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基于創(chuàng)客教育理念的高中化學實驗教學模式探究

發(fā)表時間：2020-01-31 16:30

彌佳杉，王曉麗

摘要：基于創(chuàng)新、實踐、分享、交流的創(chuàng)客教育已經(jīng)在國內(nèi)迅速興起，有關(guān)創(chuàng)客教育模式的研究方興未艾。將創(chuàng)客教育模式融入高中化學’實験教學中,基于創(chuàng)客理念的高中化學實驗教學模式由八個環(huán)節(jié)構(gòu)成:創(chuàng)設(shè)問題情境、知識點講解、創(chuàng)意激發(fā)、史流創(chuàng)意、設(shè)計實驗方案、創(chuàng)作作品、交流作品、評價反思。根據(jù)高中化學實驗教學的基本要求設(shè)計出注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、動手實踐能力、善于更流、樂于分享的創(chuàng)客教學模式，讓每一位同學都可以成為校園“小創(chuàng)客”。
關(guān)鍵詞：創(chuàng)客教育；高中化學實驗；教學模式

“創(chuàng)客”一詞原意是指利用網(wǎng)絡(luò)、3D打印以及其他新興科技,把創(chuàng)意轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實,勇于創(chuàng)新的一群人⑴”。創(chuàng)客教育是一種現(xiàn)代信息技術(shù)背景下, 秉持“開放創(chuàng)新、實踐體驗”理念，以動手操作、實踐活動為主要教學方式，旨在培養(yǎng)學生實踐、創(chuàng)新、分享和交流能力的教育模式⑵°。創(chuàng)客教育最早發(fā) 源于美國,2013年以來，美國有超過20個州的K- 12教育機構(gòu)開始投入資金和資源建設(shè)創(chuàng)客空間或創(chuàng)新實驗室⑶\相較于傳統(tǒng)的教育模式而言，創(chuàng) 客教育更加強調(diào)學生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)以及將自身創(chuàng)意付諸于實踐能力的提高?；瘜W是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，強調(diào)學生動手實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，這與創(chuàng)客教育所提倡的“做中學”不謀而合。
一、基于創(chuàng)客教育理念的高中化學實驗教學模式設(shè)計
基于創(chuàng)客教育理念，以杜威“做中學”和建構(gòu) 主義學習理論為理論基礎(chǔ),設(shè)計高中化學實驗的教學模式，有利于引導學生在真實的問題情境中發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，交流自己的想法，并將自己的創(chuàng)意變成現(xiàn)實,有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識,解決實際問題的能力以及實踐能力?；趧?chuàng)客理念的高中化學實驗教學模式,因旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng) 新(Idea )、實踐(Practice )、分享(Share)、交流 (Cooperation )能力，又被稱之為IPSC化學實驗創(chuàng) 客教育模式。該模式具體情況見圖1。

圖1 IPSC化學實驗創(chuàng)客教育模式
基于創(chuàng)客理念的高中化學實驗教學模式由以下八個環(huán)節(jié)構(gòu)成：

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境
