初中化學“大晶體制作”家庭實驗活動的研究

朱少祥

摘要：對“大晶體制作”家庭實驗活動的組織方法進行系統研究，提出了組織家庭實驗活動的基本方法。從學生成果的定性分析和問卷調查的定量統計角度，對“大晶體制作”活動的實施效果進行評估，認為學生的參與面較廣、實驗的成功率較高，活動成果展現了學生豐富的想象力，活動過程讓學生獲得了獨特的創造性體驗，有效地提升了學生的化學素養。

關鍵詞：晶體制作；家庭實驗；組織方法；實施效果；創造性體驗

文章編號：1005–6629（2016）9–0015–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 研究背景

《義務教育化學課程標準（2011年版）》指出：在教學中，教師“應高度重視和加強實驗教學，充分發揮實驗的教育教學功能”，“鼓勵開展家庭小實驗”[1]。

“自制白糖晶體”是《化學》（九年級下冊）“溶解度”課題設置的一項課外實驗[2，3]。該實驗具有原料器材易得、知識起點不高、實驗操作簡單、現象奇妙有趣等特點，目的在于讓學生鞏固所學習的溶液知識，練習溶解和結晶的實驗技能，培養學習化學和動手實驗的興趣。從2012年開始，廣州市教育局教研室以該實驗為藍本，組織開展了“大晶體制作”競賽活動。該活動面向全市初中學生，在每學年的第一學期舉行，要求活動者自學溶液知識、自選晶體材料，利用家庭實驗條件制作晶體，并撰寫活動報告參加評比。我校積極組織參加該項活動，學生參與面廣，活動成果豐碩，有效地促進了學生的發展。

那么，我校學生在“大晶體制作”活動中的真實表現如何？學生對實驗后的晶體材料是怎么處理的？“大晶體制作”活動對學生的化學學習到底能起多大的作用？在組織大規模的家庭實驗活動時要注意哪些問題？在2015年“大晶體制作”活動中，筆者開展了較為系統的研究。

2 研究設計

本研究分為研究設計、活動實施和效果檢測三個階段。為了確保研究結果的客觀性，筆者在保證活動流程與前幾屆基本相同的前提下，將研究重點集中在“活動組織”和“效果評估”兩個方面。

2.1 活動組織設計

活動組織研究意在探索家庭實驗活動的組織方法和基本策略。本次活動組織設計主要突出三點：一是活動時間的確定。活動時間的選擇應以保證安全為前提，要有利于實驗興趣的激發，要讓學生有一定的知識積累。因此，筆者擬將活動啟動時間定在十月初，為期一個月。二是活動過程的開放度。固化的活動過程和詳盡的方法指導，雖可減小學生開展活動的難度，卻難以讓學生領略到解決問題的奇妙過程。因此，筆者擬簡化活動方法的指導，適當開放學生的活動過程，讓學生能獲得奇趣的過程體驗。三是活動的環境友好性。在不對學生進行特別干預的情況下，通過活動結束后的案例分析和問卷調查，評估大規模的“大晶體制作”活動對環境的友好性。

2.2 效果評估設計

效果評估擬采用個案分析和問卷調查的形式，從活動表現、實施狀況和作用強弱三個方面進行測評研究。其中，個案分析的重點是學生在活動過程中的情感投入，解決具體問題時的創造性體驗，以及對晶體作品的藝術化加工和命名情況。

問卷調查在活動結束后進行，調查內容主要分兩部分：一是學生參加活動的基本情況，包括是否參加活動，未參加活動的原因，活動者的合作方式，制作晶體的原料，活動的完成程度，以及對晶體原料（剩余溶液、剩余固體、晶體作品）的處理方式。二是活動對化學學習的作用，測評方法是：根據活動內容，從基本概念、實驗技能和情感態度三個維度設計10項指標，將作用分成極弱、弱、中等、強和極強五個等級，依次對應數值1～5，讓活動者根據自身感受對各項指標的作用強弱進行賦值。

3 活動過程

3.1 活動啟動與方法指導

安全是組織學生開展家庭實驗活動的關鍵，而必要的安全知識積累和以小組形式開展實驗是活動安全的基本保證。十月初“大晶體制作”活動啟動時，學生已經學習化學實驗基本操作規則，筆者還要求學生組成2～5人的活動小組，通過合作完成實驗任務。

