基于创客教育理念的高中化学实验教学模式探究

发表时间：2020-01-31 16:30

弥佳杉，王晓丽

摘要：基于创新、实践、分享、交流的创客教育已经在国内迅速兴起，有关创客教育模式的研究方兴未艾。将创客教育模式融入高中化学’实験教学中,基于创客理念的高中化学实验教学模式由八个环节构成:创设问题情境、知识点讲解、创意激发、史流创意、设计实验方案、创作作品、交流作品、评价反思。根据高中化学实验教学的基本要求设计出注重培养学生的创新精神、动手实践能力、善于更流、乐于分享的创客教学模式，让每一位同学都可以成为校园“小创客”。
关键词：创客教育；高中化学实验；教学模式

“创客”一词原意是指利用网络、3D打印以及其他新兴科技,把创意转换成现实,勇于创新的一群人⑴”。创客教育是一种现代信息技术背景下, 秉持“开放创新、实践体验”理念，以动手操作、实践活动为主要教学方式，旨在培养学生实践、创新、分享和交流能力的教育模式⑵°。创客教育最早发源于美国,2013年以来，美国有超过20个州的K- 12教育机构开始投入资金和资源建设创客空间或创新实验室⑶\相较于传统的教育模式而言，创客教育更加强调学生创新精神的培养以及将自身创意付诸于实践能力的提高。化学是一门以实验为基础的学科，强调学生动手实验能力的培养，这与创客教育所提倡的“做中学”不谋而合。
一、基于创客教育理念的高中化学实验教学模式设计
基于创客教育理念，以杜威“做中学”和建构主义学习理论为理论基础,设计高中化学实验的教学模式，有利于引导学生在真实的问题情境中发现问题，分析问题，交流自己的想法，并将自己的创意变成现实,有助于培养学生的创新意识,解决实际问题的能力以及实践能力。基于创客理念的高中化学实验教学模式,因旨在培养学生的创新(Idea )、实践(Practice )、分享(Share)、交流 (Cooperation )能力，又被称之为IPSC化学实验创客教育模式。该模式具体情况见图1。