基于創(chuàng)客教育理念的課堂教學從真實生活情境出發(fā)，旨在培養(yǎng)學生善于從生活中發(fā)現(xiàn)化學問題，用化學知識解決生活中的問題。因此問題情境的創(chuàng)設(shè)應(yīng)該遵循真實性原則,教師應(yīng)選擇形象、生動、客觀且具有探究意義的情境。例如，學習了二氧化硫的有關(guān)性質(zhì)以后，可以以保護環(huán)境為切入點創(chuàng)設(shè)教學情境，給學生展示冬天北方地區(qū)取暖前后的空氣質(zhì)量變化情況,發(fā)現(xiàn)取暖前后空氣中二氧化硫的含量變化明顯。由此教師可以引岀針對二氧化硫含量測定方法的探究實驗。
（二）知識點講解
知識點講解注重的是知識點的應(yīng)用，在這一環(huán)節(jié)中教師應(yīng)該引導學生將已經(jīng)掌握的知識點進行深化，學生需要靈活地運用已有知識基礎(chǔ)，精確地掌握實驗原理，才能為接下來的幾個環(huán)節(jié) 打好基礎(chǔ),根據(jù)課堂要求設(shè)計出實驗方案并進行實驗。例如，測定空氣中二氧化硫含量這節(jié)課中, 學生需要掌握實驗儀器使用的基本知識以及二氧化硫的化學性質(zhì),運用二氧化硫的化學性質(zhì)來測定其在空氣中的含量，實驗結(jié)果準確,實驗現(xiàn) 象明顯。教師在設(shè)計教學中更多是引導者的角色，引導學生逐漸深化知識并學會應(yīng)用已有知識去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。
（三）創(chuàng)意激發(fā)
創(chuàng)意的激發(fā)的主體是學生，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，即使是學生不起眼的小創(chuàng)意小想法, 教師都需要加以引導將學生的創(chuàng)意放大。在這一過程中對教師的能力提出了很高的要求，教師不僅需要善于發(fā)現(xiàn)學生的新奇想法,還要迅速判斷學生創(chuàng)意的可行性，若出現(xiàn)學生創(chuàng)意不可行的時候,教師需要給出合理的建議引導學生轉(zhuǎn)變思維。需要注意的是，創(chuàng)新思維的培養(yǎng)應(yīng)該貫穿于整個課堂而不是局限于這一個環(huán)節(jié)。
（四）交流創(chuàng)意
創(chuàng)客教育理念下的化學實驗教學，培養(yǎng)學生樂于分享的精神和溝通交流能力。在這一教學環(huán)節(jié)中，教師需要時刻關(guān)注每個小組交流情況, 鼓勵同學們大膽與同伴分享自己的想法并進行討論,同時還需要注重培養(yǎng)學生化學用語準確表達的能力。
（五）設(shè)計實驗方案
經(jīng)過交流討論后,每一個小組給出一個最優(yōu) 實驗方案，教師需要引導學生將設(shè)計好的實驗方案以書面形式呈現(xiàn)出來以提高學生的書面表達能力,實驗結(jié)束后將該實驗方案存入學生成長記錄袋中，作為后續(xù)教學評價的標準之一。
（六）創(chuàng)作作品
從交流創(chuàng)意環(huán)節(jié)開始主要以學生協(xié)作學習為主,學生通過小組合作共同完成作品的創(chuàng)作, 此環(huán)節(jié)中教師需隨時關(guān)注學生的動態(tài)，及時給出相應(yīng)的指導。需要注意的是，在化學實驗中存在一定的不確定因素或潛在的危險性，為保證課堂有序進行，教師需要強調(diào)在這一環(huán)節(jié)中學生只需制作或搭建好實驗裝置，在進行交流討論環(huán)節(jié)時再進行實驗。
（七）交流作品
將小組設(shè)計出的作品展現(xiàn)給班級同學，這一環(huán)節(jié)主要培養(yǎng)學生交流表達能力,并與同學們一起分享創(chuàng)作成果的喜悅。
（八）評價反思
在整個教學活動中，作品的呈現(xiàn)以及實驗的設(shè)計都需要組間進行評價,同學給出的建議需要認真思考,以彼之長補己之短。通過評價反思后, 繼續(xù)改進實驗的設(shè)計，同時反思在本次教學活動中出現(xiàn)問題。組間評價結(jié)束后，還需要針對學生在某一階段的學習進行階段性評價。
