强化化学实验教学 培养学生创新思维

强化化学实验教学  培养学生创新思维
 
 摘  要：化学实验教学具有直观性、生动性和探究性等优点，在培养学生动手操作能力、激发学生对化学学习的浓厚兴趣、促进创新思维的发展等方面有着独特的作用。因此，在化学教学中教师加强挖掘化学实验中的各种资源，加大对各种实验功能利用，拓展、延伸实验教学内容，让学生在参与化学实验的全过程中，通过不断的提出疑问，不断的进行猜想探索，把培养学生的创新兴趣、创新意识、创新思维及创新能力有目的、有计划地细化到实验教学的各环节之中。
 关键词：实验教学；培养； 创新思维
 众所周知，化学是一门以实验为基础的自然学科。化学实验教学具有直观性、生动性和探究性等优点，在培养学生动手操作能力、激发学生对化学学习的浓厚兴趣、促进创新思维的发展等方面有着独特的作用。化学实验不仅是感性知识的过程，而且更是一种理性思维的过程。化学实验的每一步都离不开理性思维，通过化学实验能使学生受到从形象思维跨越到抽象思维的训练，实现发散性思维与聚合性思维的统一。因此，化学实验教学是培养学生创新思维的一种有效途径。
 在化学教学中教师加强挖掘化学实验中的各种资源，加大对各种实验功能利用，拓展、延伸实验教学内容，让学生在参与化学实验的全过程中，通过不断的提出疑问，不断的进行猜想探索，把培养学生的创新兴趣、创新意识、创新思维及创新能力有目的、有计划地细化到实验教学的各环节之中。
1  借助趣味实验，激发学生的创新兴趣 
 “兴趣是学习的动力”，只有当学生对化学产生强烈的兴趣，才会积极主动思考，去探索其他的化学知识时，学生的创新潜能才可能被激发，才可能产生创新欲望。中学生正处于身心发展时期，很容易被新异不平常的现象或内容所吸引，这是一种好奇心理[1]。因此教师在教学时必须抓住这一心理特征，利用实验特别是趣味实验的特异现象，引起他们的好奇，调动他们的情感，激发他们的学习兴趣。通过实验可以让学生观察生动、有趣的化学反应现象，从而来激发学生的兴趣和求知欲望，使学生更积极主动去思考，去探索产生此实验现象的内在本质，使学生的创新兴趣得激发。
 例如：在学习浓硫酸的特性时，先做“白糖”变成“黑面包”的趣味实验，学生听实验名称后，都好奇的等待着下文。接着教师做了演示实验：在一个200毫升的烧杯中投入20克左右的白糖（C12H22O11），然后加几滴水，搅拌均匀，再加15毫升的98%的浓硫酸，慢慢地搅拌。（如图一）
 
 学生观察到：白糖先变成了黑色，然后看到黑色的“蔗糖”逐渐膨胀，最后变成了一堆蓬松的“黑面包”，并闻到一股有刺激性气味的气体。在这个变化丰富的实验现象的刺激下，此时学生情绪高涨，议论纷纷，教师借机提出了一系列问题，激发学生的思维：“黑面包”的化学成分是什么？这说明浓硫酸具有什么性质？为什么有气体产生？“黑面包”蓬松的原因什么？下面请同学们分组讨论并通过实验探索一下这几个问题。
 教师巡回，检查各组讨论情况及结果。同学们结合已学的知识，很快得到了结论：“黑面包”的化学成分是C，从C12H22O11        C ，说明从白糖中脱下了水分子，即浓硫酸具有脱水性；因为有气体产生，所以“黑面包”变得蓬松。对于气体成分同学们认为：因实验中闻到刺激性气味，即可能为SO2；若为SO2，则浓硫酸起到了氧化剂的作用，那么还原剂只能是C，因此气体可能还有CO2。此时学生情绪非常高涨，思维活跃，教师进一步激发，提出怎样通过实验证明你们的假设？做实验的关键是什么？同学们议论纷纷，各抒己见，经过一番商议，都认为设计一套合理实验装置，是进行实验的关键。怎样组装实验装置呢？在教师的启发和设疑下，同学们终于设计出了一套较为合理实验装置的方案。（如图二）
 
