基于化学核心素养的青少年科学教育项目——广州市“家庭化学实验100秒”科技教育竞赛活动

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(广州大学附属中学)

一、历久常新的竞赛活动

广州市“家庭化学实验100秒”科技教育竞赛活动是由广州市青少年科技教育协会化学专委会(以下简称“化学专委”)创办的科技教育竞赛活动，参赛学生利用家庭常见的化学相关药品和用具，在100秒的时间内演示一个或一组化学实验，准确展示、说明一个生活或生产中人们熟悉的事物中包含的化学原理，来提高学生学习化学、运用化学的意识和能力。竞赛活动自上世纪八十年代中期创办以来，已连续举办了三十多届，近年来，参加活动的学校和实验数量屡创新高，成为广州市青科教协的传统优质项目。

二、契合核心素养的活动主旨

“家庭化学实验100秒”科技教育竞赛活动一直秉持这样的目的：促使学生观察思考生活或生产中大家熟悉的事物和现象，通过自我设计，使用家庭常见药品和用品演示一个化学实验，准确说明其中所包含的化学原理。籍此激发学生的学习兴趣，促进学生喜欢科学、学习科学、应用科学和热爱科学。

对比新颁布的课程标准，化学专委发现，“家庭化学实验100秒”科技教育竞赛活动的主旨高度契合新课程标准。下面以近年的比赛项目予以说明。

1.2016年的“化学知微”

新课标中，化学学科核心素养“宏观辨识与微观探析”的表述为：能从不同层次认识物质的多样性，并对物质进行分类；能从元素和原子、分子水平认识物质的组成、结构、性质和变化，形成“结构决定性质”的观念，能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。而我们2016年的活动主题就是“化学知微”：化学是在分子和原子层次上研究物质的组成、结构、性质及变化规律的自然科学，是一门紧密联系宏观和微观的科学，微小的分子、原子和离子之间发生化学反应时，究竟经历了怎样的变化过程：电子发生了得失还是偏移？是原子还是离子重新进行了结合？请设计实验对某个反应进行研究，利用宏观可见的明显现象(如光、电、热等)来说明反应过程中确实发生了微观层次的变化。

实验进行了一段时间后，电流表指针偏转角度会逐渐减小直至为零。该套装置持续进行一天后，指针归零。这是否意味着反应物都已消耗完毕？在负极区加入高浓度的碘水，在正极区加入高浓度的FeCl2溶液，观察到指针反向偏转。

实验用宏观可见的明显现象(电流表指针偏转，溶液颜色变化等)证明了Fe3+和I-确实发生了电子的转移，电流计的指针归零时，该反应达到了化学平衡状态，通过实验增加生成物Fe2+的浓度，电流表指针反向偏转，说明两者发生的是可逆的氧化还原反应。实验通过多种宏观表征如：电流表指针偏转及正极区、负极区溶液的颜色变化，微粒的检验及电流计指针归零的原因分析和改变外界条件使平衡发生移动等深刻揭示：①氧化还原反应的本质是反应物之间电子的转移；②平衡移动原理：如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。

该实验选题新颖，反应现象明显，实验涉及的化学知识点多。契合主题，利用宏观可见的明显现象(电流表指针偏转，溶液颜色变化等)来说明反应过程中确实发生了微观层次的变化。

此外，像广州市培正中学的《丁达尔效应系列创新实验》、广州市第五中学的《“消失”的电流——探究H2SO4与Ba(OH)2反应本质》等项目也是高度契合活动主题与核心素养的优秀实验。

2.2015年的“化学解密”

化学学科核心素养“科学探究与创新意识”要求：认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动；能发现和提出有探究价值的问题；能从问题和假设出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验、调查等方法进行实验探究：勤于实践，善于合作，敢于质疑，勇于创新。2015年“家庭化学实验100秒”的主题是：“化学解密”：“解密”：通过详尽的资料搜集和解读，设计、演示一个或若干个化学实验，通过严密的逻辑判断和推理，准确说明一个化学原理，展示一个生活或生产中人们所熟悉的事物中所包含的化学原理。

广东广雅中学研究了防水和透气功能共存的以甲基硅酸为基础的有机硅材料，为了便于使用，有机硅材料一般都先制备成甲基硅酸钠，甲基硅酸钠易被弱酸分解，当遇到空气中的二氧化碳和水时，会生成甲基硅酸，再快速聚合成聚甲基硅氧烷。

3.2017年的“厨房化学”和2018年的“化学反应与能量”

新课标颁布后，化学专委在确定活动主题时更加有意识的联系新课标学科核心素养，引导参赛学校和师生在学习中重视新课标、实践新课标。核心素养“科学态度与社会责任”要求：学生应具有安全意识和严谨求实的科学态度，具有探索未知、崇尚真理的意识；深刻认识化学对创造更多物质财富和精神财富、满足人民日益增长的美好生活需要的重大贡献；具有节约资源、保护环境的可持续发展意识，从自身做起，形成简约适度、绿色低碳的生活方式；能对与化学有关的让会热点问題做出正确的价值判断，能参与有关化学问题的社会实践活动。

结合新课标，我们2017年和2018年的主题定为“厨房化学”与“化学反应与能量”。“厨房化学”：化学这门历史悠久而又充满无限活力的学科，好像离我们很遥远。其实，化学是离我们最近的一门学科，她的影子无时无刻不闪现在我们的身旁。生活中的点点滴滴，都是我们与化学打交道的过程。在日常生活中，厨房可以说是化学试剂的一个“基地”。就让我们走进厨房来揭开它的神秘面纱。一组参赛实验利用了家庭中常见的微波炉作为反应装置，研究了水煮花生和油炸花生在相同条件下加热的情况，发现水煮花生的加热效果明显比油炸花生好。浅显易懂的揭示了极性分子和非极性分子在外界电磁波作用下的变化情况。微波炉加热食品，食品中含极性分子(如水)越多，极性分子温度越高，食品被加热的效率越高。而极性小的分子，如空气以及陶瓷、塑料、玻璃等容器，微波对其不起作用。广州市九十七中学的“铝禁不止”也是创意、原理和展示效果俱佳的优秀项目。

三、丰富多彩的活动成果

每年活动可以发动全市超过50所学校的初三、高一年级约500位同学和老师直接参与，并通过校内准备、预选等使参与师生超过3000人，并通过成果巡展等辐射学生超过五万人。

当前的各种化学竞赛、活动，基本都是以纸笔测试的形式呈现，本活动则重点突出考察学生的实验动手能力，促进学生的全面发展。以目前资料来看，这项活动不仅是全国首创，迄今为止也未在国内其他省市发现类似的比赛活动。

活动的另一个主要成果就是以参赛学生为核心，通过比赛观摩、项目巡展、微信公号多种形式对学校、家庭和社会进行化学原理的辐射，全面提高学生、家庭和社会全民的科学素养。

新课标的核心素养立足高中学生的化学学习过程，各有侧重，相辅相成。“宏观辨识与微观探析”要求学生形成化学学科的思想和方法；“科学探究与创新意识”从实践层面激励学生勇于创新；“科学态度与社会责任”进一步揭示了化学学习更高层次的价值追求。我们化学专委将继续在新课标的指引下，立足一线教学实践，将化学教学的有效性和课外活动的趣味性紧密结合，为提高学生对现代生活和未来发展的适应能力，充分发挥化学课程的整体育人功能，全面发展学生化学学科核心素养做出自己的贡献。