二、基于創(chuàng)客教育理念的高中化學實驗教學模式特點
（一）基于真實情境的學習
化學與生活息息相關(guān)，并且是一門以實驗為主的學科，但是在日常教學中，往往會忽略生活中化學問題，這使得學生不能學以致用，也不利于激發(fā)學生的創(chuàng)新精神。創(chuàng)客教育模式所提出的創(chuàng)設(shè)問題情境,是將學生所學習的知識與真實的生活情境相結(jié)合，而不僅僅是停留在課本上。通過教師創(chuàng)設(shè)情境，發(fā) 現(xiàn)問題，并以小組協(xié)作學習的模式，提出問題的解決方案，在實踐的過程中提高學生解決實際問題的能力。
（二）分享式學習
化學實驗課往往都是以小組為單位開展教學活動，這就要求學生在學習過程中學會與其他組員分享想法。在創(chuàng)客教育模式下，不僅僅是在實驗過程中小組成員要相互分享交流自己的想法，學生還要學會組間交流，將自己的作品分享岀來，一起討論，并對之前設(shè)計好的方案及作品進行修改。在這個過程中，學生一方面可以學習吸收其他同學好的想法和創(chuàng)意，另一方面可以發(fā) 現(xiàn)修正自身的不足。
創(chuàng)客教育強調(diào)引導學生利用各種網(wǎng)絡(luò)資源, 通過組內(nèi)分工協(xié)作,組間交流的教學模式，在學習過程中學會大膽交流自己的想法，分享自己的成果。創(chuàng)新是分享的基礎(chǔ),分享是創(chuàng)新的動力。學生非常樂于分享自己的作品，特別是當其創(chuàng)新分享得到群體認同后，他會更努力地去進行創(chuàng) 新，并在創(chuàng)新和分享的循環(huán)中充分享受創(chuàng)客教育帶給他的樂趣⑷
（三）以“做中學”為主要教學途徑
杜威的“做中學”是創(chuàng)客教育的核心理論基礎(chǔ)，強調(diào)在教師指導下，學生勇于實踐的教育模式。在化學學科中，更強調(diào)學生動手實驗的能力，在實驗過程中將創(chuàng)客教育融入課程中，既有利于培養(yǎng)學生的實踐能力，實踐過程中，注重激發(fā)學生的創(chuàng)新精神。在實驗過程中，根據(jù)學生的具體情況加以適當?shù)囊龑В瑥亩ぐl(fā)學生對于化學實驗的興趣，在教師的鼓勵下敢于創(chuàng)新，勇于實踐, 在創(chuàng)造中學習，并在學習中不斷地創(chuàng)造。
在化學實驗課中很多實驗都可以與創(chuàng)客教育相結(jié)合，在2017版《普通高中化學課程標準》中的教學建議中列舉的制作簡易飯盒，實驗室制肥皂以及實驗室制取膠水等等，這些實驗不僅僅與實際生活息息相關(guān)，還可以激發(fā)學生的學習興趣。還可以引入3D打印技術(shù)自行設(shè)計化工流程圖，例如學生可以利用3D打印模擬自來水廠的凈水過程、天然氣的開發(fā)流程等,體會化學給我們?nèi)粘Ｉ钏鶐淼谋憷Ｔ谥谱髯髌返倪^程中，學生既可以有完成作品的成就感，還可以真實地感受到化學帶來的魅力。
（四）釆用多元評價方法，全面多樣化評價學生的學習成果
創(chuàng)賢教育模式下的高中化學實驗課，應(yīng)該改變以往革一的評價模式，運用多元的方式進行評價。在實驗課結(jié)束后，學生填寫自我評價表以及小組成員互評表，還可以在班級建立學生作品展示柜,有助于提高學生在創(chuàng)造過程中的成就感, 提高學習化學的興趣。評價的目的是衡量、診斷、預(yù)測每個孩子學習與成長的動態(tài)情況，倡導利用學習檔案袋持續(xù)采集學生的學習過程與結(jié)果數(shù) 據(jù)，進而開展基于數(shù)據(jù)的全面、個性化的評價⑸"
因此，創(chuàng)客教育模式下的高中化學實驗課的評價機制應(yīng)該注重以學生為主體,注重在評價過程中讓學生意識到小組合作的重要性，同時注意評價機制既要關(guān)注學生的整體性,還要突出學生的個性。
三、基于創(chuàng)客教育理念的高中化學實驗教學案例
二氧化硫的性質(zhì)及其應(yīng)用與我們的日常生活息息相關(guān)，同時二氧化硫是常見的大氣污染物,也是硫酸性酸雨形成的主要原因。本節(jié)課旨在引導同學們根據(jù)二氧化硫的化學性質(zhì)設(shè)計簡單儀器測定空氣中二氧化硫的含量，并分析硫酸性酸雨的成因與防治措施。