 学生通过观察实验现象，然后进行分析、猜想、设计实验方案并组装实验装置，最后完成对浓硫酸特性的学习。在整个实验过程中，不仅激发学生的创新兴趣，同时也培养了学生的创新思维。
2  改进演示实验，培养学生的创新意识
 创新意识就是推崇创新、追求创新、以创新为荣的意识或理念。[2]创新意识是创新人才必备的素质，只有在强烈的创新意识引导下，才可能产生强烈的创新动机，树立创新目标，充分发挥创新潜能，释放创新激情。创新意识的培养应贯穿于整个教学过程之中，教师的教学设计要始终渗透对学生创新意识的培养，在教学的各个环节教师要从学生的角度、以学生的眼光审视所遇到的问题，精心设计有利于培养学生创新意识的切入点。
 而演示实验是化学教学中被广泛应用、最有成效的教学形式。教材的实验设计及操作方法虽然经过反复验证，但实际操作中仍存在一些不足，需要对某些实验进行改进。实验改进本身就是在想象的基础上进行的一种创新。通过改进实验常常可以增强演示实验的效果，为培养学生的观察力提供了更为鲜明直观的感性材料，吸引学生进入创新的殿堂，并能激发学生独立思考和创新思维。教师创新演示实验，不但能使学生掌握有关化学知识，而且更起到一个培养示范作用，从而培养他们不迷信课本，敢于用科学的方法进行创新的精神，激活创新意识，进而达到培养学生创新能力的目的。
 例如：用稀硝酸与铜反应制取一氧化氮的实验，由于一氧化氮极易与空气中的氧气化合而生成红棕色的二氧化氮气体，学生很难以从实验现象上直观地得出稀硝酸与铜反应生成无色的NO气体的结论，通过改进的实验装置（如图三），就可以克服上述缺点。
 
 先通过长颈漏斗往U形管中装入稀硝酸至与橡皮塞下端齐平（铜丝浸没在稀硝酸中），并关闭活塞，用酒精灯微热U形管（靠铜丝一端），待U形管中产生均匀气泡后即移开酒精灯，片刻后U形管中的液体因气体产生而被压向另一端，长颈漏斗中的液面上升，最终使U形管中的液体与铜丝相分离，U形管中的无色气体即为一氧化氮，避免了生成的NO气体与空气中氧气接触的可能,而且将NO气体的制备与性质融为一体，既可以清楚地看到实验的主要产物：无色不溶于水的NO气体和蓝色的硝酸铜溶液。此时打开活塞使气体进入圆底烧瓶中，又可演示NO与氧气反应生成红棕色NO2气体，避免了NO2气体对空气形成污染，且该装置能重复使用。 
    此演示实验的改进，不仅使实验现象更直观、更富有吸引力，最重要的是培养了学生的创新意识与创新思维。
 又如：氨与氯化氢反应演示实验的改进：利用硬质玻璃导管，取一条与硬质玻璃导管一样长的透明胶带并粘贴上湿润的pH试纸，放进硬质玻璃导管内，然后在两端分别塞上内蘸有浓氨水和浓盐酸的棉花团的塞子，一会儿就能看到现象：pH试纸一端变红向中间移动，另一端变蓝也向中间移动，但速度不同，在距离蘸有浓盐酸这端约1/3处出现斜的白烟圈。
 此实验不但可以观察到氨气与氯化氢反应的现象，而且可以看到气体运动速度快慢以及气体的酸碱性等。成功的创新演示实验，不但给以示范，并且激活学生的创新意识，同时还培养了创新精神和创造能力。
3  创设探究实验，培养学生的创新思维
 在化学实验教学中，教师要应该不断鼓励学生通过观察、比较、类比等探索手段，提出各种假设和猜想，激活创新欲望，从而培养学生的创新思维。实验教学中的探索性实验要比验证性实验更能激起学生的创新欲望,更有利于培养学生的创新思维。因此，教师在实验教学中，可以适当的选取一些适合探索的问题作为实验内容，并设计一系列有启发性的问题作为铺垫，引导学生运用原有的知识进行猜想、探索，最终能“创新”地解决某些问题。通过探索性实验的教学，使学生创新思维处于非常活跃的状态，进而培养了学生的创新能力。
 例如：高一化学必修1“铝的性质”中有关“正确使用铝制品”的“拓展视野”内容如下：“铝制品表面虽然有致密的氧化膜保护层，但若遇到氯化钠溶液，其中的氯离子会破坏氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀。因此，铝制品不宜用来长时间盛放咸菜等腌制食品”。[3]这是生活经验，学生非常感兴趣，表现出很强的探究欲望，提出“氯离子真的能破坏铝致密的氧化膜结构吗”，教师提供有关知识，师生共同设计实验，并进行实验探究。具体实验方案如下：
 ①取两块未用砂纸打磨过的铝片，一片浸入0.6 mol/L的HCl溶液中，表面有很多气泡产生；另一片浸入0.3 mol/L的H2SO4溶液中,现象不是很明显。
 ②用砂纸打磨铝片去掉氧化膜，再将其浸入0.3 mol/L的H2SO4溶液中，过了一会儿，铝片表面有少量气泡产生。
 ③取两块用砂纸打磨过的铝片，都浸入到浓硝酸中，片刻后取出，用水冲洗干净，再将两铝片分别浸入到0.6 mol/L的HCl溶液和0.3 mol/L的H2SO4溶液中，现象与相同。
 ④向步骤①③中的稀H2SO4溶液中滴加3～5滴NaCl溶液，铝片表面很快有气泡产生。
 最后得出结论：氯离子能破坏氧化膜的结构，加速铝与氢离子的置换反应。
 这样，通过此探究实验不但满足了学生的好奇心理，又培养了学生的创新思维，提高了创新能力。
4  引导设计实验，培养学生的创新能力
 在化学实验教学中，教师应引导学生根据实验目的和原理自行设计实验，让学生自己去发现问题，使学生在实验过程中由被动变主动，使学生的实验技能、知识应用、分析问题及解决问题等诸多方面的能力得到训练，从而使学生的创新思维得以发展，逐步提高学生的创新能力。
 如U形管在中学化学实验中用得不多，但若将U形管与其它一些简单的实验用品配合使用，却有广泛的用途。因此教师可以要求学生运用已掌握的化学反应原理、反应物状态及反应条件，结合U形管结构特征进行设计几种气体的制取简易装置。教师参与学生的讨论，并进行必要的点拨和评价，学生设计出很多种气体实验装置，下面是学生设计的几种有代表性的实验装置及其使用说明：

