化学活动小课题素养影响大乾坤

摘 要 ：针对学生开展化学小课题研究活动基本环节中的关键性问题,结合具体案例,阐述了课题的选择思路与原则、课题的培训内容、怎样推进研究进程以及如何撰写论文与进行答辩等.最后,总结开展化学课外研究活动对学生问题意识、实验意识和实验能力的增强、化学思维严密性的提升以及化学间接经验的建构等方面的影响.

关 键 词 ：课外活动；课题研究；综合素养

文章编号：1005C6629（2014）7C0026C04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

2012年年初,笔者指导高一年级12位学生,以“油”为主题开展了“地沟油的制取与检测”等三个化学小课题研究活动,后来又指导这些学生参与“硫酸铜大晶体的制作”活动.笔者通过历时两年的观察、比较与分析,发现无论是在化学新授课教学还是在高三复习中,参加过课题研究的学生的问题意识、实验能力、思维的严密性以及处理问题的能力等方面都要优于其他学生.可见,开展化学小课题研究活动,对于学生化学综合素养的提升有着积极的影响.

1.课题选择

考虑到学生的知识能力、实验条件与活动时间等方面的限制,课题的针对性与适宜性则成了课题选择的首要因素.在选择课题时,指导教师对课题研究的方向、方法与成果等要进行预测和评估,以提高课题研究的可行性,也便于指导学生开展活动.

1.1 选题要贴近生活

化学课题研究要引导学生从生活走进化学,并应用化学知识去解决生活中的化学问题.宜选择学生身边的小问题作为研究对象,让学生感受到生活处处皆化学,并用化学视角来审视身边的世界.

化学课题也要突出化学学科特点,既可以是物质的制取,如“利用烟油制取家用洗涤膏”；也可以是物质性质的探究或物质检测,如“纯碱清洗厨房烟油的最佳条件”；还可以是有关STS问题,如“环保袋真的环保吗”.当然,将上述选题思路综合起来,也可以作为课题的选项.

1.2 课题要紧扣学生的知识结构与能力水平

化学课题要紧扣学生已有的知识结构,让学生有兴趣、有能力进行探究,但又要能在教师的指导下,借助于新知识、新方法,“跳一跳摘到桃子”.如果课题的内容和研究手段都脱离了学生的实际,学生就会觉得困难重重,其探究的积极性和课题研究价值就会受到影响.

1.3 课题要与研究条件相匹配

课题实验中用到的实验装置和基本操作都是中学常用的,并尽可能在实验室里完成,以增加实验探究的可操作性.例如,将混合油水经过“用纱布过滤→分液→漂白去色→用餐巾纸过滤”制取地沟油,实验过程中用到加热、过滤、分液、吸附漂白等都是中学阶段常用的实验基本操作,在实验室里能够顺利完成.

囿于学校的实验条件和实验资源所限,有时需要借助于其他学校或者是社会上的资源.为确保研究活动的顺利推进,要为课题小组提供必要的书籍资料和上网便利,并开放实验室.

1.4 研究活动要突出综合性

当然,选择课题除注重实用性之外,还要注重研究活动的综合性.课题的综合性有助于学生综合能力的培养,可以实现研究活动教育影响的最大化.

2.课题培训

课题选定之后,指导教师要对开展课题的研究模式、方法手段以及研究过程中涉及到的新知识进行必要的培训辅导,以便为课题研究的顺利展开做好铺垫.

2.1 研究模式与实验原则

首先向学生介绍开展课题研究的一般思路和研究方法,让学生知道研究什么和怎样研究.在化学课题研究过程中要用事实、数据去说明,通过定量实验得出的结论才会严谨、逻辑.比如,控制变量法是开展课题研究活动中常用的一种实验方法,即将影响实验结果的诸多条件中的一个条件作为可变,其他条件保持不变,以此来探寻此条件的变化对实验结果的影响[1].

2.2 新的知识内容

在探究化学问题时,经常会涉及到一些学生尚未学习的知识内容,因此,有必要对学生进行提前辅导.比如,高一学生在还没有学习选修5《有机化学基础》的情况下,学生开展“地沟油的制取与检测”课题研究,就要首先指导学生自学相关内容,然后讲解油脂（酯类）的水溶性、密度与熔点等.

