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科学趣味实验资源──美国优秀科学实验网站SteveSpanglerScience的介绍

(2012-10-13 07:47:45)
标签:

杂谈

分类: 教学
 

科学实验是理科学科教育的基础,是学生进行探究学习的最佳手段,也是实现新课程教育教学三维目标的主要平台之一。在传统的中小学理科和自然课程教学中,实验往往起着验证知识的作用,没有充分发挥实验引导学生进行主题探究的功能,实验内容联系社会、生活实际甚少。为此在新课程标准和新教材编写中对科学实验的功能和地位做了重新定位,主要体现为以下三点:(1)实验应从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发通过问题探究来巩固和强化双基,培养能力;(2)以实验探究活动为主,使学生体验科学探究过程,激发学习科学的兴趣,促进学习方式的转变;(3)帮助学生认识科学与人类生活的密切关系,关注科学与社会的问题,增强学生社会责任感。因此在新课程背景和理念下,倡导以实验为主进行探究活动,通过实验探究培养学生的观察能力、思维能力、动手能力以及分析和解决问题的能力,转换学生学习方式,实现终身学习。然而支持和开展科学探究需要更多更新的实验资源作为探究的环境,目前国内涉及这方面的实验资源相对贫乏,迫切需要相关的网络资源和网站来支持这一跨世纪人才素质培养的变革。

我们查阅了国外科学实验情况的相关资料,以期获得一些启示;同时通过Internet来搜寻相关资源,经多方查阅找到与新课程很契合的一个优秀的美国趣味科学实验网站,其网址为http://www.stevespanglerscience.com(以下简称为SSS)。该网站建构在从生活→科学→社会的理念上,以生活为出发点,既利于学生掌握科学知识,又促进学生把所学知识融会贯通到社会、生活中,这正好与新课程理念相得益彰。

SSS网站是美国一个提供以趣味活动为主的科学实验网站,网站的宗旨是让科学学习更有趣(Make science fun)。网站提供了一百多个科学实验,尤以化学实验最多,其实验多取材于现实生活中的常见物,实验内容与社会、生活密切联系,很容易激起学生的学习兴趣和探究欲。

一、网站背景

这个网站最初建立时是提供科学实验品、科学工具、教师教学材料、科学玩具销售服务的,同时也提供一些有趣的科学实验。通过12年的不断摸索和发展,该网站已颇具规模,成为以提供科学实验为主的网站。网站主要创办人斯蒂文是一名教师,也是一名商人和教学玩具设计者。他提倡探究式教育和终身式学习,以“Make science fun”为宗旨每年通过网站向广大的教育工作者、学校管理人员、销售商以及学生提供近百个科学实验节目,同时制作成两百多个电视节目。网站把科学概念、科学实验以及它们在现实生活中的应用三者有机地联系起来,以求激起人们对科学的兴趣,同时引发人们的想象与思考。

二、网站结构

网站最主要的栏目有:教师培训(Teacher Training)、实验(Experiments)、视频观看(See the Videos)、顾客服务(Customer Service)等。“教师培训”栏目是面向教师提供实验培训的信息;“实验”栏目提供的上百个科学实验,涵盖了化学、电学、植物学等15个方面,而且实验多以生活为出发点,简单又有趣;“视频观看”提供了上百个实验录像,可直接登陆网站观赏;“顾客服务”为网上感兴趣的客户提供科学实验仪器、材料、科学玩具的销售等。

三、网站特点

该网站最有特色的栏目就是“Experiments(实验)”。实验密切联系社会、生活中的实际问题,新颖有趣,它们具有如下特点。

1. 知识覆盖面广。该网站提供了一百多个科学实验,包含的科学内容有15个方面,表1列出了其实验内容及每个内容中的实验数目。

表1 实验目录分类

http://www.pep.com.cn/oldimages/pic_285059.jpg

 

其中化学实验多达45个,具体的实验内容见下页表2。

2. 密切联系生活与社会,有利于培养解决实际问题的能力。几乎全部的实验都来源于真实生活。实验材料多来自我们的身边,实验现象也都是日常生活中常见的,从而把人们引入真实的问题情境,激起人们的兴趣,去探究实验现象背后隐藏的科学概念、科学原理。通过实验将科学事实与真实世界、真实情景三者联系起来,既激起课程学习兴趣、促进知识的掌握,又解决了他们面临的生活和社会实际中的问题,达到了学习科学的目标,实现科学教育的真正意义。

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下面列举两个典型的趣味科学实验实例:

