2016年美国国家化学周活动介绍

张桂林+文丰玉

摘要：简述美国国家化学周的历史沿革及发展历程，重点介绍2016年美国国家化学周—— “化学解谜”实验活动，并对科学阅读、未来化学家等活动板块作简要介绍及评析。对我国化学教学的几点建议是：（1）联系生活，培养核心素养；（2）以学生为主，实施自由教育；（3）整合资源，关注STEAM教育；（4）警钟长鸣，重视安全与绿色教育；（5）加强科普，传递化学正能量；（6）理实结合，促进认知方式发展。

关键词：美国国家化学周；实验活动；活动介绍；STEAM教育

文章编号：1005-6629（2017）8-0093-05

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

1美国国家化学周历史沿革及发展历程

“国家化学周（ National Chemistry Week）”源于澳大利亚。1982年，澳大利亚皇家化学研究院（ Royal Australian Chemical Institute）将其发展为年度科普盛宴。1987年，美国首次在华盛顿特区举行了庆祝游行活动。1989年以来，美国化学会（American Chemistry Society）于每年的10月份举办美国化学周活动，迄今已成功举办了26届，2016年美国国家化学周于10月16～22日举行。表1列举的是21世纪以来美国化学周历年活动主题。

从历年活动主题可见：美国国家化学周活动紧密联系科学、技术、社会及环境，让人们感受到化学无处不在，体会化学在人类生活中的重要意义。

2 2016年美国化学周活动介绍

2.1 2016年美国化学周实验活动介绍

实验活动一直都是美国化学周的特色，其生活化、趣味性及便捷性等亮点备受美国大众的青睐。2016年美国化学周实验活动贯穿“取证一解谜”的思维方式，使国民在实验活动中学习简单的化学知识及原理，体验科学探究的乐趣。

2.1.1时隐时现的墨水

大量影视作品或魔术表演中会出现“传递密信”的镜头，其原理是某些物质在不同条件下呈现不同的颜色。姜黄根中含有姜黄素（C₂₁H₂₀o₆在酸性、中性环境中呈黄色，在碱性环境中呈橘红色，利用姜黄素这一理化性质，可以实现“传递密信”。

[实验用品]

1张黄色图画纸、姜黄根粉末（可在超市的香料类购买）、小碗、蒸馏水、95%医用酒精、棉签、喷雾瓶、碱性玻璃清洁剂

[实验步骤]

（1）配制“墨水”（黄色的溶液）：取1个小碗，加入1/8茶匙姜黄根粉末、1汤匙（15mL）水、1/2茶匙（2.5mL）医用酒精，并不断搅拌至完全溶解。

（2）将黄色图画纸平铺在桌面上，用棉签蘸取“墨水”在纸上写字。

（3）風干后，向黄色图画纸喷洒碱性玻璃清洁剂，可观察到黄色图画纸上出现橘红色字迹。

[安全提示]

（1）必须穿戴好护目镜和防护服。（2）禁止食用实验材料。（3）在通风环境中进行，实验桌面需覆盖报纸。（4）实验结束后要洗手。

[补充说明]

姜黄素的结构式为：

向姜黄素中加入碱性玻璃清洁剂，调节溶液pH，当pH大于8时，姜黄素分子两端羟基发生电子云偏离的共轭效应，姜黄素溶液会由黄变红，由此可将其作为酸碱指示剂。

该实验活动以生活用品为原料揭示了“显字”的奥秘。简单的实验操作、直观的实验现象让民众体验到化学实验的趣味性，亦可作为九年级化学中溶液酸碱性检验实验的扩充。

2 .1.2果汁侦探

纯果汁（100%果汁）是以水果为原料，经压榨、离心等物理方法得到的汁液产品，整个过程不加水和食品添加剂。而由食用着色剂勾兑的劣质饮料，对人们的身心健康影响甚大。实验利用果汁颜色在碱性环境中是否改变来鉴别果汁优劣。

[实验用品]

