創(chuàng)客教育引領(lǐng)下的化學實驗創(chuàng)新與探索

■甘肅省臨澤縣教育局 趙建銀

創(chuàng)客教育實際上是融合技術(shù)的一種，其遵守開放創(chuàng)新、探究體驗的全新理念，旨在通過創(chuàng)造中學來培養(yǎng)現(xiàn)代創(chuàng)新人才。而化學實驗教學可依托創(chuàng)客教育思維和創(chuàng)客技術(shù)來改進化學實驗儀器，利用數(shù)字傳感器來完善實驗教學方式，從而挖掘出化學實驗的根本價值。我將結(jié)合現(xiàn)有的教學實驗，重點探究創(chuàng)客教育背景下的化學實驗創(chuàng)新問題。

一、創(chuàng)客教育簡析

（一）內(nèi)涵

創(chuàng)客教育集創(chuàng)客文化和教育于一身，它關(guān)注學生的興趣，依托項目學習，應(yīng)用數(shù)字化工具，主張造物，提倡分享，強調(diào)團隊協(xié)作能力、獨立解決問題能力與創(chuàng)新能力的綜合培養(yǎng)。

（二）特點

1.參與性。創(chuàng)客教育強調(diào)學生的親身參與，旨在通過參與來增加知識積累，豐富經(jīng)驗，在設(shè)計、組裝和形成過程可能出現(xiàn)改進的情況，但所有過程全部由學生親自完成，教師在此過程只發(fā)揮著引導(dǎo)者的作用。

2.綜合性。創(chuàng)客作品不能單純依賴某個特定學科內(nèi)容，其作品構(gòu)建通常經(jīng)由目標任務(wù)設(shè)定、結(jié)構(gòu)設(shè)計和實踐操作達成。目標任務(wù)設(shè)定是學生依照生活經(jīng)驗，經(jīng)由內(nèi)部交流確定待設(shè)計作品。結(jié)構(gòu)設(shè)計依托目標任務(wù)開展，此操作的完成要求學生主動查閱文獻，認真總結(jié)，確定操作步驟和相關(guān)儀器等。在實踐操作環(huán)節(jié)，會應(yīng)用物理以及數(shù)學等方面的內(nèi)容。

3.趣味性。一個作品從最初設(shè)計到最終完成，通常會讓學生獲得一定的成就感，且在創(chuàng)客實踐過程，學生也會和其他同學共同討論，進而得出結(jié)果，這會在很大程度上提升學生的興趣。

（三）價值

1.促進個人發(fā)展。基于創(chuàng)客教育，學生擁有更多的實踐機會，并可接觸和學習現(xiàn)代高端技術(shù)，大大刺激了學生的創(chuàng)造欲望。同時，經(jīng)由小組合作交流與教師的專門引導(dǎo)，可幫助孩子萌生更多新穎的想法，使其愿意動手實踐，通過上述探索，學生們能夠?qū)W到更多的知識，且易于消化與吸收。

2.有利于教育系統(tǒng)升級。推廣創(chuàng)客教育能夠改善教學方法和師資隊伍等教學因素，并可引導(dǎo)家庭和社會等不同力量自主構(gòu)建創(chuàng)客空間，將創(chuàng)客文化滲透到家庭內(nèi)部。近幾年，涌現(xiàn)出了大量的優(yōu)質(zhì)創(chuàng)客空間，這使我國教育系統(tǒng)得到了全面變革，并朝著創(chuàng)新教育整體目標逐步深入。這一變化在某種程度上影響了現(xiàn)有的人才培養(yǎng)模式，加快了其轉(zhuǎn)型升級，可幫助國家培養(yǎng)更多創(chuàng)新型人才。

