基于个性化研究的化学学科实验室建设

洪燕芬 高倩倩

基于个性化研究的化学学科实验室建设

洪燕芬 高倩倩

以华东师范大学第二附属中学化学学科实验室建设为例，探讨实验室如何既能为开展各种实验提供基础条件，又能促进实验创新，推动化学教学方式的变革及学生个性化的发展，为化学实验室建设及功能开发提供了很好的借鉴作用。

化学 学科实验室 个性化研究 科学素养

新的高考改革促进了化学教育教学方式的变革，这要求教师不仅教授学生基本的学科知识，还要培养其科学探究精神，促进学生的个性发展，最终提升学生的科学素养。促进学生个性化发展的化学教学，要求教师提高教学效益、开发研究性课程、开展课题研究活动，并且要不断更新、学习新的教育技术，持续突破化学自主探究教学难点及更新资源。而新型的化学学科实验室建设正是化学教学中促进学生个性化发展的重要手段之一。

一、化学学科实验室建设理念

化学学科实验室应既能适应化学课堂教学，又兼顾学生的课外课题研究、校本课程教学和兴趣小组活动。现代化的实验室应以“数字化”为主导，突破时间与空间的限制，可以帮助教师将最新成果纳入教学过程，为学生提供更多高质量的科学信息；同时也可以满足学生个性化的化学学习需要，建立富有多样性、选择性的化学教学环境，彻底改变基于传统课堂和传统媒体的讲授式教学模式，创设依托于数字化信息技术环境的自主学习、协作学习的发展式教学模式。

华东师范大学第二附属中学（以下简称“华二附”）的化学学科实验室整体设计立足于开放性、探究性，体现信息技术与化学学科的整合，在网络教学环境上组建学习团队，为实现差异化、个性化教学提供支撑平台；通过数字化探究与化学分析相结合，课内与课外课程相结合，教学与教研活动相结合，打造一个“软硬兼施”的化学创新实践平台——“硬件”方面，为学生通过自己动手实验探寻真知、解决问题设计物质条件和探究场所；“软件”方面，为学生设计了独具学校优势和特色、贴近学生生活且趣味盎然的化学拓展课程。

二、化学学科实验室的作用

（一）促进学生发展个性化

华二附的化学学科实验室不同于基础实验室，其功能不仅仅局限于教师基于教材进行演示实验和学生实验，更在于开展各种趣味化、个性化的化学实验。学科实验室配备了各种先进的技术设备，方便学生搜集资料、设计实验方案；还配备了活动式桌椅，方便学生小组活动，研讨实验课题。教师也会在其中开展化学创新实验，创设开放的教学环境以满足学生的创新实验探究。

实验教学能促进教师从平时的带领与指导角色，转变成学生科学活动的引领者、陪伴者、帮扶者；立体、互动的实验平台，更能使学生对化学科学探究产生兴趣，形成科技意识，养成勇于探索、追求新知、实事求是的科学精神和动手动脑能力。在实验室中，学生可以自由选择自己喜欢的课题进行研究，能主动获取与生活和周围环境有关的现代化学基础知识，提升实验观察能力和解决社会实际问题的能力，促进个性化发展及综合素质的提升。

（二）促进化学教学智能化

信息化实验教学的基础是现代通信技术、网络技术、多媒体技术等在实验教学领域的广泛应用，包括了由此而拓展开来的实验资源的建设与共享、教学理念、教学体制、教学方法、教学的组织和管理、实验的运行方式变革等重要内容，其体现了实验信息资源开拓和高效利用的一系列过程，是实施面向2l世纪实验教学改革的重要途径［1］。其主要表现为实验教材的多媒体化、实验资源的全球化、实验教学的个性化，这也是华二附进行化学学科实验室建设的重要目标及内容，充分利用这一手段能够为化学教学质量的提升、学生的个性化发展提供一定的保障。此外，教学体系的构建要立足于学生 “做中学、学中做”的学习方式，强化学生的实践体验，促成学生问题意识及探究意识的形成；教材体系的构建既要有专业的深度，为学生动手实践、探究创新的开展提供必要的素材，又要有一定的开放性，为学生的自主探索、课题研究提供问题启发。基于以上理念，笔者着力开发课程资源，实现课程信息化，并通过网络平台、名师论坛、校本研修制度等形式，促进师生共同进步［2］。

（三）促进微课教学深度化

微课是一种以微视频为主，由多种教学资源构成，并在教学应用实践过程中不断“生长”而成的微型网络学习课程，是校本教研新形式的产物；是基于教学设计思想，使用多媒体技术在5分钟以内就一个知识点进行针对性讲解的一段音频或视频［3］。在教育教学中，微课所讲授的内容呈“点”状、碎片化，这些知识点，可以是教材解读、题型精讲、考点归纳；也可以是方法传授、教学经验等技能方面的知识讲解和展示。微课是课堂教学的有效补充形式，不仅适合于移动学习时代知识的传播，也适合学习者个性化、深度学习的需求［4］。因此，实验室配置了先进的录播系统，可以及时为微课的录制提供方便，教师录播系统使用的技术培训也是实验室建设的重点内容之一。

