張桂林+文豐玉

摘要：簡述美國國家化學周的歷史沿革及發(fā)展歷程，重點介紹2016年美國國家化學周—— “化學解謎”實驗活動，并對科學閱讀、未來化學家等活動板塊作簡要介紹及評析。對我國化學教學的幾點建議是：（1）聯系生活，培養(yǎng)核心素養(yǎng)；（2）以學生為主，實施自由教育；（3）整合資源，關注STEAM教育；（4）警鐘長鳴，重視安全與綠色教育；（5）加強科普，傳遞化學正能量；（6）理實結合，促進認知方式發(fā)展。

關鍵詞：美國國家化學周；實驗活動；活動介紹；STEAM教育

文章編號：1005-6629（2017）8-0093-05

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

1美國國家化學周歷史沿革及發(fā)展歷程

“國家化學周（ National Chemistry Week）”源于澳大利亞。1982年，澳大利亞皇家化學研究院（ Royal Australian Chemical Institute）將其發(fā)展為年度科普盛宴。1987年，美國首次在華盛頓特區(qū)舉行了慶祝游行活動。1989年以來，美國化學會（American Chemistry Society）于每年的10月份舉辦美國化學周活動，迄今已成功舉辦了26屆，2016年美國國家化學周于10月16～22日舉行。表1列舉的是21世紀以來美國化學周歷年活動主題。

從歷年活動主題可見：美國國家化學周活動緊密聯系科學、技術、社會及環(huán)境，讓人們感受到化學無處不在，體會化學在人類生活中的重要意義。

2 2016年美國化學周活動介紹

2.1 2016年美國化學周實驗活動介紹

實驗活動一直都是美國化學周的特色，其生活化、趣味性及便捷性等亮點備受美國大眾的青睞。2016年美國化學周實驗活動貫穿“取證一解謎”的思維方式，使國民在實驗活動中學習簡單的化學知識及原理，體驗科學探究的樂趣。

2.1.1時隱時現的墨水

大量影視作品或魔術表演中會出現“傳遞密信”的鏡頭，其原理是某些物質在不同條件下呈現不同的顏色。姜黃根中含有姜黃素（C₂₁H₂₀o₆在酸性、中性環(huán)境中呈黃色，在堿性環(huán)境中呈橘紅色，利用姜黃素這一理化性質，可以實現“傳遞密信”。

[實驗用品]

1張黃色圖畫紙、姜黃根粉末（可在超市的香料類購買）、小碗、蒸餾水、95%醫(yī)用酒精、棉簽、噴霧瓶、堿性玻璃清潔劑

[實驗步驟]

（1）配制“墨水”（黃色的溶液）：取1個小碗，加入1/8茶匙姜黃根粉末、1湯匙（15mL）水、1/2茶匙（2.5mL）醫(yī)用酒精，并不斷攪拌至完全溶解。

（2）將黃色圖畫紙平鋪在桌面上，用棉簽蘸取“墨水”在紙上寫字。

（3）風干后，向黃色圖畫紙噴灑堿性玻璃清潔劑，可觀察到黃色圖畫紙上出現橘紅色字跡。

[安全提示]

（1）必須穿戴好護目鏡和防護服。（2）禁止食用實驗材料。（3）在通風環(huán)境中進行，實驗桌面需覆蓋報紙。（4）實驗結束后要洗手。

[補充說明]

姜黃素的結構式為：

向姜黃素中加入堿性玻璃清潔劑，調節(jié)溶液pH，當pH大于8時，姜黃素分子兩端羥基發(fā)生電子云偏離的共軛效應，姜黃素溶液會由黃變紅，由此可將其作為酸堿指示劑。

該實驗活動以生活用品為原料揭示了“顯字”的奧秘。簡單的實驗操作、直觀的實驗現象讓民眾體驗到化學實驗的趣味性，亦可作為九年級化學中溶液酸堿性檢驗實驗的擴充。

2 .1.2果汁偵探

純果汁（100%果汁）是以水果為原料，經壓榨、離心等物理方法得到的汁液產品，整個過程不加水和食品添加劑。而由食用著色劑勾兌的劣質飲料，對人們的身心健康影響甚大。實驗利用果汁顏色在堿性環(huán)境中是否改變來鑒別果汁優(yōu)劣。

[實驗用品]

