让创新能力在化学实验教学中成长

管 俊

（溧阳市光华高级中学 江苏溧阳 213300）

让创新能力在化学实验教学中成长

管 俊

（溧阳市光华高级中学 江苏溧阳 213300）

4月29日《纽约时报》刊登了美国著名专栏作家大卫·布鲁克斯题为“最大的问题”的文章称，美国之所以能够在20世纪称霸全球归功于美国的教育发展，其实最主要的原因是由于他们首先奏响了人类向知识时代进军的乐章，全力培养全新的适应社会发展需要的创新型人才。诺贝尔奖得主贝克尔说：“现代经济的前途在于知识经济，而知识经济的核心是持续创新的人才。”化学是一门以实验为基础的学科，实验具有其特殊的地位，它不但生动、直观、而且能形象地揭示化学反应的本质和规律。所以在实验教学中，要真正树立学生为主体的教学理念，使学生不仅能亲眼看、更要亲手做，甚至能加以改进，从被动接受知识转为主动积极地探究，从而激发学生的创新意识，培养学生的创新精神进而提高学生的创新能力。

一、逐层深入地设置实验问题，巧妙激发学生的创新意识

我曾提出过这么一个问题：将一张白纸放在地上，人是否一定能跨过去？大多数学生不假思索地回答：“当然可以，简直太容易了。”但我说，你们的回答不完全正确，因为如果将白纸放在墙角，你还能跨过去吗？学生们都陷入了沉思。创新意识是人类意识活动中的一种积极的、富有成果性的表现形式，是人们进行创造活动的出发点和内在动力，是创造性思维和创造力的前提。而青年学生又是最少保守思想、最容易接受新生事物、最富创新精神的一个群体，一个国家未来的发展靠青年学生，发展的希望就是创新，要建设创新型国家，必须从培养学生的创新意识着手。化学的学习，知识与技能的迁移并不是简单地将已有的知识、经验“移位”或简单机械地模仿，而要在面对新的问题情境时，能快速找出新旧知识之间存在的共同点，从而确定所需解决的新问题应该归属于现有的何类知识的延伸或扩展。

培养学生创新意识的最重要环节就是实验操作的严谨态度和探究习惯。在实验教学中，老师一定要要求学生认真观察和理解每一个步骤和方法，而不是简单的因循守旧，依葫芦画瓢，要严格按照实验操作流程，对非正常、不明显、甚至错误的实验现象进行深入分析，从而追索实验操作过程中的不当之处等。在教学过程中，教师更要善于启发学生联系所学的基本概念、基本理论，自觉形成与新知识对比的习惯，进而融会贯通，最后形成自己独到的见解，创造性发现问题并解决问题。

在高三拓展氢氧化亚铁的制备时，对于这种在试管中进行的性质实验，完全可以放手先让学生自己动手先操作。大部分学生都会不假思索地按照常规方法开始操作，颤颤巍巍地先在试管里加入少量新制的硫酸亚铁溶液，然后滴加氢氧化钠溶液。结果当然可想而知：沉淀不是白色而是先灰绿色，慢慢又变成红褐色。这时，就可以抛出问题了：“为什么会这样？”学生们很自然进入思考状态，因为他们已经具备知识基础，知道那是因为氢氧化亚铁很容易被氧化。教师可以趁热打铁继续问：“为了尽可能避免带入氧气，操作时，应该怎么办？，这时候学生就会争论，表达各自不同观点，有的说加铁，有的说通氢气，等等。“操作时可以这样改进，氢氧化钠溶液不是按照常规方法滴入，而是将滴管伸入液面以下。但是尽管如此，白色沉淀仍然不太明显，为什么？那么，还能怎么办？”学生们立即体会到刚才的措施其实不完备，进而更深入的思考和探索，一方面要分析讨论加铁有什么弊病，部分学生就会学生意识到加铁会干扰观察白色沉淀，而通氢气操作不方便。另一方面要能提出更简便可行的方法。全班同学都表现出了极大的兴趣，整个教室议论纷纷。此时教师只要四两拨千斤，稍加点拨，实验室是如何保存容易被氧化的药品的呢？学生们立刻恍然大悟，联想到钠、钾、白磷等容易被氧化的药品的保存都是采用液封的原理，所以，可在盛硫酸亚铁溶液的试管中先加入与水不互溶且比水轻的有机物，如苯、汽油等来隔绝空气，然后再将滴管伸入液面以下滴加氢氧化钠溶液，这样得到的白色沉淀现象就十分明显了。整个过程只是把学生认为理所当然的实验过程稍加改变，但是问题却伴随着思考的深入一步一步出现，最后解决。效果比起一般的按常规顺序教师自己操作显而易见要好的多。