本節(jié)課從生活問題探究、綠色化學思想出發(fā)，主要通過設(shè)計簡單的實驗裝置，組織學生到課堂外進行實驗，感受化學與生活聯(lián)系之密切，學會發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。具體教學過程如下。
環(huán)節(jié)一創(chuàng)設(shè)問題情境
［展示幻燈片］播放北方地區(qū)十月份（取暖前后）的空氣質(zhì)量報道。
［提問］近期我們內(nèi)蒙地區(qū)已經(jīng)開始供暖，我們發(fā)現(xiàn)最近幾天的空氣質(zhì)量報告相對較差，尤其是10月25日為輕度污染，同學們認為首要污染物有哪些？

［學生］二氧化硫、二氧化氮、PM2.5等。
環(huán)節(jié)二知識點講解
［講解］二氧化硫的天然排放源:酸性物質(zhì) 二氧化硫有四類天然排放源:海洋霧沫;土壤中某些機體;火山爆發(fā);雷電和干熱引起的森林火災(zāi)都是天然二氧化硫的排放源。二氧化硫的人為排放源:化石燃料的燃燒;工業(yè)尾氣的排放;土法煉硫等。
［講解］我們今天主要運用二氧化硫的化學性質(zhì)來進行空氣中二氧化硫含量的測定。下面我們一起來復習一下二氧化硫的化學性質(zhì)。
環(huán)節(jié)三創(chuàng)意激發(fā)
［講述］我們上節(jié)課已經(jīng)學習了二氧化硫的化學性質(zhì)并進行了性質(zhì)實驗，同學們是否可以利用所學知識設(shè)計簡單的實驗裝置來測定空氣中二氧化硫的含量呢？
［學生］認真思考
可以將收集空氣，將含有二氧化硫的空氣通人到品紅溶液中，測定二氧化硫的含量。
［追問］同學們說得很好，我們可以利用二氧化硫的漂白性來測定，同學們思考一下還有其他方法嗎？
［學生］也可以利用二氧化硫的還原性進行實驗，例如二氧化硫能與淀粉碘化鉀溶液或酸性高鉉酸鉀溶液發(fā)生反應(yīng),利用這個原理來測定空氣中二氧化硫的含量。
［板書］實驗原理：SO₂+I₂+H₂O = H₂SO₄+ HI
2KMnO₄ + 5SO₂ + 2H₂O = K₂SO₄ + 2MnSO₄+2H₂SO₄
［引導］我們在今天的實驗中，要通入空氣中的二氧化硫，那我們?nèi)绾蝸砼袛嗤ㄈ氲目諝獾?量呢？我們又如何收集空氣呢？上節(jié)課實驗中我們用到了針管注射器，可以用注射器來收集二氧化硫,而且注射器上還有刻度，可以記錄通入空氣的量。
環(huán)節(jié)四交流創(chuàng)意
［教師活動］小組討論過程中，教師進行巡視,及時給出現(xiàn)問題的小組進行解惑。
［學生活動］同學們以小組為單位進行組間交流，每位同學都提出自己的想法，由組長進行記錄。
環(huán)節(jié)五設(shè)計實驗方案
［學生活動］經(jīng)過組內(nèi)交流和討論以后，設(shè) 計出實驗方案。
環(huán)節(jié)六創(chuàng)作作品
［學生活動］以小組為單位制作二氧化硫含量測定的簡易裝置。
環(huán)節(jié)七交流作品
經(jīng)過各個小組的討論，每個小組都設(shè)計出了二氧化硫含量的測定裝置,接下來我們就到操場上，每個小組展示本組同學設(shè)計的裝置后進行二氧化硫含量的測定。進行實驗時,其他小組要認真觀察實驗現(xiàn)象，測定結(jié)束后，我們回到教室繼續(xù)討論各個小組實驗方案的優(yōu)缺點，并給出實驗的改進建議。
環(huán)節(jié)八評價反思
［教師］我們現(xiàn)在已經(jīng)測定了校園空氣中二氧化疏的含量,下課同學們將你們的實驗記錄和計算結(jié)果寫到實驗報告中,現(xiàn)在我們先回到教室，同學們來評價一下各個小組設(shè)計的實驗。
［學生］我覺得我們這次設(shè)計的實驗的原理基本相同，利用二氧化硫的漂白性或者還原性來進行實驗，我覺得在5組實驗中,1組和4 組的設(shè)計的實驗較好,1組同學設(shè)計的實驗操作簡單，便于攜帶，不需要連接試管或試劑瓶就可以進行實驗;而4組同學設(shè)計的實驗現(xiàn)象更明顯，而且用止水夾控制氣體的進岀，可以減小測量的誤差。