儿童饮料（樱桃味）、果汁（草莓味）、蔓越莓汁（葡萄汁）、皂粉、3—5个小碗（玻璃片）

[实验步骤]

（1）取3个塑料碗，分别编号1、2、3。

（2）向1、2、3号小碗中分别加入少量（约15mL）不同的果汁。

（3）分别向3个小碗中加入2.5mL皂粉，观察现象，并将其记录在表2中。

[安全提示]

（1）必须穿戴好护目镜和围裙。（2）禁止食用实验材料。（3）实验结束后要洗手。

[补充说明]

本实验选用皂粉的主要成分是椰油皂基，其水溶液呈碱性，向果汁中加入皂粉的目的是形成碱性环境。食用着色剂性能稳定，因而由Yellow^#6（日落黄）、Red^#40（诱惑红）、Blue^#l（亮蓝）等食用着色剂勾兑的饮料在碱性环境中并不会改变颜色。而纯果汁在碱性环境中会改变颜色，如本实验中纯樱桃汁加入皂粉后会由橘红色变为鹅黄色；纯草莓汁加入皂粉后会由荧光红变为褐色；纯葡萄汁加入皂粉后会由罗兰紫变为褐色。

2.1.3指纹显现

手指先接触到油脂、汗液或尘埃后，再接触到干净的表面会留下指纹，虽然肉眼无法看到，但用粉末法能使指纹显形。

[实验用品]

可可粉、毛刷、4—5张白纸、玻璃片、相机（放大镜）、透明胶带

[实验步骤]

（1）用手指在鼻子上摩擦并按压在玻璃片上。

（2）在玻璃片按压的部位刷上少量的可可粉，轻拍使多余的脱落。

（3）用毛刷轻轻刷动粉末。

（4）当有指纹纹线显出时，应顺其纹线的走向进行刷显，待指纹显出将毛刷上粉末抖净，再用毛刷将被显物体上的多余粉末清除干净。endprint

（5）用胶带将模糊指纹粘取下来，按压在玻璃片上，并用放大镜观察指纹纹路。

[补充说明]

人的皮肤由表皮、真皮和皮下组织3部分组成。指纹是表皮上突起的纹线，可分为3类。第一类是明显纹，即目视可见的纹路；第二类是成型纹，在柔软物质上按压后发现的指纹；第三类是潜伏指纹，是身体自然分泌物经转移形成的纹路。粉末法显现的潜伏指纹是依靠指纹物质与粉末之间的机械吸附作用。当指纹残留物接触到粉末，由于粉末自身的弯面曲度，就会在粉末内部形成压力缺陷，从而使粉末颗粒吸附到指纹残留物上而显出指纹。刷粉是公安在刑事侦查过程中显现潜伏指纹最普遍、最简单的方法。其优点在于操作简便，显现率较高，不需要精密的仪器，即使是业余人员也可通过简单的培训迅速掌握。本实验可作为中学生课外趣味实验，以丰富实验教学内容，提高学习兴趣。

2.1.4甜蜜的DNA

DNA（Deoxyribonucleic acid）是一种双链结构的分子。DNA双螺旋结构中含有4种含氮碱基，分别是腺嘌呤（ Adenine）、胞嘧啶（Cytosine）、鸟嘌呤（Guanine）和胸腺嘧啶（Thymine）。DNA两条链的碱基顺序彼此互补，其复制规律为：腺膘呤（A）与胸腺嘧啶（T）配对、鸟膘呤（G）与胞嘧啶（C）配对。公民可根据这一规律亲手搭建DNA双螺旋结构模型。

[实验用品]

2条欧亚甘草根、4种不同颜色棉花糖、12根筷子

[实验步骤]

（1）使用不同颜色的棉花糖编码腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T），A：绿色；T：粉红色；C：黄色；G：橘色。

