创客教育引领下的化学实验创新与探索

2019-01-20甘肃省临泽县教育局赵建银

天津教育 2019年6期

■甘肃省临泽县教育局赵建银

创客教育实际上是融合技术的一种，其遵守开放创新、探究体验的全新理念，旨在通过创造中学来培养现代创新人才。而化学实验教学可依托创客教育思维和创客技术来改进化学实验仪器，利用数字传感器来完善实验教学方式，从而挖掘出化学实验的根本价值。我将结合现有的教学实验，重点探究创客教育背景下的化学实验创新问题。

一、创客教育简析

（一）内涵

创客教育集创客文化和教育于一身，它关注学生的兴趣，依托项目学习，应用数字化工具，主张造物，提倡分享，强调团队协作能力、独立解决问题能力与创新能力的综合培养。

（二）特点

1.参与性。创客教育强调学生的亲身参与，旨在通过参与来增加知识积累，丰富经验，在设计、组装和形成过程可能出现改进的情况，但所有过程全部由学生亲自完成，教师在此过程只发挥着引导者的作用。

2.综合性。创客作品不能单纯依赖某个特定学科内容，其作品构建通常经由目标任务设定、结构设计和实践操作达成。目标任务设定是学生依照生活经验，经由内部交流确定待设计作品。结构设计依托目标任务开展，此操作的完成要求学生主动查阅文献，认真总结，确定操作步骤和相关仪器等。在实践操作环节，会应用物理以及数学等方面的内容。

3.趣味性。一个作品从最初设计到最终完成，通常会让学生获得一定的成就感，且在创客实践过程，学生也会和其他同学共同讨论，进而得出结果，这会在很大程度上提升学生的兴趣。

（三）价值

1.促进个人发展。基于创客教育，学生拥有更多的实践机会，并可接触和学习现代高端技术，大大刺激了学生的创造欲望。同时，经由小组合作交流与教师的专门引导，可帮助孩子萌生更多新颖的想法，使其愿意动手实践，通过上述探索，学生们能够学到更多的知识，且易于消化与吸收。

2.有利于教育系统升级。推广创客教育能够改善教学方法和师资队伍等教学因素，并可引导家庭和社会等不同力量自主构建创客空间，将创客文化渗透到家庭内部。近几年，涌现出了大量的优质创客空间，这使我国教育系统得到了全面变革，并朝着创新教育整体目标逐步深入。这一变化在某种程度上影响了现有的人才培养模式，加快了其转型升级，可帮助国家培养更多创新型人才。

3.推进课程改革。有关专家指出，不断建设和推广创客课程能够解决以往教育活动中的问题，推进课程改革。

二、化学实验教学现状

目前，化学实验教学存在不足，这在某种层面上阻碍了化学教学的正常发展。其不足主要表现在下述几个方面：其一，部分教师由于仪器或者未完全掌握实验技巧，一旦遇到偏难的实验便选择回避或者放弃，以理论讲述实验；其二，某些实验成功的可能性不大，但教师也未进行反复实验，直接将其在课堂上演示，陷入失败的困境，阻碍了后期教学活动的开展；其三，虽然近几年加大了在实验室方面的建设力度，配备了相应的桌椅，但是实验仪器整体仍然偏落后，甚至有些仪器还存在严重缺陷，若不立即改善，便不能达成实验标准；其四，课本上收录的实验并非完全理想，某些在材料选取、装置选取和环保标准等方面存在不足；其五，学生在实验创新方面的意识淡薄，不明白为什么要改进以及如何创新，通常较为被动，缺少思考、参与和创新。由此可知，初中化学实验亟待利用创客教育进行创新。

三、创新策略

（一）利用3D打印优化实验教具与仪器

创新教育的全面普及要求去精英化，并在课堂教学中应用编程和人工智能等现代技术。我认为应利用3D打印等现代技术实现化学实验创客，优化实验教具与仪器。某些化学仪器存在纵向连接偏多的问题，例如，锥形瓶在和分液漏斗相连时容易出现倾倒的问题，如果不能用铁架台进行固定，则课堂实验效果将无法保证。为此，我建议应用上下铁圈，经由可伸缩式拉杆进行连接的这种防倾倒装置，借此便可保证实验效果，而这一装置可通过3D打印机打印。