［教師總結(jié)］同學們都評價得非常好，也給岀了很好的建議，下面請同學們根據(jù)大家提岀的意見再來修改一下你們設(shè)計的實驗裝置吧。實驗方案修改好后，我們再來進行實驗驗證你們的設(shè)計是否合理。在完成以上工作后，請同學們認真填寫活動評價反饋表,課后完成實驗報告。
四、基于創(chuàng)客教育理念的高中化學實驗教學案例分析
本節(jié)課主要通過引導學生從生活問題出發(fā)，利用已經(jīng)學習的化學知識設(shè)計實驗裝置，簡單測定學校、熱電廠和鋼鐵廠附近空氣中二氧化硫的含量, 通過實驗數(shù)據(jù)嘗試分析不同地點二氧化硫含量不同的原因，并在課下查閱酸雨的成因及防治措施。
將創(chuàng)客教育與化學實驗教學融合后，學生對化學實驗的興趣提高了，逐漸在動手實驗過程中可以發(fā)現(xiàn)問題，主動與同伴討論，最后解決問題。研究發(fā)現(xiàn)，新的實驗教學很好地誘發(fā)了學生主動創(chuàng)新的心理動因。教師展示本地區(qū)供暖前后的空氣質(zhì)量變化創(chuàng)設(shè)問題情境，學生在學習過程中，能夠使化學與實際生活相聯(lián)系，同時為后續(xù) 設(shè)計空氣中二氧化硫含量測定的裝置進行鋪墊。在開展學生實驗活動前，教師需要引導學生回顧該實驗承載了哪些知識點,培養(yǎng)學生學會用已有的知識去思考解決生活中的實際問題。創(chuàng)意激發(fā)環(huán)節(jié)是本節(jié)實驗課最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),教師對于學生的激發(fā)尤為重要，因此本環(huán)節(jié)對教師的專業(yè)要求也較高，需要教師提前預(yù)設(shè)好學生可能提岀的設(shè)想或創(chuàng)意，以便及時給學生合理的指導，保證課堂有序進行。接下來需要學生以小組為單位進行實驗方案的設(shè)計，此環(huán)節(jié)旨在培養(yǎng)學生的口頭以及書面表達能力，也為有想法在大學繼續(xù)學習化學的同學打下良好的基礎(chǔ)。在實驗環(huán)節(jié)中，以小組為單位進行,教師需要時刻關(guān)注學生的動向及時給出指導。能夠順利地完成實驗創(chuàng)作出作品并不是本節(jié)課的終點,學生還需要進行組間交流，以彼之長補己之短，通過評價反思進一步完善自己的實驗裝置。
通過本節(jié)課教師引導學生從生活出發(fā)，利用所學知識解決生活存在的問題,最后回歸到生活。在實驗過程中教師要潛移默化地培養(yǎng)學生創(chuàng)客精神，培養(yǎng)學生敢于想象、勇于動手實驗的精神，進一步提升學生在團隊合作中的態(tài)度?；?于創(chuàng)客教育理念的化學實驗教學,不是針對學生的某一方面的能力進行培養(yǎng)，而是在教學過程中不斷滲透。在創(chuàng)客教育理念下，學生們能夠以 “小創(chuàng)客”的角色去發(fā)現(xiàn)問題并積極探索、勇于創(chuàng) 新，努力尋求解決問題的辦法，在小組合作學習中以彼之長補己之短，在愿意表達自己觀點的同時學會了虛心傾聽。學生不再是知識的被動接受者，而是逐步變成了積極的探索者。
總之，創(chuàng)客教育的提出，是教育理念上的轉(zhuǎn) 變也是時代進步的必然產(chǎn)物。創(chuàng)客教育模式為創(chuàng)客教育的實施提供了可靠的途徑，體現(xiàn)出了創(chuàng) 客教育所具有的一般特征:創(chuàng)造性、團隊協(xié)作性、趣味性等。將創(chuàng)客教育融入化學實驗教學同時也需要教師進行角色的轉(zhuǎn)換，教師是學生創(chuàng)意想法的激發(fā)者，同時化學教師還應(yīng)該學會各種有利于學生創(chuàng)意激發(fā)的軟件、硬件技術(shù)，將新興的網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)與化學實驗教學緊密結(jié)合起來，成為“學生創(chuàng)客”的締造者。
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