（2）将一条欧亚甘草根平放在桌面上，设定DNA中一条链从上到下的顺序为：TAGACTAGTTTG。

（3）按照上述顺序及颜色编码规则，将棉花糖插入筷子中。

（4）按照DNA复制的规律，在筷子另一端插入代表碱基的对应棉花糖。

（5）将筷子两端固定在欧亚甘草根上，调节棉花糖、筷子与欧亚甘草根间的相对位置，形成DNA双螺旋结构模型（如图1所示）。

[安全提示]

（1）注意不要让筷子扎到人。（2）禁止食用实验材料。

2.2科学阅读的推广

本次化学活动周引入了《颜色在解决谜题和犯罪中的艺术》、《化学揭露艺术赝品》和《DNA之谜》等文章作为开展科学阅读的素材。《颜色在解决谜题和犯罪方面的艺术》—文中，通过对犯罪现场的勘察及对物证颜色的分析，成功地侦破案件，并介绍了洛卡尔物质交换定律，证实了颜色在解决疑问中的重要作用；《化学揭露艺术赝品》介绍了根据不同年代的艺术品在用色方面的不同来鉴别真伪；《DNA之谜》介绍了人类探索DNA的发展进程以及DNA与人体的相互关系。文字与图画组合呈现的科学渎物，更有助于学生深入地了解活动主题，同时也是学生了解教材之外的科学概念、科学史及科技进展等的重要途径，对开阔学生的科学视野有举足轻重的作用。

2.3采访未来的科学家

“未来科学家”模块以访谈形式采访了在法医人类学方面有重要研究成果的工作者，介绍其工作和成长经历。如Bill Bass博士是田纳西州大学人类学的一位退休教授，其主要工作是通过在犯罪现场对受害者人体骨骼、DNA以及死亡时间的实验研究，协助联邦政府、州及地方执法机构收集证据以侦破相关案件。1970年，Bill Bass博士在田纳西州大学建立了尸研所，全身心地投入对人体骨骼的研究，其勇于探索的研究精神与一丝不苟的T作态度对学生职业生涯规划起了引导作用。

3教学建议

美国化学会经过精心的设计，开展了一系列有趣的科技实验活动，其创新的理念和新颖的内容是其长久不衰的主要原因。反观国内的化学教学，存在实验内容涉及面窄、联系生活不紧密、创新能力弱等问题，由此对国内化学教学提出几点建议。

3.1联系生活，培养核心素养

化学学科核心素养是指从化学学科角度促进学生终身发展和社会良好运行的以化学知识、化学思维、化学观念为基础而形成的具有化学学科特征的素养。培养学生核心素养是现代基础教育的本质，学生只有亲身经历学习活动过程，才能将体验成果内化成稳定的、可迁移的科学思维。本次化学周实验贴近生活实际，例如果汁侦探就包含着与公众日常生活息息相关的化学知识，同时也引发了对食品安全的思考。同时密信制作、指纹显现也是大量影视作品中的桥段，学生能在生活中感受到化学的存在，理解化学知识、掌握原理和方法，进而意识到化学对人类生活的重要影响。建议以生产生活、实际现象为载体，设计与科学、技术、社会、环境等内容相关的探究性实验，让学生在情境体验中、知识获取中及实验探究中，采用微观或模型分析等实验手段进行取证，培养学生的“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认识”“实验探究与创新意识”等化学核心素养。

3.2以学生为主，實施自由教育

所谓自由教育便是顺应孩子天性，要求注重实践，从做中学；关注榜样作用，重视三观教育。美国化学周活动以其鲜明的主题性和实验活动的趣味性、可行性激发了学生的探究欲，使学生在活动中学习，通过活动发展学生的感官，丰富感性经验，以期学生能独立思考并获得判断的自由。同时设计采访未来化学家活动，以先进人物的先进事迹，让学生进行自我剖析，激浊扬清，去伪存真，树立正确的世界观、人生观、价值观。在当今教育背景下，化学教育者要借鉴自由教育思想，坚持“以生为主”的原则，树立全新的教育教学观念，充分体现学生的主体地位，从不同角度提高学生学习的主动性，促使他们主动参与到教学活动中，全身心投入到学习中，积极思考，敢于发问。同时在化学教学中融人化学史，通过介绍化学史的发展和著名化学家的事迹，能够激发学生学习化学的积极性、民族自豪感和认同感，培养学生的创新精神和科学态度。endprint