又如：如图所示装置。问：该装置作用？同学们几乎是脱口而出——收集气体（集气瓶）。经过中考的洗礼，学生对这个作用印象太深刻了。接着有个别同学说，可做洗气瓶。过了一会儿，有个学生说可做量气瓶。此时，教师首先肯定学生的回答，继而问：“作为集气瓶时可收集那些气体？”回答有前面学过的代表性气体氯气、二氧化硫、二氧化碳等一些密度比空气密度大的气体。那么，如何收集呢？A管进，B管出。接着又问：能不能收集氢气、甲烷等一些密度比空气密度小的气体呢？这时，大多数学生不假思索的说，不行。学生已有的认知就是收集密度比空气小的气体要么排水，要么瓶口向上，绝对不可能瓶口向上的，这样的认知几乎已经形成了定势了。“但是有些学生则认为可以，那又如何收集呢？”最后共同探讨得出结论：B管进，A管出。如果瓶内装满水则可收集难溶于水的气体，又怎样收集呢？B管进，A管出。假如将瓶口向下，情况又如何呢？那么，作为洗气瓶时，气体应从哪个管进？（A管进）。作为量气瓶时，气体由哪个管进？（B管进）。用此运用此装置可否测量出二氧化硫气体的体积？有些学生认为不可以，因为二氧化硫溶于水。有些学生认为可以，二氧化硫溶于水，但可以在广口瓶中不装水，而装汽油、苯等不溶二氧化硫的溶剂。

除此以外，此装置还可作贮气瓶、安全瓶等。

这样一系列问题的逐层深入和解决，不但纠正了学生固定的思维模式，更让他们体会了运用创新能力解决真实问题的喜悦，从而潜移默化地激发了他们的创新意识。毫无疑问，如果在实验教学中经常运用这种逐层深入式的探讨方式，不但可以培养学生在认知过程中提升观察、探索、思考和推敲的能力，在学到必要和扎实的知识基础上，又不盲从墨守成规的知识习惯，更巧妙激发了每个学生潜在的创新意识。最后很自然地让创新意识成为解决每个问题的习惯！

二、持续反复地体验实验喜悦，巩固加深学生的创新热情

每个人成长过程中都听过安培把马车当成黑板的故事，一个人只有对所研究的问题产生浓厚兴趣并坚持锲而不舍地探究真相的情况下才能最终收获创造性思维的喜悦成果。实验是一种探索性活动，因此，在实验教学过程中，教师要恰当地激励和表扬学生的创新成果，不断增强学生创造的自信心，充分激发他们创新的热情，平中求趣求真，在化学创造实践和老师的赞赏和鼓励中不断磨砺创新意识，优化创新方案，体会创新成果的喜悦，才能持续不断的加深学生的创新热情。

在学习苯酚时，可以让学生通过设计实验来比较苯酚羟基上的氢原子与乙醇羟基上的氢原子活泼性的差异。在学习乙醇时，通过金属钠分别跟乙醇和水的反应的实验得出钠跟乙醇的反应不如钠跟水的反应剧烈，即水分子中的氢原子比乙醇分子中羟基上的氢原子活泼，所以，在解答第一个问题时，不少学生都将钠投入乙醇和苯酚水溶液中进行比较。而这时教师可以提醒苯酚溶液中本身有水，学生马上会意识到钠会与水反应，此方案不可行，可是苯酚在常温下是固体，与钠不容易反应，怎么办？此时教师再稍加点拨，只要将苯酚变为液体即可。学生们恍然大悟，立刻展开充分的讨论，提出一个又一个方案进行实验。学生们有的加热，有的将苯酚溶于苯中，有的将苯酚溶在乙醇中，还有的将苯酚和乙醇放在同一个水浴中加热到50℃～60℃。至此，教师就可以进一步引导学生运用科学研究的方法去分析问题，让学生进行再讨论，这优化几个方案，直到最后得出苯酚分子里羟基上的氢原子比乙醇分子里羟基上的氢原子的更活泼这一结论。