兒童飲料（櫻桃味）、果汁（草莓味）、蔓越莓汁（葡萄汁）、皂粉、3—5個小碗（玻璃片）

[實驗步驟]

（1）取3個塑料碗，分別編號1、2、3。

（2）向1、2、3號小碗中分別加入少量（約15mL）不同的果汁。

（3）分別向3個小碗中加入2.5mL皂粉，觀察現象，并將其記錄在表2中。

[安全提示]

（1）必須穿戴好護目鏡和圍裙。（2）禁止食用實驗材料。（3）實驗結束后要洗手。

[補充說明]

本實驗選用皂粉的主要成分是椰油皂基，其水溶液呈堿性，向果汁中加入皂粉的目的是形成堿性環(huán)境。食用著色劑性能穩(wěn)定，因而由Yellow^#6（日落黃）、Red^#40（誘惑紅）、Blue^#l（亮藍）等食用著色劑勾兌的飲料在堿性環(huán)境中并不會改變顏色。而純果汁在堿性環(huán)境中會改變顏色，如本實驗中純櫻桃汁加入皂粉后會由橘紅色變?yōu)轾Z黃色；純草莓汁加入皂粉后會由熒光紅變?yōu)楹稚?；純葡萄汁加入皂粉后會由羅蘭紫變?yōu)楹稚?/p>

2.1.3指紋顯現

手指先接觸到油脂、汗液或塵埃后，再接觸到干凈的表面會留下指紋，雖然肉眼無法看到，但用粉末法能使指紋顯形。

[實驗用品]

可可粉、毛刷、4—5張白紙、玻璃片、相機（放大鏡）、透明膠帶

[實驗步驟]

（1）用手指在鼻子上摩擦并按壓在玻璃片上。

（2）在玻璃片按壓的部位刷上少量的可可粉，輕拍使多余的脫落。

（3）用毛刷輕輕刷動粉末。

（4）當有指紋紋線顯出時，應順其紋線的走向進行刷顯，待指紋顯出將毛刷上粉末抖凈，再用毛刷將被顯物體上的多余粉末清除干凈。endprint

（5）用膠帶將模糊指紋粘取下來，按壓在玻璃片上，并用放大鏡觀察指紋紋路。

[補充說明]

人的皮膚由表皮、真皮和皮下組織3部分組成。指紋是表皮上突起的紋線，可分為3類。第一類是明顯紋，即目視可見的紋路；第二類是成型紋，在柔軟物質上按壓后發(fā)現的指紋；第三類是潛伏指紋，是身體自然分泌物經轉移形成的紋路。粉末法顯現的潛伏指紋是依靠指紋物質與粉末之間的機械吸附作用。當指紋殘留物接觸到粉末，由于粉末自身的彎面曲度，就會在粉末內部形成壓力缺陷，從而使粉末顆粒吸附到指紋殘留物上而顯出指紋。刷粉是公安在刑事偵查過程中顯現潛伏指紋最普遍、最簡單的方法。其優(yōu)點在于操作簡便，顯現率較高，不需要精密的儀器，即使是業(yè)余人員也可通過簡單的培訓迅速掌握。本實驗可作為中學生課外趣味實驗，以豐富實驗教學內容，提高學習興趣。

2.1.4甜蜜的DNA

DNA（Deoxyribonucleic acid）是一種雙鏈結構的分子。DNA雙螺旋結構中含有4種含氮堿基，分別是腺嘌呤（ Adenine）、胞嘧啶（Cytosine）、鳥嘌呤（Guanine）和胸腺嘧啶（Thymine）。DNA兩條鏈的堿基順序彼此互補，其復制規(guī)律為：腺膘呤（A）與胸腺嘧啶（T）配對、鳥膘呤（G）與胞嘧啶（C）配對。公民可根據這一規(guī)律親手搭建DNA雙螺旋結構模型。

[實驗用品]

2條歐亞甘草根、4種不同顏色棉花糖、12根筷子

[實驗步驟]

（1）使用不同顏色的棉花糖編碼腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T），A：綠色；T：粉紅色；C：黃色；G：橘色。

（2）將一條歐亞甘草根平放在桌面上，設定DNA中一條鏈從上到下的順序為：TAGACTAGTTTG。

（3）按照上述順序及顏色編碼規(guī)則，將棉花糖插入筷子中。

（4）按照DNA復制的規(guī)律，在筷子另一端插入代表堿基的對應棉花糖。

（5）將筷子兩端固定在歐亞甘草根上，調節(jié)棉花糖、筷子與歐亞甘草根間的相對位置，形成DNA雙螺旋結構模型（如圖1所示）。

[安全提示]