（四）促进新教师培养专业化

华二附是免费师范生的见习基地，一直以来承担着各师范院校免费师范生培养的重要任务，而学科实验室的建设为准教师的培养提供了条件支持。准教师们课堂经验还不充分，教学能力还需不断打磨，此时，学科教室先进的技术手段，为他们打磨教学提供了便利——及时录下自己的教学过程，方便其从教学视频中发现自己在教学过程中可能存在的一系列问题，为促进教学能力的提升节省了很多人力及时间。

三、化学学科实验室的建设要点

化学学科教室集理论与实验整合教室、数字化实验室、实验准备室、师生探究室、视频录制翻转课堂等功能于一体，区域上分为：教学与实验综合区、小组讨论区、文献资料区、药品（模型）存放区等。

（一）理论教学与实验整合

化学学科实验室改变了以往教室集中学习理论，实验室集中做实验的弊端，实现实验和理论同步进行，提高教学效率。在教学与实验综合区，中间位置的课桌可以灵活摆放，拼成不同形状，学生可以方便地进行分组实验（2人组、4人组、6人组等）；在此区域的两侧设置了实验桌，配置水槽、煤气灯、电源插座。教学或研究活动以42人以下为宜，超过42人的特色班需采取加座的方式。

（二）开放式自主研修

在资源区配备了充足的化学学科书籍、信息网络资源，如各种版本的《无机化学》《有机化学》《化学手册》，以及《化学教学》《化学教育》《化学通报》等杂志；配备可以联网的设备，如带常用化学软件的电脑2—3台；配备可以检索的数据库资源，例如中国知网、万方数据库等文献资源，方便教师及对化学有浓厚兴趣的学生在课余时间探究化学课题，满足师生自主研修的需要。

（三）信息化设备

教学区域配备了电子白板、实物投影仪、演示讲台、实验室等多媒体系统，教师可以应用信息技术，建立数字化信息平台，利用计算机的交互性、转换和存储功能，以及相关软件，将实验现象快速、准确地以数字、图形形式展示在学生面前。此外，配备的录播设备和系统，也方便了教学过程的监控和视频录制，使得翻转课堂的教学理念得以更好地落实。

（四）科学安全管理

化学学科实验室进行了先进的资源配置，除了便于教师开展教学，更重要的是为学生的个性化发展服务，因此，只要学生感兴趣，在课余时间就可以像进入图书馆阅览室一样，进入学科教室进行研究学习。但由于化学实验室存有相当数量的危险试剂，须加强安全管理，因此学校对实验室配置门禁系统，学生具有相应的权限后，电脑就会记载下其进出时间；同时，还安装监控摄像头，以保护学生的安全。此外，学生在使用危险性较大的实验药品时，需要教师在场和批准；危险性较小的药品，学生有一定的自主使用权限。在科学安全的管理下，学校允许学生“泡”在学科教室内，做喜欢的实验，看喜欢的化学资料，与教师探讨问题。

四、化学学科实验室应用实例

借助化学学科实验室这一平台，笔者开展了一系列教育教学活动，以化学拓展课程为例来探索如何充分发挥化学学科实验室在促进学生个性化学习方面的作用。笔者依托学科实验室的优越条件，已开设两期“化学创新实验”选修课，旨在提高学生的实验操作能力、实验设计能力等，最终促进实验的创新，课程效果显著。其间，笔者还开设了多个主题实验活动，例如化学振荡、喷泉实验、化学与艺术、能量的故事、化学膨胀、化学密信等系列。下面将以化学密信的课堂实验教学及课外自主探究为例进行分析。

案例 化学创新实验——化学密信设计

活动目标：了解化学隐形墨水的原理，联系已有的知识经验设计隐形墨水，通过实验验证影视剧中的化学知识正确与否，体验化学的乐趣。

活动过程实录：

【引入】热播谍战剧《胭脂》中女主角为了传递信息，使用棉签蘸取柠檬汁写密信。

【拓展】2011年美国中央情报局(CIA)最新公开了保存最久远的美国联邦政府机密文档，这批文档日期为1917年至1918年，处于一战后期；解密文档揭示了间谍、将领和外交官使用的最高信息传递技术——隐形墨水配方。美国中情局局长利昂·帕内塔说：“这些文档保密了近一个世纪，直到最近的技术进步允许文档解密才成为可能。”

【设疑】这批机密文档解密后，国内各大媒体纷纷翻译、转载。每个人也许都有过当007的梦，CIA的隐形墨水配方究竟有多神奇？自己能配制吗？隐形墨水的主要设计原理是什么？

【资料查阅】该隐形墨水配方为亚硝酸钠和淀粉溶液，以及碘化钾和酒石酸。

【小组讨论】该隐形墨水的原理为氧化还原反应，具体化学反应为酸性条件下亚硝酸钠氧化碘化钾产生碘单质，碘单质遇见淀粉变为蓝色。为方便使用，隐形墨水主要包含两部分：隐形墨水和显色剂。