图1 IPSC化学实验创客教育模式
基于创客理念的高中化学实验教学模式由以下八个环节构成：

（一）创设问题情境
基于创客教育理念的课堂教学从真实生活情境出发，旨在培养学生善于从生活中发现化学问题，用化学知识解决生活中的问题。因此问题情境的创设应该遵循真实性原则,教师应选择形象、生动、客观且具有探究意义的情境。例如，学习了二氧化硫的有关性质以后，可以以保护环境为切入点创设教学情境，给学生展示冬天北方地区取暖前后的空气质量变化情况,发现取暖前后空气中二氧化硫的含量变化明显。由此教师可以引岀针对二氧化硫含量测定方法的探究实验。
（二）知识点讲解
知识点讲解注重的是知识点的应用，在这一环节中教师应该引导学生将已经掌握的知识点进行深化，学生需要灵活地运用已有知识基础，精确地掌握实验原理，才能为接下来的几个环节打好基础,根据课堂要求设计出实验方案并进行实验。例如，测定空气中二氧化硫含量这节课中, 学生需要掌握实验仪器使用的基本知识以及二氧化硫的化学性质,运用二氧化硫的化学性质来测定其在空气中的含量，实验结果准确,实验现象明显。教师在设计教学中更多是引导者的角色，引导学生逐渐深化知识并学会应用已有知识去发现问题、解决问题。
（三）创意激发
创意的激发的主体是学生，注重培养学生的创新思维，即使是学生不起眼的小创意小想法, 教师都需要加以引导将学生的创意放大。在这一过程中对教师的能力提出了很高的要求，教师不仅需要善于发现学生的新奇想法,还要迅速判断学生创意的可行性，若出现学生创意不可行的时候,教师需要给出合理的建议引导学生转变思维。需要注意的是，创新思维的培养应该贯穿于整个课堂而不是局限于这一个环节。
（四）交流创意
创客教育理念下的化学实验教学，培养学生乐于分享的精神和沟通交流能力。在这一教学环节中，教师需要时刻关注每个小组交流情况, 鼓励同学们大胆与同伴分享自己的想法并进行讨论,同时还需要注重培养学生化学用语准确表达的能力。
（五）设计实验方案
经过交流讨论后,每一个小组给出一个最优实验方案，教师需要引导学生将设计好的实验方案以书面形式呈现出来以提高学生的书面表达能力,实验结束后将该实验方案存入学生成长记录袋中，作为后续教学评价的标准之一。
（六）创作作品
从交流创意环节开始主要以学生协作学习为主,学生通过小组合作共同完成作品的创作, 此环节中教师需随时关注学生的动态，及时给出相应的指导。需要注意的是，在化学实验中存在一定的不确定因素或潜在的危险性，为保证课堂有序进行，教师需要强调在这一环节中学生只需制作或搭建好实验装置，在进行交流讨论环节时再进行实验。
（七）交流作品
将小组设计出的作品展现给班级同学，这一环节主要培养学生交流表达能力,并与同学们一起分享创作成果的喜悦。
（八）评价反思
在整个教学活动中，作品的呈现以及实验的设计都需要组间进行评价,同学给出的建议需要认真思考,以彼之长补己之短。通过评价反思后, 继续改进实验的设计，同时反思在本次教学活动中出现问题。组间评价结束后，还需要针对学生在某一阶段的学习进行阶段性评价。
二、基于创客教育理念的高中化学实验教学模式特点
（一）基于真实情境的学习
化学与生活息息相关，并且是一门以实验为主的学科，但是在日常教学中，往往会忽略生活中化学问题，这使得学生不能学以致用，也不利于激发学生的创新精神。创客教育模式所提出的创设问题情境,是将学生所学习的知识与真实的生活情境相结合，而不仅仅是停留在课本上。通过教师创设情境，发现问题，并以小组协作学习的模式，提出问题的解决方案，在实践的过程中提高学生解决实际问题的能力。