2.3 新的技术方法

在探究活动中会用到一些中学阶段尚未接触到的技术和方法,因此,有必要结合原理进行讲解.同时,也可以利用学生开展课题研究的机会,向学生拓展一些前沿的化学探究技术,如手持技术等.

3.课题研究

为提高课题研究的效率,要对小组成员进行分工,具体落实小组成员的职责,并由一位组长负责召集协调.

3.1 理论研究先行

化学课题研究,采取的是一种开放式的研究方式.小组成员在已有化学知识的基础上,以解决具体问题为中心,利用书籍和网络资源,对研究对象进行检索、筛选、分类、鉴别和处理,并设计出研究方案和实验步骤.对于资料中有争议、有出入的内容,则要用实验进行验证,以确定最佳方案.课题研究方案经过小组讨论后交由指导教师审核.只有在理论上可行的方案,在实践中才有可能成功.

案例1 地沟油的检测方法

学生通过资料查阅,了解到地沟油与食用油的组成性质差异,并设计出三种对比检测方法：

（1）食物经高温熬煮后,部分有机物分解成可电离物质；同时,食物在烹调过程中添加了食盐等调味剂,在水相中具有良好的溶解性和导电性.因此,可以用检测水相电导率的方法鉴别地沟油与食用油；

（2）食用油在烹调之后,再与水、金属、微生物等作用,酸败程度高,导致地沟油的pH较低.因此,可以用检测水相pH的方法鉴别地沟油与食用油；

（3）由于地沟油是动物油和植物油的混合物,其中动物油含量高,相比植物油,其黏度和凝固点都较高.因此,可以用凝固法鉴别地沟油与食用油. 3.2 对问题给予方向性指导

对于在研究过程中出现的问题,指导教师虽然知道改进措施,但也不宜直接告知.而应当只是提出改进的方向,让学生自己动手进行尝试,让学生体验到实验探究的艰辛和乐趣.否则,只是简单“照方抓药”式的操作,其探究价值得不到体现,其课题研究意义也大打折扣.

案例2 制冷剂的选择

用化学方法让地沟油降温凝固,学生首先想到要选择溶解时吸热的物质作为制冷剂,经查找发现实验室里只有KNO3和NH4Cl两种能降温的物质.这两种物质中哪种物质的降温效果更强一些?如何设计实验进行探究呢?

此时指导老师进行引导：当比较两种物质性质上的差异时,只能采用控制变量法进行对照实验,首先要分析影响这两种物质降温效果的因素有哪些,然后加以控制.这样得出的结论才会严谨.

于是,学生在教师的指导下做了KNO3和NH4Cl降温效果的对比实验：用2支试管各取10 mL水（16.3℃）,分别加入1.0 g KNO3和1.0 g NH4Cl,然后迅速振荡使KNO3和NH4Cl全部溶解,用温度传感器测量溶液的温度变化：

可以发现,同质量的NH4Cl比KNO3的制冷效果更好些,于是最终选择了NH4Cl作为制冷剂.

3.3 鼓励学生创新实验

由于中学生的化学知识有限,而要解决具体的化学问题,只能靠方法的创新去弥补知识的不足,这在客观上为学生创新能力的培养提供了土壤.

案例3 自制热过滤装置

学生在模拟制取地沟油的过滤环节遇到了问题,常常只过滤了一小部分油就已经凝固了（室温16.3℃）,此时,学生在教师的鼓励下尝试改进过滤装置.学生在网络上搜索到如图2装置,但考虑到实验室没有此装置,因此课题小组就对该装置进行改进,设计出如图3装置,利用生石灰与水反应放热,可在一定时间内使过滤顺利完成[2].

4.课题报告

将实验过程和研究结论以论文的形式呈现出来,通过论文答辩进一步发现课题研究中存在的问题,以提升课题研究的严谨性和论文书写的规范性.记录研究过程的所想、所感与所悟,加强自我反思改进,从而养成严谨的治学作风.

4.1 依照格式撰写论文

撰写课题研究论文,既是梳理研究活动的过程,更是科研思维的逻辑化、条理化和科学化过程.通过撰写论文,让学生初步掌握论文的写作模式,对学生以后从事课题研究起到了规范化作用.

案例4 论文的书写格式

“地沟油的制取与检测”的论文书写格式：

一、课题的研究意义.主要说明为什么会选择这个课题,这个课题要研究什么,研究这个课题有什么现实意义.