3.推進課程改革。有關(guān)專家指出，不斷建設(shè)和推廣創(chuàng)客課程能夠解決以往教育活動中的問題，推進課程改革。

二、化學實驗教學現(xiàn)狀

目前，化學實驗教學存在不足，這在某種層面上阻礙了化學教學的正常發(fā)展。其不足主要表現(xiàn)在下述幾個方面：其一，部分教師由于儀器或者未完全掌握實驗技巧，一旦遇到偏難的實驗便選擇回避或者放棄，以理論講述實驗；其二，某些實驗成功的可能性不大，但教師也未進行反復(fù)實驗，直接將其在課堂上演示，陷入失敗的困境，阻礙了后期教學活動的開展；其三，雖然近幾年加大了在實驗室方面的建設(shè)力度，配備了相應(yīng)的桌椅，但是實驗儀器整體仍然偏落后，甚至有些儀器還存在嚴重缺陷，若不立即改善，便不能達成實驗標準；其四，課本上收錄的實驗并非完全理想，某些在材料選取、裝置選取和環(huán)保標準等方面存在不足；其五，學生在實驗創(chuàng)新方面的意識淡薄，不明白為什么要改進以及如何創(chuàng)新，通常較為被動，缺少思考、參與和創(chuàng)新。由此可知，初中化學實驗亟待利用創(chuàng)客教育進行創(chuàng)新。

三、創(chuàng)新策略

（一）利用3D打印優(yōu)化實驗教具與儀器

創(chuàng)新教育的全面普及要求去精英化，并在課堂教學中應(yīng)用編程和人工智能等現(xiàn)代技術(shù)。我認為應(yīng)利用3D打印等現(xiàn)代技術(shù)實現(xiàn)化學實驗創(chuàng)客，優(yōu)化實驗教具與儀器。某些化學儀器存在縱向連接偏多的問題，例如，錐形瓶在和分液漏斗相連時容易出現(xiàn)傾倒的問題，如果不能用鐵架臺進行固定，則課堂實驗效果將無法保證。為此，我建議應(yīng)用上下鐵圈，經(jīng)由可伸縮式拉桿進行連接的這種防傾倒裝置，借此便可保證實驗效果，而這一裝置可通過3D打印機打印。

（二）依托創(chuàng)客教育思維完善傳統(tǒng)疑難實驗

在互聯(lián)網(wǎng)高度發(fā)展的今天，教師肩上的人才培養(yǎng)任務(wù)愈發(fā)艱巨，基于此，應(yīng)將創(chuàng)新思維和動力有效傳播給學生。假若學生提出一個新穎的想法，這便是創(chuàng)客，當此種思維達成以后能夠帶來意外驚喜。以木炭和氧化銅的反應(yīng)為例，傳統(tǒng)實驗把這兩種物質(zhì)反應(yīng)以后生成的固體混合物傾倒至石棉網(wǎng)上面并尋找紅色固體，在此過程存在銅被氧化產(chǎn)生氧化銅的可能，雖然可利用不同方法來規(guī)避氧化，然而，實際操作中卻面臨著一定的困難。此時，讓學生圍繞這一問題展開探究，尋求解決辦法。某些學生提出把反應(yīng)生成的固體立即放入裝有稀鹽酸的燒杯內(nèi)，這不僅能去除氧化銅，而且能隔絕氧氣。教師協(xié)同學生對這一方法進行了驗證，在實驗過程出現(xiàn)了顯眼的紅色銅單質(zhì)。

另外，在物質(zhì)燃燒實驗中，應(yīng)用硫磺和木炭進行實驗時存在下述缺點：硫磺燃燒過程點燃時間較長，燃燒現(xiàn)象也不明顯，所生成的火焰還較小，并會在燃燒匙中剩余一定的殘留物。產(chǎn)生這一實驗效果的根本原因是燃燒不完全，尤其在課堂演示時，因氣流紊亂不便觀察。為解決上述問題，我進行了一定的改進，對傳統(tǒng)燃燒匙進行了改造，在其上面打造一個特別的洞，呈銅質(zhì)火鍋形，于環(huán)形燃燒匙放入一定的硫磺，利用酒精燈點燃，其火焰十分明顯。此種改進，可大大節(jié)省實驗試劑用量。在傳統(tǒng)實驗中，使用近乎燃燒匙一半量的硫磺方可看見淡藍色火焰。而對其進行改進處理以后，僅僅需要少量硫磺便可看見顯著的實驗現(xiàn)象，且便于操作，成功率較高，并控制了二氧化硫的量，具有一定的環(huán)保性。