（二）分享式学习
化学实验课往往都是以小组为单位开展教学活动，这就要求学生在学习过程中学会与其他组员分享想法。在创客教育模式下，不仅仅是在实验过程中小组成员要相互分享交流自己的想法，学生还要学会组间交流，将自己的作品分享岀来，一起讨论，并对之前设计好的方案及作品进行修改。在这个过程中，学生一方面可以学习吸收其他同学好的想法和创意，另一方面可以发现修正自身的不足。
创客教育强调引导学生利用各种网络资源, 通过组内分工协作,组间交流的教学模式，在学习过程中学会大胆交流自己的想法，分享自己的成果。创新是分享的基础,分享是创新的动力。学生非常乐于分享自己的作品，特别是当其创新分享得到群体认同后，他会更努力地去进行创新，并在创新和分享的循环中充分享受创客教育带给他的乐趣⑷
（三）以“做中学”为主要教学途径
杜威的“做中学”是创客教育的核心理论基础，强调在教师指导下，学生勇于实践的教育模式。在化学学科中，更强调学生动手实验的能力，在实验过程中将创客教育融入课程中，既有利于培养学生的实践能力，实践过程中，注重激发学生的创新精神。在实验过程中，根据学生的具体情况加以适当的引导，从而激发学生对于化学实验的兴趣，在教师的鼓励下敢于创新，勇于实践, 在创造中学习，并在学习中不断地创造。
在化学实验课中很多实验都可以与创客教育相结合，在2017版《普通高中化学课程标准》中的教学建议中列举的制作简易饭盒，实验室制肥皂以及实验室制取胶水等等，这些实验不仅仅与实际生活息息相关，还可以激发学生的学习兴趣。还可以引入3D打印技术自行设计化工流程图，例如学生可以利用3D打印模拟自来水厂的净水过程、天然气的开发流程等,体会化学给我们日常生活所带来的便利。在制作作品的过程中，学生既可以有完成作品的成就感，还可以真实地感受到化学带来的魅力。
（四）釆用多元评价方法，全面多样化评价学生的学习成果
创賢教育模式下的高中化学实验课，应该改变以往革一的评价模式，运用多元的方式进行评价。在实验课结束后，学生填写自我评价表以及小组成员互评表，还可以在班级建立学生作品展示柜,有助于提高学生在创造过程中的成就感, 提高学习化学的兴趣。评价的目的是衡量、诊断、预测每个孩子学习与成长的动态情况，倡导利用学习档案袋持续采集学生的学习过程与结果数据，进而开展基于数据的全面、个性化的评价⑸"
因此，创客教育模式下的高中化学实验课的评价机制应该注重以学生为主体,注重在评价过程中让学生意识到小组合作的重要性，同时注意评价机制既要关注学生的整体性,还要突出学生的个性。
三、基于创客教育理念的高中化学实验教学案例
二氧化硫的性质及其应用与我们的日常生活息息相关，同时二氧化硫是常见的大气污染物,也是硫酸性酸雨形成的主要原因。本节课旨在引导同学们根据二氧化硫的化学性质设计简单仪器测定空气中二氧化硫的含量，并分析硫酸性酸雨的成因与防治措施。
本节课从生活问题探究、绿色化学思想出发，主要通过设计简单的实验装置，组织学生到课堂外进行实验，感受化学与生活联系之密切，学会发现问题并解决问题。具体教学过程如下。
环节一创设问题情境
［展示幻灯片］播放北方地区十月份（取暖前后）的空气质量报道。
［提问］近期我们内蒙地区已经开始供暖，我们发现最近几天的空气质量报告相对较差，尤其是10月25日为轻度污染，同学们认为首要污染物有哪些？