二、实验过程.包括地沟油的制取与地沟油的检测.需要说明在哪里取餐饮废油水（制取地沟油的原料）更有代表性,模拟制取地沟油有哪些操作步骤,在实验过程中遇到了什么问题以及怎样解决问题,制取的地沟油与食用油在外观上有何差异；地沟油与食用油的组成性质有何差异,如何利用性质差异进行检测,实验结果如何.

三、实验结论.分析实验事实与实验数据,提炼得出实验结论.

四、建议与体会.根据“实验结论”指导人们如何使用简易方法区分地沟油,怎样回收餐饮废油水,如何加以利用.

汇集整理小组成员在开展课题研究活动中的感想、感悟与收获.

指导学生按照论文的书写格式将实验研究过程进行梳理、完善.论文经课题小组讨论修改后再交由指导老师审阅.

学生的研究论文不仅要强调研究的过程、结论和活动收获,对实验过程中出现的一些异常现象和数据也要进行分析与讨论.

4.2 模拟答辩

课题小组就研究成果进行论文答辩,一方面,保障了学生参与课题研究的真实性,同时,也训练了学生的理论水平和语言组织能力.

为了让学生能够胜任答辩,可召集课题组成员和班级其他学生进行模拟答辩.首先由课题组中心发言人阐述课题的概况,然后其他学生进行提问,该课题组成员集体进行释疑.这样通过一问一答,课题组成员对课题的原理、过程和结论有了系统、深入的掌握.在答辩过程中出现的疑惑,课题小组再进行理论修补和实验完善,这样课题的研究不再是想当然,而是有理有据,并且更加全面、逻辑与严密,小组成员的思辨能力也得到了极大地训练与提升.

案例5 为什么选择沸石漂白地沟油

在回答其他学生提出的“为什么选择沸石漂白地沟油”时,课题组成员讲述了实验的探索过程：课题小组首先考虑到选择SO2、氯水和活性炭进行漂白,但SO2的漂白性是暂时性的；氯水具有强氧化性,会氧化地沟油,并会对后续地沟油的检测产生干扰；而用活性炭进行实验后,发现活性炭的细颗粒残留物导致地沟油的颜色更深,无法起到漂白作用.后经过查阅资料并进行实验,最终选择了沸石.

4.3 评价反思

无论是研究日记、活动感悟,还是答辩时评委老师与其他学校学生的提问,以及研究成果的获奖等,这些以促使学生反思改进为手段、以促进学生发展为目的的评价方式,实现了学生个体成长发展的最大化.

在研究活动和成果展示中,小组成员之间进行了充分的交流与讨论,通过“头脑风暴”,学生分析问题和解决问题更有了深度和广度.小组成员在研究过程中结成的互助关系与友谊,在后续的学习与生活中仍然延续着.

案例6 活动感想

有一位学生在答辩时感叹说：这种比赛不仅需要参赛者具有一定的知识储备,还要求参赛者具有缜密的思维和准确的口头表达.每当我们表达得不够严谨,或者表达得不够准确时,别的同学就会揪住这一点,不断地向我们提问.而且,一旦我们的回答不够完整或详细,又会引起别的同学的提问.

还有一位学生在活动总结时说：我爱化学,我爱实验,我爱答辩.如果以后还有这样的比赛,我还要参加,并会全力以赴,做到最好.

5.课题影响

参加课题研究活动学生的问题意识、实验意识和实验能力明显增强,这种影响在后续的化学学习过程中表露无疑.这些学生在以后课堂上的提问更多了,问题也更有了深度.在这些“领头羊”的带领下,班级的学生不再“乖乖”地去听了,而是会提出自己的看法与思考,会带着质疑的眼光去思考问题.当他们遇到疑惑时,首先想到是设计实验来解决,而不是简单地从理论上进行逻辑推导,这种依据实验的思维方式是学生化学素养提升的明显标志.

无论是实验条件的设定,还是数据的处理与分析,都要从“量”的角度进行思考与分析.从定性到定量,学生的思维方式有了质的跨越,学生体会到定量研究的必要性,其严谨、规范的思维能力得到了提升.

参与课题实验研究的学生,其相对丰富的直接经验对于化学间接知识的建构,也明显优于其他学生.学生在课题实验过程中产生的问题,他们会在后续的化学学习中特别留意和关注,这也是引领他们探索化学知识的引擎.