按照初中化學正常的教學進度，在開展“大晶體制作”活動時，學生并未學到溶解與結晶知識，因此學校應印發資料對學生進行指導。本屆活動中，筆者編印的指導資料不再涉及具體的操作細節，僅簡化為三步：步驟1，配制飽和溶液。在玻璃杯中裝半杯熱水，加入足量固體，充分攪拌至不再溶解，制得飽和溶液。步驟2，制作晶核。將飽和溶液趁熱倒入另一杯中，靜置，冷卻，結晶。從中挑選幾粒體積較大、形狀規整的晶體作為晶核，用棉線小心捆住。步驟3，培養晶體。將玻璃杯中的液體加熱，攪拌，至杯底晶體全部溶解后，補充適量固體，再次制得飽和溶液。將晶核懸掛在杯中，靜置，冷卻，培養。重復步驟3，直到形狀、大小符合要求，即可制得晶體作品。

3.2 活動實施與作品美化

學生閱讀指導資料，準備實驗器材，根據資料介紹的方法嘗試著制作晶體。遇到問題時，盡量通過討論交流、查閱資料自行解決。實驗完成后，各小組對晶體作品進行美化處理和命名，撰寫實驗報告和活動體會。

本屆活動中，學校共收集到近40件晶體作品，除少數幾件屬于規則幾何形狀的結晶體外，其余都具有一定的造型，心形、五星、花朵、燈籠、塔狀、蝴蝶（圖1）……可謂千姿百態，應有盡有。作品名稱則有“藍色妖姬”、“夢幻水晶”、“藍影之心”、“火紅音符”、“天空之淚”……堪稱各具匠心，創意十足。

3.3 成果收集與展示評比

按照競賽活動組織方的要求，活動成果應包括晶體作品和活動報告兩部分。其中，晶體作品必須進行一定的包裝處理，以防破損。活動報告應由小組統一撰寫的實驗報告和小組成員撰寫的感想體會組成，還要附上實驗現場和晶體作品的照片，彩色打印，裝訂成冊。endprint

成果展示活動既為參加活動的學生提供了展示實驗成果、交流活動經驗的機會，也可擴大活動的影響，喚起低年級學生的好奇心和參與欲，為下一屆活動營造良好的氛圍。本屆成果展示活動在學校校史廳舉行，以班為單位分若干區域展示晶體作品和活動報告，吸引了大量學生參觀（圖2）。期間，筆者安排各班化學科代表輪流負責維持秩序，整理展品，確保展示過程的安全。

評委由化學教師和學生代表組成，從顆粒度、美化度、參與性和創造性四個方面進行評價，具體是：晶體粒度應不小于1cm或具有一定的形狀；作品應進行一定的美化處理和藝術化命名；現場圖片和活動報告要體現小組成員的分工與合作；實驗報告或感想體會要體現運用已有知識和能力，嘗試解決活動過程中遇到的具體問題。

3.4 實驗材料的后處理

活動結束后，小組成員整理實驗器材、晶體作品和剩余藥品，對實驗原材料進行妥善處理，以免對環境造成不良影響。

本次活動中，雖然筆者也如往屆一樣在宣傳階段提出了環保要求，但是，活動結束后的調查卻發現本次活動的環境友好性不容樂觀，具體表現在兩個方面：

一是學生使用的原料具有一定的危險性。調查顯示，雖然我們在活動宣傳階段并未對晶體材料做出具體要求，但是，除少數學生使用基本無毒的白糖、明礬或綠礬外，近90%的學生使用微毒的膽礬，有個別學生甚至購買使用了有致癌作用的劇毒藥品重鉻酸鉀。析其原因，可能與學校展示的往屆作品多為硫酸銅晶體，且膽礬形似寶石、顏色艷麗、方便美化有關。值得注意的是，初中學生竟然可以購買到劇毒藥品重鉻酸鉀！這說明社會上對危險化學藥品的監管存在嚴重的漏洞，應該引起有關部門的重視。