［学生］二氧化硫、二氧化氮、PM2.5等。
环节二知识点讲解
［讲解］二氧化硫的天然排放源:酸性物质二氧化硫有四类天然排放源:海洋雾沫;土壤中某些机体;火山爆发;雷电和干热引起的森林火灾都是天然二氧化硫的排放源。二氧化硫的人为排放源:化石燃料的燃烧;工业尾气的排放;土法炼硫等。
［讲解］我们今天主要运用二氧化硫的化学性质来进行空气中二氧化硫含量的测定。下面我们一起来复习一下二氧化硫的化学性质。
环节三创意激发
［讲述］我们上节课已经学习了二氧化硫的化学性质并进行了性质实验，同学们是否可以利用所学知识设计简单的实验装置来测定空气中二氧化硫的含量呢？
［学生］认真思考
可以将收集空气，将含有二氧化硫的空气通人到品红溶液中，测定二氧化硫的含量。
［追问］同学们说得很好，我们可以利用二氧化硫的漂白性来测定，同学们思考一下还有其他方法吗？
［学生］也可以利用二氧化硫的还原性进行实验，例如二氧化硫能与淀粉碘化钾溶液或酸性高铉酸钾溶液发生反应,利用这个原理来测定空气中二氧化硫的含量。
［板书］实验原理：SO₂+I₂+H₂O = H₂SO₄+ HI
2KMnO₄ + 5SO₂ + 2H₂O = K₂SO₄ + 2MnSO₄+2H₂SO₄
［引导］我们在今天的实验中，要通入空气中的二氧化硫，那我们如何来判断通入的空气的量呢？我们又如何收集空气呢？上节课实验中我们用到了针管注射器，可以用注射器来收集二氧化硫,而且注射器上还有刻度，可以记录通入空气的量。
环节四交流创意
［教师活动］小组讨论过程中，教师进行巡视,及时给出现问题的小组进行解惑。
［学生活动］同学们以小组为单位进行组间交流，每位同学都提出自己的想法，由组长进行记录。
环节五设计实验方案
［学生活动］经过组内交流和讨论以后，设计出实验方案。
环节六创作作品
［学生活动］以小组为单位制作二氧化硫含量测定的简易装置。
环节七交流作品
经过各个小组的讨论，每个小组都设计出了二氧化硫含量的测定装置,接下来我们就到操场上，每个小组展示本组同学设计的装置后进行二氧化硫含量的测定。进行实验时,其他小组要认真观察实验现象，测定结束后，我们回到教室继续讨论各个小组实验方案的优缺点，并给出实验的改进建议。
环节八评价反思
［教师］我们现在已经测定了校园空气中二氧化疏的含量,下课同学们将你们的实验记录和计算结果写到实验报告中,现在我们先回到教室，同学们来评价一下各个小组设计的实验。
［学生］我觉得我们这次设计的实验的原理基本相同，利用二氧化硫的漂白性或者还原性来进行实验，我觉得在5组实验中,1组和4 组的设计的实验较好,1组同学设计的实验操作简单，便于携带，不需要连接试管或试剂瓶就可以进行实验;而4组同学设计的实验现象更明显，而且用止水夹控制气体的进岀，可以减小测量的误差。
［教师总结］同学们都评价得非常好，也给岀了很好的建议，下面请同学们根据大家提岀的意见再来修改一下你们设计的实验装置吧。实验方案修改好后，我们再来进行实验验证你们的设计是否合理。在完成以上工作后，请同学们认真填写活动评价反馈表,课后完成实验报告。
四、基于创客教育理念的高中化学实验教学案例分析
本节课主要通过引导学生从生活问题出发，利用已经学习的化学知识设计实验装置，简单测定学校、热电厂和钢铁厂附近空气中二氧化硫的含量, 通过实验数据尝试分析不同地点二氧化硫含量不同的原因，并在课下查阅酸雨的成因及防治措施。
将创客教育与化学实验教学融合后，学生对化学实验的兴趣提高了，逐渐在动手实验过程中可以发现问题，主动与同伴讨论，最后解决问题。研究发现，新的实验教学很好地诱发了学生主动创新的心理动因。教师展示本地区供暖前后的空气质量变化创设问题情境，学生在学习过程中，能够使化学与实际生活相联系，同时为后续设计空气中二氧化硫含量测定的装置进行铺垫。在开展学生实验活动前，教师需要引导学生回顾该实验承载了哪些知识点,培养学生学会用已有的知识去思考解决生活中的实际问题。创意激发环节是本节实验课最关键的环节,教师对于学生的激发尤为重要，因此本环节对教师的专业要求也较高，需要教师提前预设好学生可能提岀的设想或创意，以便及时给学生合理的指导，保证课堂有序进行。接下来需要学生以小组为单位进行实验方案的设计，此环节旨在培养学生的口头以及书面表达能力，也为有想法在大学继续学习化学的同学打下良好的基础。在实验环节中，以小组为单位进行,教师需要时刻关注学生的动向及时给出指导。能够顺利地完成实验创作出作品并不是本节课的终点,学生还需要进行组间交流，以彼之长补己之短，通过评价反思进一步完善自己的实验装置。
通过本节课教师引导学生从生活出发，利用所学知识解决生活存在的问题,最后回归到生活。在实验过程中教师要潜移默化地培养学生创客精神，培养学生敢于想象、勇于动手实验的精神，进一步提升学生在团队合作中的态度。基于创客教育理念的化学实验教学,不是针对学生的某一方面的能力进行培养，而是在教学过程中不断渗透。在创客教育理念下，学生们能够以 “小创客”的角色去发现问题并积极探索、勇于创新，努力寻求解决问题的办法，在小组合作学习中以彼之长补己之短，在愿意表达自己观点的同时学会了虚心倾听。学生不再是知识的被动接受者，而是逐步变成了积极的探索者。
总之，创客教育的提出，是教育理念上的转变也是时代进步的必然产物。创客教育模式为创客教育的实施提供了可靠的途径，体现出了创客教育所具有的一般特征:创造性、团队协作性、趣味性等。将创客教育融入化学实验教学同时也需要教师进行角色的转换，教师是学生创意想法的激发者，同时化学教师还应该学会各种有利于学生创意激发的软件、硬件技术，将新兴的网络技术与化学实验教学紧密结合起来，成为“学生创客”的缔造者。
参考文献：
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