 薯片 【 实验介绍】 用坩埚钳夹住 1片薯片在酒精灯上点燃 ， 引导 学生从视觉 、 嗅觉 、 听觉和感觉四个角度观察薯片燃 烧的过程 ， 并做好现象记录。 【 教学流程】 提问“ 大家平时喜欢吃薯片吗” 一做实验一学生 观察并记录实验现象一熄灭酒精灯时讲解燃烧三要 素一冬天为什么总要吃东西一薯片放热能用于什么 一 你们知道多吃薯片的坏处吗一生活中还有哪些垃 圾食 品 【 目标整合】 ( 1 ) 通过薯片的成分介绍， 学生可以了解这是一 种高热量且会致癌的食品， 多吃对身体不益 ， 彻底颠 覆学生对此类零食的观念。再让同学列举生活中的垃 圾食品， 教师进行总结 ， 培养学生健康的饮食习惯。 ( 2 ) 熄灭酒精灯 时教师讲解燃烧 的三要素： 空 2 0 1 0年第 9期 化学教育 气 ， 温度和可燃物， 使学生系统地认识燃烧概念 。 ( 3 ) 实验 中要求学生及时地观察记录实验现象 ， 培养学生 良好的学习习惯和科学素养 。 案例 4 面条可 以变色吗 【 实验器材】 研钵 ， 胶头滴管 ， 3支试管 ， 紫甘蓝( 紫包菜) ， 酒 精 ， 水 ， 白醋 ， 食盐 ， 发酵粉 【 实验介绍】 取紫甘蓝菜叶于研钵 中， 加入少许酒精 ， 进行研 磨 ， 制出紫甘蓝汁。将紫甘蓝汁加入 3支试管中， 并 分别滴人少量 白醋、 食盐溶液和发酵粉溶液 ， 观察颜 色的变化。再将滴 入 白醋 和发酵粉溶液 的试 管混 匀 ， 观察颜色变化。 【 教 学 流程】 普通的面条是什么颜色一想亲手制作可以变色 的面条吗一介绍紫包菜一做实验一鼓励学生猜测颜 色的变化一指导学 生观察记 录颜 色的变化一 思考 “ 如何制作三色面条” 【 目标整合】 ( 1 ) 紫甘蓝是一种很好的营养健康食品， 教师通 过介绍 向学生推广 ， 并通过此实验使学生初步认识 酸性物质和碱性物质以及 区别它们 的方法 。 ( 2 ) 实验 中教师应不急于添加试剂 ， 鼓励学生猜 测溶液颜色的变化 ， 增加学生 的实验参 与感 和对实 验结果的期待感 。 ( 3 ) 实验后启发学生思考如何利用此实验现象 设计制作三色面条 ， 培养学生善于将知识 活学 活用 的意识 。 案例 5 牙膏大“ p k” 【 实验器材】 4个杯子 ， 4只带壳熟鸡蛋 ( 大小颜色相近) ， 一 瓶 1 2 5 l可 口可乐 ， 4支牙刷 ， 牙膏 ( 高露洁 ， 佳 洁 士 ， 中华 ， 两面针各一支) 【 实验介绍】 学生在 4个鸡蛋壳上分别均匀涂刷四种 品牌的 牙膏 ， 保持 5分钟后洗掉 ， 并在外壳上做上记号 。取 4个杯子 ， 各倒上半杯可乐 。将 4个涂 过牙膏 的鸡 蛋分别放入 4杯可乐 中， 让学生观察蛋壳 表面所起 的变化 ， 持续时间约 1 o分钟。将 四个鸡蛋取 出， 两 两一组 ， 互相碰撞 ( 保证碰撞部位相 同) ， 两组 中蛋壳 被撞碎的被淘汰 ， 没被撞碎 的再互撞 ， 最终没被撞碎 的蛋壳上所涂的牙膏在“ p k” 中获胜 。 【 教学流程】 教师提问“ 平时用 什么保护牙齿” 一“ 用什么牙 膏呢” 一“ 儿童牙膏和成人牙膏有什么区别” 一“ 介绍 “ 氟 中毒” 一“ 哪种 品牌牙膏 比较好 呢” 一学 生实验 、 对 比一 引导学生反思该实验 的“ 不公平 ” 一学 生讨 论、 总结实验需要考虑的变量 【 目标整合】 ( 1 ) 此实验改 自一则牙膏广告 ， 将原来实验中的 酸换成了可乐 。牙齿表面和蛋壳类似 ， 常喝可乐会 使牙齿变软 ， 但牙膏可以帮助我们保护牙齿 ， 使牙齿 更坚 固健康 。通过此实验告诉学生要少喝可乐等碳 酸饮料 ， 并坚持每天刷牙。 ( 2 ) 学生通过看广告知道很 多牙膏里含氟可以 防止龋齿 ， 但教师要需转变学生的错误观念 ， 指 出过 量的氟导致的“ 氟 中毒” ， 并教授学生正确刷牙和取 用牙膏的方法 。 ( 3 ) 实验结束后 ， 教师需向学生强调获胜的牙膏 品牌并不一定是保护牙齿 的最佳 品牌 ， 因为该实验 存在很多不足。学生 总结 出“ 鸡 蛋品种” 、 “ 鸡蛋厚 度” 、 “ 牙膏涂抹均匀度” 、 “ 浸泡酸液时间” 、 “ 碰撞力 度” 等变量 ， 增强学生实验变量控制 的意识 ， 提升他 们的科学探究素养。 美国著名化学家 p i me n t a l 在他所提 出的 9至 1 2岁少年科学训练方案_ 1 中指 出， 科学素养的养成 在科学实验中可以分成 4个 阶段或方面， 即： 观察 ， 记录和描述观察 的结 果 ； 实验和测量 ； 提 出模型或 “ 理论” ； 分析理论 的不确定性 ， 并设法进行检验和校 核。我们以趣味化学实验的形式在中国小学生中所开 展的教育活动才刚刚起步， 希望能将 p i me n t