二是剩余藥品和晶體作品的安全隱憂。調查顯示，近半學生將剩余溶液“直接倒掉”，多數學生將剩余固體和晶體作品“自己保存”，而“給了別人”和“交給學校”的學生加起來都不足1/5（圖3）。直接倒掉這些晶體原料，對于有毒性的膽礬和重鉻酸鉀來說將直接污染環境，對于無毒或毒性很小的白糖、明礬或綠礬來說也是浪費。另外，如果將這些化學藥品放在家里自己保存的話，既在一定程度上存在誤食、誤用的風險，而且當學生覺得繼續保存是一種累贅的時候，也將很自然地選擇丟棄。可見，如果不能對晶體原料和作品進行妥善處理，大規模地組織“大晶體制作”活動對環境的危害著實堪憂。

因此，在組織“大晶體制作”活動時，教師應教育學生將晶體材料和剩余物品交由學校保管，學生有需要時可隨時申請取用，這樣既可避免污染環境，又能節約資源，應是對剩余實驗材料的最佳處理方式。

4 活動效果

活動結束后，筆者面向學校初三學生開展了問卷調查（共發放問卷270份，回收有效答卷258份，有效率95.6%），并對學生提交的39份活動報告進行分析，通過定量和定性的角度，從實施狀況、作用強弱和活動表現三方面對活動效果進行評估，分述如下。

4.1 學生的參與面較廣

在258份有效答卷中，表示參加了“大晶體制作”活動的學生171人，參與率66.3%。在參與活動的學生中，表示“與同學合作”的占54%，“與家人合作”的占12%。可見，學生的參與面較廣，且多數學生是與他人合作完成的。特別是，現在獨生子女家庭居多，家長的參與，既體現了對孩子動手實驗的支持，又可確保活動過程的安全，還能融洽親子關系，是一種非常值得提倡的家庭實驗合作方式。

對于未能參加活動的87位學生，筆者從個人興趣、家長支持、活動方法、時間和器材條件等方面調查其原因（可多選），統計結果如圖4所示。可見，認為“沒有藥品或儀器”、“沒有活動時間”的學生約占60%，認為“沒有實驗興趣”、“不知道怎樣制作”的學生約占40%。析其原因，從活動的組織過程看，學生應該不可能在儀器藥品和實驗方法方面存在太大的困難。退一步講，在整體參與率已近七成的情況下，對于身負多個中考學科學習壓力的初三學生，一時難以找到開展家庭實驗的時間，甚至缺乏動手興趣和熱情也是完全可以理解的。

4.2 實驗的成功率較高

筆者將“大晶體制作”活動過程細化為購買藥品、動手制作、做出晶體、撰寫報告、上交報告、獲得獎勵等六個環節，讓參加活動的學生做出選擇，從中了解學生的完成情況。調查顯示，在參加活動的171名學生中，能制得晶體的共計157人，占93.5%；在制得晶體的學生中，上交活動報告的僅71人，占41.5%。

可見，雖然學生并未系統學習溶解和結晶知識，卻擁有較高的實驗成功率，這說明學生具有較強的自學能力和動手能力；而活動報告的上交率不高，則說明學生的成果整理意識和文字表達能力有待提高。

4.3 對化學學習具有較強的促進作用

筆者結合“大晶體制作”活動的內容，從基本概念、實驗技能和情感態度三個維度設計了10項指標，要求參加活動的171名學生分別用數值1～5對各項指標的作用強弱進行賦值。各單項指標的調查內容、均值、標準差和三個維度值，以及總均值、克隆巴赫系數（Cronbachs Alpha）統計見下表。

結果顯示，本部分調查的克隆巴赫系數（信度）達0.872，說明結果信度較高。調查總均值以及基本概念、實驗技能和情感態度的維度值都接近“強”等級，說明活動能對學生的化學學習產生較強的促進作用。10個單項中，“好奇心”、“實驗興趣”、“動手意愿”、“對溶液的理解”、“配制溶液”等項目的均值較高，標準差較小，說明促進作用明顯，學生認同度較高；而“實驗報告書寫”項目均值雖然也較高，但標準差較大，說明學生的認識分歧較大，這也與前文敘及的活動報告上交率僅占41.5%相佐證。endprint