（三）借助數(shù)字化實驗傳感器改善實驗手段及方法

借助數(shù)字化實驗傳感器改善實驗手段及方法，實現(xiàn)數(shù)字化學實驗創(chuàng)客。在初中化學中，二氧化碳制備與碳酸分解是主要內(nèi)容，也是難點內(nèi)容，這是因為傳統(tǒng)化學實驗偏向于定性實驗，且教材上只羅列一個較為模糊的知識點，對應(yīng)的定量實驗有限，阻礙了學生對化學的認識。

CO2溶于水會產(chǎn)生碳酸，且碳酸不穩(wěn)定，經(jīng)由加熱處理會分解成CO2與H2O，具體的公式是H2CO3=H20+CO2。在這一分解方程式中沒有標注加熱符號，是因為加熱提高溫度可讓碳酸分解，除這一因素外是否還有其他影響因素呢？當氣體溶于水時，若溫度一定，壓強越大，則氣體溶解性便越大。參照這一結(jié)論可知，若減小壓強，則氣體溶解性便會減小。由此我們可對飽和碳酸溶液實施減壓處理，觀察碳酸是否會分解。在500mL 三頸燒瓶注入大約3/1 的蒸餾水，并直口鼓入CO2，待飽和以后進行密封處理，左側(cè)斜口方向插入注射器，從中抽取氣體，此種方式可減小瓶內(nèi)壓強，實現(xiàn)減壓。在斜口處經(jīng)由壓強傳感器對瓶內(nèi)壓強變化進行測定，同時，在計算機上繪制變化圖像。右側(cè)斜口和pH傳感器相連，借此檢測溶液pH變化，依照pH變化展現(xiàn)碳酸分解的實際情況。

（四）實現(xiàn)生活小創(chuàng)客

基于創(chuàng)客教育，可引導(dǎo)學生將學習化學與現(xiàn)實生活有機聯(lián)系，將實驗結(jié)合現(xiàn)實生活，也可把創(chuàng)客智能機器人教育和化學數(shù)字傳感進行整合，通過手腦并用來解決現(xiàn)實生活，全面提升邏輯思維能力、實踐操作能力、邏輯判斷能力與創(chuàng)新能力。在日常生活中存在這一問題，新買的轎車存在較大的氣味，特別是夏天，經(jīng)過高溫暴曬以后，通常會散發(fā)嚴重的氣味，若使用傳統(tǒng)吸附劑，需要較長的時間，經(jīng)由我的指導(dǎo)和鼓勵，學生做出了下述設(shè)計：基于盒式活性炭吸附劑，增設(shè)由太陽能電池所牽引的一體化風扇，將其擺放到前擋風玻璃下方，經(jīng)由太陽光的驅(qū)動，風扇轉(zhuǎn)動，加快了車內(nèi)空氣的流通速度，可有效除味。如果想應(yīng)用在冰箱內(nèi)，只需要把太陽能電池改裝成電池盒便可。

四、結(jié)語

創(chuàng)新是社會前進發(fā)展的源動力，且現(xiàn)下創(chuàng)客運動在我國也得到了高度應(yīng)用。然而，和創(chuàng)客教育相關(guān)的內(nèi)容卻依舊處在推行期，所積累的實踐經(jīng)驗也有限。基于此，我們應(yīng)強化日常交流，主動學習國外成功的經(jīng)驗，逐步提升自身的素質(zhì)，積極總結(jié)經(jīng)驗成果，全面探索創(chuàng)客教育，加快教育事業(yè)的前進步伐。