 （图Ⅰ）          （图Ⅱ）      （图Ⅲ）
    装置Ⅰ适用于粒状或块状固体与液体反应物反应制备气体（常温），如制备H2、CO2、H2S等。液体反应物从左管口注入至塑料档板底部（不能与固体反应物接触），将U形管向右倾斜,即发生反应，正放则停止反应，制备气体就象倒水那样方便。装置Ⅱ适用于粉末状态固体与液体反应（常温）制备气体，如制备Cl2（KMnO4 + HCl），O2（Na2O2 + H2O），C2H2（CaC2 + H2O）、SO2（Na2SO3 + H2SO4）。装置Ⅲ是将U形管的右管截去一半，装上带活塞尖嘴导管的塞子，塞子下面插上铝片或镁条、铜片等，也可用大头针将钠粒固定在塞子下面，从左管口注入NaOH溶液或盐酸、稀硝酸、浓硝酸、水等，直至右管内的铝片等金属完全浸没，不留空气。该装置既可用作制备气体，又可用于储备气体，也便于观察和检验气体，尤其是制备NO，由于右管内的空气已被排尽，反应储备的气体为无色，当启开活塞，喷出的气体则变为红棕色（尖嘴导管上方倒罩一个用碱液润洗后的锥形瓶，以防污染）。

 在学生展示自己的作品中，一些学生从别人的设计中得到启发并给予改进，又产生新的设计，如装置Ⅱ，一位学生提出在U形管的右管中间塞进一团石棉，并在其上放置Na2O2，U形管底部放入CaCO3，胶头滴管滴入稀HCl（如装置Ⅳ所示），用带火星的小木条放在导管口，即可用于检验CO2与Na2O2反应的事实。
 实验设计要求学生具有综合运用知识的能力和创新能力，学生通过综合运用、广泛联系、提出多种可能的实验方案，然后组织学生讨论，鼓励他们从多角度、多层次，对各种方案进行合理评价，对合理的方案安排学生亲自操作。在整个训练过程中，学生思维的独创性、发散性、灵活性就会得到强化，创新能力得到优化。
 总之，在化学实验教学中，教师并不要求学生都像科学家那样有伟大的发明创造，但应重视学生创新思维的培养，要求学生在原有基础上有所突破、有所创新，形成良好的“创新思维的习惯”， 使化学教学真正起到素质教育的作用，使化学教学成为培养新一代化学研究人才的启蒙阵地。

参考文献
[1] 缪  国.利用趣味实验激发学生学习化学的兴趣[J].中国教育技术装备，2008(7).
[2] 王杰瑛.如何呵护中学生的创新意识[J].西部科教论坛,2009.11.
[3] 王祖浩.普通高中课程标准实验教科书•化学（必修1）[M].南京：江苏教育出版社,2003.