走进化工企业 提升科学素养——浅谈高中化学学科如何进行科技研学活动

《普通高中化学课程标准》提出：“从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发，帮助学生认识化学与人类生活的密切关系，关注人类面临的与化学相关的社会问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力。

”要达成这个目标，仅靠课堂教学难以实现。

开展科技研学活动是培养学生科技素养的重要途径。

走进化工企业——化学课外科技研学活动嫁接社会资源，不仅可以激发学生学习化学的兴趣，还可以有效提升学生科学素养，从而为培养出更多高素质科研型人才打下坚实的基础。

下面，以笔者所带班级的研学实践为例，谈谈如何有效地进行校外科技研学活动。

一、高中化学课外科技研学的案例
（一）前期准备
1.针对研学目标选取适合的企业
笔者选择的企业一直致力于科学前沿产品的研发与生产，并力争打破其它国家的垄断。

因此，实地参观该企业非常有利于学生科学素养的培养。

化学科学素养包括五个维度：宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学精神与社会责任。

实地学习化学实验方法和先进的科研仪器，可以很好的培养学生宏观辨识与微观探析能力；实地参观工业生产流程，可以有效的培养学生变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知能力；实地了解科学前沿产品的研发，可以激发学生科学探究与创新意识；面对面与化学科研工作者交流研发的新产品对中国乃至整个社会的影响，可以帮助学生树立科学精神与社会责任感。

笔者先实地考察了几家化工企业，然后结合我们高中化学教学实际，最后确定了适合学生参观学习的化工企业——湖北鼎龙控股。

2.研学前对学生的学习指导
在参观活动前一周，我向学生简单介绍了该公司正在生产销售的产品类型及正在研发的产品，当学生听到该公司刚研发出的新材料用于即将面世的折叠手机时，都表现出极大的兴趣，恨不得马上就去一看究竟。

为了实地参观能让学生获益最佳，笔者指导学生利用周末时间先上网查阅资料，了解该企业的发展历程及研发的产品特点，然后认真复习该公司生产过程中涉及的课本知识，如胶体、纳米材料、硅的性质、工业三废的处理方法等。

并把自己的疑问提前写在记录本上，如：新产品如何从研发到生产再到用户手中，化工生产与环境保护如何实现统一等。

（二）研学目标和内容的设计
1.由课本到实践的感知
为了让学生增长见识，笔者首先让学生在该企业任职的一位化学博士的带领下参观了企业的科学实验室及先进设备。

在科学实验室，学生亲眼见到化学研究工作者规范的操作、专注的观测、严谨的分析；学生还见到了以前只从老师口中及课本阅读了解的红外光谱仪、能量色散型光谱仪、扫描电镜和色谱分析仪等，化学博士还亲自指导他们如何
走进化工企业提升科学素养
——浅谈高中化学学科如何进行科技研学活动
■武汉市十九中刘艳玲
中小学教学
用这些仪器进行检测，并大致了解了检测的原理及全过程。

这样把课堂教学与实际有效的联系起来，加强了学生宏观辨识与微观探析的能力。

2.结合教学需要，了解生产流程
为了让学生对化工流程有比较清晰的认识和体会，并透彻领悟工业流程的一般模式和需要注意的问题，笔者带领学生较详细地参观了解了一种新产品的诞生过程：首先是研发，研发一般由一位博士带领几位研究生或本科生先进行大量查阅相关前沿文献，然后确定几种可行性方案，再经过无数次试验，调整温度、湿度、压强、溶剂等最终确定新产品制备方案。

接着就是小试、中试，中试成功后，再进一步放大，就涉及到生产车间的设计及设备的采购与安装，然后才是大生产，产品出厂前都会经过品管部门的合格检测。

结合教学中工艺流程的需要，笔者特意请工程师重点讲解了生产流程部分，如原材料的投放，溶解的选择，反应条件的控制，原材料与能源的充分利用，工业三废的处理等，为学生学习工业流程培养证据推理与模型认知能力。

3.为了提高学生的环保意识
学生从教材上知道绿色化学的核心是从源头上减少或消除污染。

为此我们重点实地参观了解了工业三废的处理过程，该化工企业三废主要在于废水的处理，常用的方法有沉降法、氧化法、沉淀法以及微生物降解法，分离出来的物质他们一部分会回收再利用，一部分作为副产品卖给需要的公司，经一系列污水处理之后，检测达到排放标准才可以排放，达标排出的废水不会对环境造成污染。

4.及时满足学生求知欲，增设交流环节
学生参观完后意犹未尽，他们很想知道中国的化学技术水平当今在世界上处于什么地位，他们想知道若他们以后想从事化学这个行业，现在应做哪些准备，以后侧重哪一块更有发展空间，他们还有太多急切想要知道的东西。

笔者在征得该公司同意后，安排了学生与化学博士交流环节。

平时老师无论怎么讲学生都觉得理想很遥远，但出自站在面前的化学博士之口，他们一下就觉得理想其实很近，每一天的努力都在朝理想靠近，也让学生们对未来的路清晰起来。

（三）研学活动总结和延续
返校后，为了让活动对学生产生的影响更深入，让学生能有更深层次的思考与感悟，笔者让学生就感兴趣的方面再次上互联网查阅相关资料，并结合本次研学的收获感想形成小论文，笔者挑选了几篇思想有深度的小论文，并让他们与同学分享。