3.3整合资源，关注STEAM教育

STEAM教育是对STEM教育的补充，是科学（Science）、技术（Technology）、T程（Engineering）、艺术（Arc）、数学（Mathematics）的整合，其本质是在众多独立的学科中建立一座新的桥梁，为学生提供整体认识世界的机会。要求学生以跨学科的方式发现和解决问题，把零碎知识变成互相联系的统一整体，实现教育的整体性。美国化学周体现出STEAM教育理念，每一次化学周的开展，不单单是向国民传递化学学科思维，也紧密联系物理、生物等相关学科。比如此次活动中的指纹显现、甜蜜的DNA就与生物学科息息相关，利用相关的化学反应现象和特质，结合高科技的检测技术，提取科学的线索，并表达了对艺术的追求。建议在教学内容的选取上遵循多样化原则，以跨学科的方式将不同学科的教学资源予以收集、整理、重组、整合，形成有利于学生理解的教学内容，并设计全新的教学模式，以完善教学活动。

3.4警钟长鸣，加强安全与绿色教育

近年来，发生的一次次实验室事故给化学教育工作者敲响了警钟，培育学生良好的实验安全意识刻不容缓。此外，面对日益恶化的环境，构建环境友好型、资源节约型社会也迫在眉睫。早在1991年，美国化学会（ACS）就提出“绿色化学”这一口号，旨在从源头消除污染。2010年美国化学活动周期间，Jennifer Young也在《Inspiring the GreenChemists of Tomorrow With Movies》一文中表达了对绿色化学的追求。在本次化学周活动中，实验试剂均采用无毒、无害、无污染的绿色制品。建议化学教育工作者尽量开发绿色实验，在保证实验效果的前提下，尽量减少实验试剂用量，简化实验装置，使实验小型化、微型化；同时借鉴美国化学周实验活动设计形式，强调实验安全，明确指出实验安全规则及具体注意事项，做到不伤害自己、不伤害别人、不被他人伤害。

3.5加强科普，传递化学正能量

传统化学对环境影响甚大，以致公众对化学存在一定偏见。为转变公众对化学的观念与态度，新世纪以来，美国国家化学周多次推出体现化学服务生活的主题活动，如“化学与艺术”、“这是你的家：都是化学带来的”、“化学：我们的健康，我们的未来”、“化学装扮我们的世界”等，向社会公众，特别是中小学生，普及正确、积极向上的化学知识。建议化学教育工作者时常组织学生收集有关化学与人类衣食住行紧密联系的资料，设计能解决生活难题的化学实验，开展化学学科普宣传活动，以体现化学源于生活、化学服务生活的思想，从而使公众对化学有一个更全面、更客观的认识。

3.6 理实结合，促进认知方式发展

科学的认知方式包含事实依据、逻辑关系、审辩性思维3要素。在化学领域，需由实验现象逻辑推理以提炼理论，再用审辩性思维检验理论以寻找新的事实，如此循环以促进认知的发展。本次活动中的“果汁侦探”诠释了科学认知方式的形成过程，以果汁颜色在碱性条件下是否发生改变这一客观事实来推断果汁的优劣，并用批判性的眼光审视溶液的pH对果汁颜色的影响，从而構建完整的科学思维体系。身处信息爆炸时代，审辩性思维不可或缺，对事实持客观的怀疑态度，才能促进科学的再发展。建议在教学活动中，组织学生广泛阅读科学材料，发现未观察过的事实现象，形成探究性问题，并多次进行实验以检验事实的真伪，实现理论与实验的完美统一，促进学生科学地认识世界。

总之，关注美国国家化学周，是希望国内化学教育工作者能汲取其中养分，组织开展形式多样的教学活动，帮助学生全面认识化学，理解化学带给人类的积极作用，从而提升学生对人类、对社会、对自然的责任感。endprint