(1)薄荷糖的喷泉实验(见图1)。实验仅需要一瓶2.25 L的碳酸饮料和一盒薄荷糖,这在超市很容易购买到。打开碳酸饮料瓶子,把一盒薄荷糖迅速倒入其中,碳酸饮料就会立刻喷出来形成约1米高的喷泉。因为在薄荷糖里除了含白砂糖、葡萄糖,还含有一种让薄荷糖耐嚼的成分──阿拉伯胶,这种阿拉伯胶与水接触后使水分子的表面张力很容易大幅度降低,释放水中含有的二氧化碳气体。而碳酸饮料中富含大量的二氧化碳,瓶内压强较外界低,打开瓶盖与外界接触后,外界大的压强使得CO2(l)http://www.pep.com.cn/oldimages/pic_285071.jpg CO2(g)平衡右移,溶解在饮料中的二氧化碳迅速以气体形式释放出来,所以当薄荷糖接触到碳酸饮料后,在薄荷糖表面微小的凹点处的晶核形成点,会产生更多的二氧化碳气泡,二氧化碳的瞬间增多,使得饮料瓶内原本就很低的压强更急速降低,外界压强突然间相对更大,于是瓶子里所有的液体受挤压立刻向上冲出,形成了很高的喷泉。这一简单易行的实验,让学生惊叹之余还能学到一些压强影响化学平衡等化学及物理学方面的知识,同时解释了打开啤酒瓶啤酒泡沫溢出的生活现象。

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图1 薄荷糖喷泉实验

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图2 彩色牛奶实验

(2)彩色牛奶实验(见图2)。把牛奶(低脂的最好)倒入一个圆盘中,各滴红、黄、蓝、绿四种色素一滴在牛奶中央,用棉签蘸取少量洗洁精后轻轻接触牛奶中央的色素,可以看见色素以棉签为圆心,翻滚着向四周扩散,形成绚烂的彩色环,改把棉签放在牛奶盘中不同位置,也会有同样的现象。其原理主要是因为牛奶中蛋白质遇碱性色素发生扭曲、螺旋,同时由于有洗洁精的表面张力作用,而产生彩色环的现象。

3. 网站还提供了近百个实验视屏播放材料,点击网站主页上的“See the Videos”栏目就能进入视频播放界面。实验视频生动再现了各种科学实验操作过程,使观众融入到轻松有趣的科学知识学习氛围,在一些实验条件缺乏的学校里,实验视频素材播放可以弥补教学实验的不足。而对于一些危险或耗时的实验,也可播放实验视频素材来达到教学目的。下面介绍一个视频材料实例──T恤设计中的化学(Designer T-Shirt Chemistry)(见图3、图4)。该视频中Steve介绍了T恤上印制图案的化学方法和具体操作。首先他拿出一个杯子,接着用白T恤盖住杯口,再在杯口套上橡皮圈,固定T恤的位置。然后在被固定于杯口的T恤中央滴6滴墨水(也可以用另一种颜料填充到墨水中间)。慢慢地大约挤20滴医用酒精到圆环的中心,当医用酒精(浓度为75%)被织物吸收,墨水就从中心扩散成圆形图案,像朵漂亮的花。等它自然风干3-5分钟再继续做其他图案。这样一件漂亮的印花T恤就做成了。Steve让儿子穿上了这件印花T恤。通过视频我们知道了如何给T恤印花,此外深入探究其原理就会使学生了解相关的分子运动等方面的知识。该网站视频丰富直观,功能强大,稍有点遗憾的是仅供网上观看,不能下载。

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图3 T恤印制图案

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图4 完成印花T恤

4. 实验具有很强的操作性和探究性。实验从我们身边的一些意想不到的现象出发,让人眼睛一亮,很容易引起学生的兴趣。同时只要认真思考就会发现部分实验结论存在不确定性,有一定的探究空间,学生很容易找到实验材料,亲自体验实验探究,这样学生不仅掌握了知识,培养了解决问题的能力,同时还培养了学生的科学态度、科学方法和科学精神。

在新一轮高中课程改革的形势下,要求科学教师能创造性地组织教学活动,激发学生的学习热情。创造性组织教学活动就是意味着教师要结合本校学生的实际情况,调整教学内容,创设真实问题情境;在深入挖掘课本资源的同时,还必须重视拓展利用各种校外资源,与社会生活联系起来,采用家庭实验、趣味小实验等新型的探究方式。该网站所提供的实验大多数设计与选择简单易行,可操作性强。实验材料多来源于我们身边的物质,通过有趣的实验探究,来巩固和丰富所学知识,“寓乐于学”,增强运用知识解决社会和生活中问题的能力。而丰富的学科知识使学生感觉到对自己的生活有帮助,能够提高自己的生活质量,会激发学生求知的欲望、探索的勇气。网站适用对象广泛,通过调整和语言翻译后可直接应用到教学和研究性专题学习,还可用于对科学感兴趣的学习者进行普及型科学教育。

可以预计,我国不久也将会有更多类似SSS科学教育的实验网站,来支持这场跨世纪人才培养的变革。

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