在交流过程中，有学生说：我以前学化学知识只为了取得好分数却不知道有什么用，走进化工企业才发现，原来我们高中学的化学知识已经应用在化工生产的方方面面了！还有的学生说：我们平时只要一谈到化学就只想到污染环境，没想到化学在增强国力，在国与国科技大战中起着这么重要的作用，而且严控把关三废处理其实是不会造成环境污染的……
二、高中化学课外科技研学活动的成效与意义
1.培养了学生的科学精神，强化了学生的社会责任感
在了解该公司彩色化学碳粉产品制备过程中，学生知道其原理运用了胶体的分散与聚沉，制备碳粉的过程首先是将各组分均匀分散成几百纳米的微小颗粒，然后将这种分散好的纳米颗粒分散体系通过温度、浓度、搅拌等条件的严格控制，使其再均匀聚沉得到所需要的微米粒子。

这种实际生产过程中胶体化学知识地应用，使学生亲身体会到自己所学的化学基础知识具有很强的实用性，而且深刻理解了粒子形成的大小与条件的选择密切相关，必须严格控制条件才能达到实验目的。

此外，学生通过对该产品从研发到生产整个历程的了解，知道该公司科研团队经过无数次试验，无数次矫正改进，历时5年终于研制出的彩色聚合碳粉，成功打破了国外技术垄断，填补了国内化学打印耗材的空白，也使彩色聚合碳粉的市场价格降为原来的四分之一。

同时学生也切身感受到我国科技工作者为了提高我国科技实力所付出的艰辛努力，更认识到化学在现代科学技术发展中的重要作用。

通过对彩
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色聚合碳粉研发过程的了解，不仅坚定了学生努力
学好化学的决心，培养了学生的科学精神，也让学
生深刻体会到自己今后应该承担的社会责任。

2.拓宽了学生的科学视野，激发了学生的科研热情
在带领学生参观目前最热门的光电半导体产
业产品（即柔性显示屏和化学机械抛光垫）时，学生
表现出非常高的热情，他们对手机屏幕是如何实现
折叠感到很好奇，于是笔者请专家对此疑问作了简
单讲解（因涉及工艺保密不宜详细讲解），柔性显示
屏所用的主要材料是由小分子单体二元胺和二元
酸酐聚合而成的高分子材料，在早期主要用于航空
航天领域，现在逐渐走进高科技光电领域，因为这
种材料具有很高的拉伸强度，可以耐500℃的高温，
因此在柔性显示方面得到很好的应用。

在专家的介绍下，学生对化学材料在目前高科
技行业的应用有了一定认识，也初步接触到知识产
权问题，学生还了解到芯片制备过程中所用到的硅
晶圆、抛光垫、清洗液等化学材料，这些都令学生眼
界大开。

同时专家还给出了一些关键词让学生们
去查询相关的资料，以加强进一步理解，并希望学
生们学好化学以后为国争光。

在整个参观过程中，因为在参观前有准备，学
生们提出了很多问题，比如柔性显示屏是通过哪些
工序制造出来的，我国的材料科学与发达国家相比
差距有多大，将来若想做化学研究现在需要做那些
准备等等，专家都一一耐心地给他们做了解答与指
导，学生深刻感受到化学不仅与日常生活密切相
关，还是很多高科技产业的基础，我国国力的增强
与化学有着千丝万缕的关系。

3.养成了学生的科学方法，增强了学生的环保意识
在参观仪器分析室时，在工程师的指导下几位学生小心翼翼地进行了部分操作，他们认真的态度赢得了专家的肯定，其他学生都投去羡慕的目光。

工程师接着给学生普及了一些规范操作知识，还讲了几件历史上因为不当操作和不当处理化学药品所造成的大事故。

返校之后，学生做实验不再像以前那样手忙脚乱，试剂乱放桌上一团糟了，而是先认真吃透实验原理、理清操作步骤再动手实验。

学生最后还参观了工厂的废水、废气处理系统，其中主要用到了吸附法、沉淀法、氧化法等。

废水的处理过程是先使用胶体的聚沉知识把较大颗粒的悬浮物沉积下来、再通过三级氧化进一步除去对环境有害的污染物质，直至达到环境友好标准再排出。

而三级氧化中工业上非常有名的芬顿反应，就用到高中常见的化学试剂双氧水，芬顿反应即双氧水与亚铁离子的混合物将很多难降解的有机物氧化的过程。

还有为了节约成本减少污染，化学与生物联手用微生物降解等。

废气的处理主要用到物理吸附、紫外光氧化等。

这些把课本上学习的理论知识与生产实际充分结合，让学生学习不再迷茫，知道学有所用，只有经历过真实的化学情景，学生对知识原理的认识才能更深刻。

这次研学过程中学生深刻体会到化学不是很多人认为的专门制造污染的科学，而是切实为人类物质生活方方面面带来舒适便捷的一门科学，造成环境污染只是某些少部分人没有正确运用化学知识的缘故。

因此，学生环保意识明显增强，在校园里大力宣传垃圾分类的益处，还组织了校园环境监察小组等。

责任编辑郑占怡
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