（1）注意不要讓筷子扎到人。（2）禁止食用實驗材料。

2.2科學閱讀的推廣

本次化學活動周引入了《顏色在解決謎題和犯罪中的藝術》、《化學揭露藝術贗品》和《DNA之謎》等文章作為開展科學閱讀的素材?！额伾诮鉀Q謎題和犯罪方面的藝術》—文中，通過對犯罪現場的勘察及對物證顏色的分析，成功地偵破案件，并介紹了洛卡爾物質交換定律，證實了顏色在解決疑問中的重要作用；《化學揭露藝術贗品》介紹了根據不同年代的藝術品在用色方面的不同來鑒別真?zhèn)?；《DNA之謎》介紹了人類探索DNA的發(fā)展進程以及DNA與人體的相互關系。文字與圖畫組合呈現的科學瀆物，更有助于學生深入地了解活動主題，同時也是學生了解教材之外的科學概念、科學史及科技進展等的重要途徑，對開闊學生的科學視野有舉足輕重的作用。

2.3采訪未來的科學家

“未來科學家”模塊以訪談形式采訪了在法醫(yī)人類學方面有重要研究成果的工作者，介紹其工作和成長經歷。如Bill Bass博士是田納西州大學人類學的一位退休教授，其主要工作是通過在犯罪現場對受害者人體骨骼、DNA以及死亡時間的實驗研究，協助聯邦政府、州及地方執(zhí)法機構收集證據以偵破相關案件。1970年，Bill Bass博士在田納西州大學建立了尸研所，全身心地投入對人體骨骼的研究，其勇于探索的研究精神與一絲不茍的T作態(tài)度對學生職業(yè)生涯規(guī)劃起了引導作用。

3教學建議

美國化學會經過精心的設計，開展了一系列有趣的科技實驗活動，其創(chuàng)新的理念和新穎的內容是其長久不衰的主要原因。反觀國內的化學教學，存在實驗內容涉及面窄、聯系生活不緊密、創(chuàng)新能力弱等問題，由此對國內化學教學提出幾點建議。

3.1聯系生活，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

化學學科核心素養(yǎng)是指從化學學科角度促進學生終身發(fā)展和社會良好運行的以化學知識、化學思維、化學觀念為基礎而形成的具有化學學科特征的素養(yǎng)。培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)是現代基礎教育的本質，學生只有親身經歷學習活動過程，才能將體驗成果內化成穩(wěn)定的、可遷移的科學思維。本次化學周實驗貼近生活實際，例如果汁偵探就包含著與公眾日常生活息息相關的化學知識，同時也引發(fā)了對食品安全的思考。同時密信制作、指紋顯現也是大量影視作品中的橋段，學生能在生活中感受到化學的存在，理解化學知識、掌握原理和方法，進而意識到化學對人類生活的重要影響。建議以生產生活、實際現象為載體，設計與科學、技術、社會、環(huán)境等內容相關的探究性實驗，讓學生在情境體驗中、知識獲取中及實驗探究中，采用微觀或模型分析等實驗手段進行取證，培養(yǎng)學生的“宏觀辨識與微觀探析”“證據推理與模型認識”“實驗探究與創(chuàng)新意識”等化學核心素養(yǎng)。

3.2以學生為主，實施自由教育

所謂自由教育便是順應孩子天性，要求注重實踐，從做中學；關注榜樣作用，重視三觀教育。美國化學周活動以其鮮明的主題性和實驗活動的趣味性、可行性激發(fā)了學生的探究欲，使學生在活動中學習，通過活動發(fā)展學生的感官，豐富感性經驗，以期學生能獨立思考并獲得判斷的自由。同時設計采訪未來化學家活動，以先進人物的先進事跡，讓學生進行自我剖析，激濁揚清，去偽存真，樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀。在當今教育背景下，化學教育者要借鑒自由教育思想，堅持“以生為主”的原則，樹立全新的教育教學觀念，充分體現學生的主體地位，從不同角度提高學生學習的主動性，促使他們主動參與到教學活動中，全身心投入到學習中，積極思考，敢于發(fā)問。同時在化學教學中融人化學史，通過介紹化學史的發(fā)展和著名化學家的事跡，能夠激發(fā)學生學習化學的積極性、民族自豪感和認同感，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和科學態(tài)度。endprint