又如在验证苯酚钠溶液与二氧化碳反应的产物是苯酚和碳酸氢钠，而不是碳酸钠这一事实时。学生们首先想到用氯化钙。因为熟悉碳酸钠与氯化钙反应会生成碳酸钙沉淀，而在碳酸氢钠溶液中加氯化钙则不会产生沉淀。无论此方案是否可行，都可以让学生亲自实验，即向澄清的碳酸氢钠溶液中加入氯化钙溶液，结果也产生了白色沉淀。学生对出现这一现象感到简直不可思议，这时就需要教师进行点拨了，因为当溶液中c（Ca2+）和c（CO32-）的乘积达到CaCO3的溶度积常数时，就能产生CaCO3沉淀。通过实验利用事实来说明用氯化钙来验证这一方案是不可行的。这时学生们有些不知所措，教师可加以引导，可以采用反证法，即如果产物是碳酸钠，那么碳酸钠和苯酚不就能共存了吗？学生们茅塞顿开，实验证明向苯酚的浑浊液中加入碳酸钠溶液，观察到浑浊液变澄清，说明碳酸钠与苯酚并不能共存，会发生化学反应，从而证明苯酚钠溶液与二氧化碳反应的产物只可能是碳酸氢钠。像这样在整个教学过程中，从提出问题开始，到解决问题为止，学生始终处于不断思考、积极探索的学习情境之中。实验的验证，方案的优化，改正到最后结论的得出，都能使他们初步尝试到科学探索的乐趣，这无疑会激发他们创新探究的热情，培育其创造性，让学生接受科学方法的系统性训练，使他们学会研究与探索的常用方法，永远带着热情和疑问去探索问题，保持对问题高度的敏感性和好奇心，更有利于提高学生的科学素质，培养学生的创新精神。

三、科学客观地引导实验设计，成长完善学生的创新能力

实验设计是引导学生进行探究性学习，养成良好的自主学习的习惯的好途径。在实验设计的教学中，教师除提出问题，做出适当引导外，主要给学生创设问题情境（实验现象、思考、讨论、理论分析等），使学生亲自去感受、探索、查证问题的关键所在，寻求解决问题的最佳方案。因此，在实验教学中教师要重视培养学生的创新意识，将结论的发现权通过实验、引导交给学生，使学生的创新能力在边实验、边讨论的氛围中得以培养和提高。

曾有人说，中国学生有“三好”：基本功好，书本知识好，考试成绩好；美国学生有“三强”：动手能力强，演说能力强，创新能力强。中国学生参加国际化学奥林匹克竞赛以来，一直是理论分高于实验分。为了改变这种情况，就要求教师在教学中注意引导学生：“不受已有知识和经验的局限，鼓励突破和创新；不受现有答案的局限，鼓励发挥自己的新见解；思考问题不受时间和空间的局限，鼓励进行移植和新的组合思维的直觉性和跳跃性”（杨振宁语）。

如让学生通过实验验证铜和浓硝酸反应产生的混合气中含有一氧化氮。拿到这道题，学生首先想到的就是除去二氧化氮，认为一氧化氮不能与碱反应，于是用氢氧化钠来除去二氧化氮。而忽视了这个反应NO2+NO+所以此方法不可取。如先降温液化二氧化氮，则由于水的存在会发生反应3产生新的一氧化氮，干扰原产物的检验。经过反复思考、推敲，最后得出只有先除去氧气，然后除去水，再使二氧化氮液化，才能验证有一氧化氮。通过设计实验使学生逐步从模仿、联想到求异、创新，激发他们的创新热情，培养他们的创新能力。

在实验教学中把实验作为提出问题、探索问题的重要途径和手段，这一点，在化学作为小学科，强调减负增效的今天，已成共识。 在具体实施过程中，我个人认为还要强调以下几点，一是在课堂教学中要尽可能逐层深入地设置实验问题，利用问题来展开，激发和培养学生的创新意识；二是要尽量给学生提供更多的机会，如变演示实验为边讲边实验，增加探索性实验等，让他们亲自动手进行探究；体会创新成果的喜悦，从而增加解决问题的热情。三是要通过设置疑难问题、讨论启发等方式，引导学生积极思维，大胆想象，使学生始终处于不断探索的情境中。长此下去，学生的创造性思维必能得到很好的发展，对待科学的创新意识和态度将会逐渐形成，创新能力也必然提高。套用学生自己的一句话说“化学实验课从来没有要睡觉的感觉，一直很紧张，很兴奋，很期待。”这也正是我们要追求的教学效果。

1008-0546（2011）08-0020-03

G633.8

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10.3969/j.issn.1008－0546.2011.08.009