【追问】隐形墨水的本质在于显色，除此之外还有没有其他的可以显色的反应？

【思考回答】利用酸碱指示剂在酸性、碱性溶液中的颜色变化或其他化学反应——如沉淀反应、氧化还原或催化反应等形成的现象也可以设计隐形墨水。

【引导】是不是只要是有颜色变化的反应都可以设计隐形墨水？思考隐形墨水的设计要点。

【思考回答】隐形墨水一般都是无色无味的液体，写在纸上不留痕迹。

【补充说明】除了讨论出的结果之外还有很多方案可以配置隐形墨水，请参照讲义的内容。

【引导】请同学们根据老师提供的实验器材和讲义的相关内容（讲义中给出了多种隐形墨水配方），考虑该选择何种纸张来写密信，采用哪种方式显色，并设计出实验的具体方案。

【实验设计与验证】学生自主设计实验并进行验证。

【交流与评价】首先，各组同学都选择了滤纸作为信纸，以无色的物质作为隐形墨水。大部分同学采用直接将写好密信的信纸浸没在显色剂中的方法，该方式导致密信字迹糊成一片，效果不好，其他同学使用棉签蘸取显色剂擦涂的方式，效果较好；而利用有机物碳化的原理显色时，需要注意不要将整个密信烤焦。

【课后任务】影视剧《胭脂》中还出现了鸡蛋密信这一部分，请同学们查阅相关资料，设计实验验证电视剧中的化学知识是否正确。

在本节课结束之后，学生针对实验设计中存在的不足提出了自己的改进方案，在课外自主进行了验证，取得了良好的实验效果，以下为一位学生的总结。

（1）硫氰化钾+三氯化铁：不用棉棒来蘸取硫氰化钾，因为用棉棒写字，液体蔓延的面积会比较大，可以改用玻璃棒来蘸取（虽然速度会变慢）。

（2）酚酞+氨水：由于氨气的气味很重，考虑了设计一个用分液漏斗控制氨气挥发量的装置。

（3）柠檬酸+火：因为用火来加热容易引燃纸或烧到手，所以我觉得可以在火和纸片之间加一个介质（例如坩埚）来加热，或者利用放热反应来加热，这样还可以产生一种化学多米诺的感觉。

此外，针对教学中提出的“检验影视剧《胭脂》中的鸡蛋密信这一部分，请学生查阅相关资料设计实验来验证电视剧中的化学知识是否正确”这一问题，学生根据影视剧中给出的信息，在课后进行了个性化探究，发现按照剧中给出的方法蛋白上根本无法显示出字迹来，证明了影视剧中的化学知识并不可信。到底如何才能真正做出鸡蛋密信呢？学生借助学科实验室的数据库检索文献，找出了正确的实验步骤与实验配方，并针对该配方进行了验证和改进。

借助学科实验室这一开放的实验平台，学生针对课堂上发现的问题及时进行探究，从而有效促进科学探究能力的提升。虽然有时候学生自主探究的内容没有非常深入，实验方案的合理性也需进一步验证，但是学科实验室给他们提供了验证猜想的机会，同时提升了学生发现问题和解决问题的能力。

五、展望

从化学学科实验室建成至今，学校不断摸索如何充分发挥实验室的教学及科研功能，摸索各类设备的使用方法，并组织专业人员对各位实验室负责教师进行专业培训，学习录播系统的使用，将珍贵的教学资料记录下来。在实验室建设上，“硬件”与“软件”建设同时开展，为师生搭建一个可以开展实验探究的平台，配备PASCO传感器设备、微型化学设备、通用化学设备等先进的实验设备，以及能满足学生上课进行探究的电脑、智能平板等配套设施。此外， 实验室还准备了由PASCO提供的化学数字化实验应用的系统培训课程及“趣味化学”专题教师培训；引入了上海市化学名师基地培养工程的课程，并作为教学研究和展示基地；也提供了青年教师的化学技术专业培训，包括各种国内外的校际参观交流；开发适合学生探究的校本课程。

目前化学学科实验室在促使学校化学教育教学方式的改变及化学教学的信息化方面取得了一定的进展。但是其正式投入使用时间较短，如何充分发挥化学学科实验室的功能还处于探索阶段，笔者对于其未来的发展充满期待。

［1］ 姜晖.信息化实验教学环境建设与应用［J］.实验室研究与探索，2006（11）.

［2］ 石鑫.打造课程基地，优化智能结构：江苏省海门中学中学生理科拓展性实验课程基地项目实施构想［J］.江苏教师，2011（10）.

［3］ 胡铁生.中小学微课建设与应用难点问题透析［J］.中小学信息技术教育，2013（4）：15-18.

［4］ 夏大胜. 微课在综合实践活动教学中的运用［J］.考试周刊，2016（21）.

洪燕芬高倩倩华东师范大学第二附属中学201203