4.4 活動過程體現了學生獨特的創造性

學生在“大晶體制作”活動過程中的創造性，主要表現為從化學的視角認識身邊的物質，感受化學的神奇，運用已有的知識和經驗嘗試著去解決活動中遇到的具體問題，在解決問題的過程中優化方法、獲取新知。這可從學生提交的活動報告進行考察。

有學生經過多次嘗試，本已探索出制作晶體的方法。后來，她突發奇想，花了足足一個小時，用鐵絲繞了一個蝴蝶圖案，信心滿滿地放入硫酸銅飽和溶液中，結果卻發現“鐵絲變成了紅色，而晶體則除了在連接蝴蝶的棉繩上結有幾小粒外，其余全部落在杯底”。她查閱資料，認為“鐵是不可以與硫酸銅溶液放在一起的，因為它們會反應生成硫酸亞鐵和銅，晶體不會結在鐵上面”。而這，是她在制作晶體時尚未學到的新知識。

也有學生先后制作了四件晶體作品，每一次都有不同的收獲：第一次直接結晶制作“藍寶石”，發現“硫酸銅溶液的濃度越高越好，用煤氣加熱比水浴更高效”。第二次制作“心星之火”時，先將雙面膠纏在銅制模型上，再往上面灑晶體小顆粒，發現“雙面膠只能粘上一點點”。放到溶液中培養后，“雖然覆滿了藍色晶體，但并不穩固，碰一下就掉了”。在意識到用雙面膠粘晶體不合理后，她拆開雙面膠，纏好棉線，重新培養，結果“努力沒有白費，終于得到‘心星之火，心情也是前所未有的激動”。此后，她又繼續制作了“點點星光”、“初之冠”。她說：“每一次實驗都是進步的過程，化學帶給我的不僅是知識，更是快樂！”

4.5 活動成果展現了學生豐富的想象力

學生的想象力主要表現在對活動成果的藝術化加工和撰寫的感想體會中。作品的藝術化處理方式有多種，除了加工成“耳環”、“項鏈”、“發夾”等飾品，用綠葉、鮮花加以襯托美化，扎制模型制成形態各異的晶體外，有的學生還將自己的活動情感賦予作品命名之中。

有學生制作了花狀的明礬晶體和蝴蝶狀的膽礬晶體，他用綠葉襯托明礬晶體，名曰“篇Ⅰ·花之夢”，配以“昨夜閑潭夢落花，可憐春半不還家”；將膽礬晶體置于盆景中，名曰“篇Ⅱ·蝶之舞”，配以“留連戲蝶時時舞，自在嬌鶯恰恰啼”；讓花狀明礬與蝴蝶膽礬相互映襯，名曰“篇Ⅲ·蝶戀花”，配以“翻階蛺蝶戀花情，容華飛燕相逢迎”。該創意處理顯得頗有文藝范。

5 研究啟示

課外家庭實驗具有原料易得、時間自由、過程開放、探究自主的獨特優勢，是教師演示實驗和學生分組實驗的有益補充，對提升學生的化學素養具有無可替代的積極作用。教師在組織學生開展家庭實驗活動時，要致力于家庭實驗氛圍的營造，要通過活動任務的驅動和展評平臺的激勵，最大范圍地調動學生參與活動的積極性。要將關愛環境作為活動的目標追求，引導學生盡量使用生活代用品，并做好殘余物的統一回收和無害化處理工作。在家庭實驗活動中，如果學生確須使用某些專業器材、藥品時，學校可在確保安全的前提下，開放實驗室或供學生借用器材藥品。要鼓勵學生針對實驗中遇到的問題開展深入探究，要設法讓學生在家庭實驗的過程中獲得珍貴的過程和情感體驗。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2011.

[2]人民教育出版社課程教材研究所化學課程教材研究開發中心.義務教育教科書·化學（九年級）（上冊）[M].北京：人民教育出版社，2012.

[3]人民教育出版社課程教材研究所化學課程教材研究開發中心.義務教育教科書·化學（九年級）（下冊）[M].北京：人民教育出版社，2012.endprint