3.3整合資源，關注STEAM教育

STEAM教育是對STEM教育的補充，是科學（Science）、技術（Technology）、T程（Engineering）、藝術（Arc）、數學（Mathematics）的整合，其本質是在眾多獨立的學科中建立一座新的橋梁，為學生提供整體認識世界的機會。要求學生以跨學科的方式發(fā)現和解決問題，把零碎知識變成互相聯系的統一整體，實現教育的整體性。美國化學周體現出STEAM教育理念，每一次化學周的開展，不單單是向國民傳遞化學學科思維，也緊密聯系物理、生物等相關學科。比如此次活動中的指紋顯現、甜蜜的DNA就與生物學科息息相關，利用相關的化學反應現象和特質，結合高科技的檢測技術，提取科學的線索，并表達了對藝術的追求。建議在教學內容的選取上遵循多樣化原則，以跨學科的方式將不同學科的教學資源予以收集、整理、重組、整合，形成有利于學生理解的教學內容，并設計全新的教學模式，以完善教學活動。

3.4警鐘長鳴，加強安全與綠色教育

近年來，發(fā)生的一次次實驗室事故給化學教育工作者敲響了警鐘，培育學生良好的實驗安全意識刻不容緩。此外，面對日益惡化的環(huán)境，構建環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會也迫在眉睫。早在1991年，美國化學會（ACS）就提出“綠色化學”這一口號，旨在從源頭消除污染。2010年美國化學活動周期間，Jennifer Young也在《Inspiring the GreenChemists of Tomorrow With Movies》一文中表達了對綠色化學的追求。在本次化學周活動中，實驗試劑均采用無毒、無害、無污染的綠色制品。建議化學教育工作者盡量開發(fā)綠色實驗，在保證實驗效果的前提下，盡量減少實驗試劑用量，簡化實驗裝置，使實驗小型化、微型化；同時借鑒美國化學周實驗活動設計形式，強調實驗安全，明確指出實驗安全規(guī)則及具體注意事項，做到不傷害自己、不傷害別人、不被他人傷害。

3.5加強科普，傳遞化學正能量

傳統化學對環(huán)境影響甚大，以致公眾對化學存在一定偏見。為轉變公眾對化學的觀念與態(tài)度，新世紀以來，美國國家化學周多次推出體現化學服務生活的主題活動，如“化學與藝術”、“這是你的家：都是化學帶來的”、“化學：我們的健康，我們的未來”、“化學裝扮我們的世界”等，向社會公眾，特別是中小學生，普及正確、積極向上的化學知識。建議化學教育工作者時常組織學生收集有關化學與人類衣食住行緊密聯系的資料，設計能解決生活難題的化學實驗，開展化學學科普宣傳活動，以體現化學源于生活、化學服務生活的思想，從而使公眾對化學有一個更全面、更客觀的認識。

3.6 理實結合，促進認知方式發(fā)展

科學的認知方式包含事實依據、邏輯關系、審辯性思維3要素。在化學領域，需由實驗現象邏輯推理以提煉理論，再用審辯性思維檢驗理論以尋找新的事實，如此循環(huán)以促進認知的發(fā)展。本次活動中的“果汁偵探”詮釋了科學認知方式的形成過程，以果汁顏色在堿性條件下是否發(fā)生改變這一客觀事實來推斷果汁的優(yōu)劣，并用批判性的眼光審視溶液的pH對果汁顏色的影響，從而構建完整的科學思維體系。身處信息爆炸時代，審辯性思維不可或缺，對事實持客觀的懷疑態(tài)度，才能促進科學的再發(fā)展。建議在教學活動中，組織學生廣泛閱讀科學材料，發(fā)現未觀察過的事實現象，形成探究性問題，并多次進行實驗以檢驗事實的真?zhèn)?，實現理論與實驗的完美統一，促進學生科學地認識世界。

總之，關注美國國家化學周，是希望國內化學教育工作者能汲取其中養(yǎng)分，組織開展形式多樣的教學活動，幫助學生全面認識化學，理解化學帶給人類的積極作用，從而提升學生對人類、對社會、對自然的責任感。endprint