（二）依托创客教育思维完善传统疑难实验

在互联网高度发展的今天，教师肩上的人才培养任务愈发艰巨，基于此，应将创新思维和动力有效传播给学生。假若学生提出一个新颖的想法，这便是创客，当此种思维达成以后能够带来意外惊喜。以木炭和氧化铜的反应为例，传统实验把这两种物质反应以后生成的固体混合物倾倒至石棉网上面并寻找红色固体，在此过程存在铜被氧化产生氧化铜的可能，虽然可利用不同方法来规避氧化，然而，实际操作中却面临着一定的困难。此时，让学生围绕这一问题展开探究，寻求解决办法。某些学生提出把反应生成的固体立即放入装有稀盐酸的烧杯内，这不仅能去除氧化铜，而且能隔绝氧气。教师协同学生对这一方法进行了验证，在实验过程出现了显眼的红色铜单质。

另外，在物质燃烧实验中，应用硫磺和木炭进行实验时存在下述缺点：硫磺燃烧过程点燃时间较长，燃烧现象也不明显，所生成的火焰还较小，并会在燃烧匙中剩余一定的残留物。产生这一实验效果的根本原因是燃烧不完全，尤其在课堂演示时，因气流紊乱不便观察。为解决上述问题，我进行了一定的改进，对传统燃烧匙进行了改造，在其上面打造一个特别的洞，呈铜质火锅形，于环形燃烧匙放入一定的硫磺，利用酒精灯点燃，其火焰十分明显。此种改进，可大大节省实验试剂用量。在传统实验中，使用近乎燃烧匙一半量的硫磺方可看见淡蓝色火焰。而对其进行改进处理以后，仅仅需要少量硫磺便可看见显著的实验现象，且便于操作，成功率较高，并控制了二氧化硫的量，具有一定的环保性。

（三）借助数字化实验传感器改善实验手段及方法

借助数字化实验传感器改善实验手段及方法，实现数字化学实验创客。在初中化学中，二氧化碳制备与碳酸分解是主要内容，也是难点内容，这是因为传统化学实验偏向于定性实验，且教材上只罗列一个较为模糊的知识点，对应的定量实验有限，阻碍了学生对化学的认识。

CO2溶于水会产生碳酸，且碳酸不稳定，经由加热处理会分解成CO2与H2O，具体的公式是H2CO3=H20+CO2。在这一分解方程式中没有标注加热符号，是因为加热提高温度可让碳酸分解，除这一因素外是否还有其他影响因素呢？当气体溶于水时，若温度一定，压强越大，则气体溶解性便越大。参照这一结论可知，若减小压强，则气体溶解性便会减小。由此我们可对饱和碳酸溶液实施减压处理，观察碳酸是否会分解。在500mL 三颈烧瓶注入大约3/1 的蒸馏水，并直口鼓入CO2，待饱和以后进行密封处理，左侧斜口方向插入注射器，从中抽取气体，此种方式可减小瓶内压强，实现减压。在斜口处经由压强传感器对瓶内压强变化进行测定，同时，在计算机上绘制变化图像。右侧斜口和pH传感器相连，借此检测溶液pH变化，依照pH变化展现碳酸分解的实际情况。

（四）实现生活小创客

基于创客教育，可引导学生将学习化学与现实生活有机联系，将实验结合现实生活，也可把创客智能机器人教育和化学数字传感进行整合，通过手脑并用来解决现实生活，全面提升逻辑思维能力、实践操作能力、逻辑判断能力与创新能力。在日常生活中存在这一问题，新买的轿车存在较大的气味，特别是夏天，经过高温暴晒以后，通常会散发严重的气味，若使用传统吸附剂，需要较长的时间，经由我的指导和鼓励，学生做出了下述设计：基于盒式活性炭吸附剂，增设由太阳能电池所牵引的一体化风扇，将其摆放到前挡风玻璃下方，经由太阳光的驱动，风扇转动，加快了车内空气的流通速度，可有效除味。如果想应用在冰箱内，只需要把太阳能电池改装成电池盒便可。