在基础化学实验教学中培养学生创新能力的认识与实践

何红运 胡瑞祥 何震

(1湖南师范大学化学化工学院 湖南长沙410081;2中南大学化学化工学院 湖南长沙410006)

近年来，我国高校教师对于如何在实验教学中培养大学生的创新素质、创新意识和创业能力做了大量探索，例如将单一的基本操作训练更改为训练内容与小综合实验相结合，增加综合实验项目比例，构建“一体化、多层次，开放式”的实验教学新体系［1］;将科研项目向教学项目转化，着力开设研究型与设计型实验，建立创新实验平台或基地［2-5］;利用网络教学平台和多媒体技术开展实验教学［6-7］等。本文从基础化学实验教学内容与方法的角度出发，谈谈我们对培养学生实践能力与创新能力的几点做法。

(1)釆用设问教学，培养学生的创造性思维能力。

在基础化学实验教学中，可以通过科学设问让学生逐步理解每个实验操作的道理，有意识地培养学生的发散性思维能力。发散性思维是对同一问题探索用不同方式思维的过程和方法。例如大多数化工产品的制备与提纯离不开浓缩结晶步骤，在传统的基础化学实验中就多次出现这一操作，但不同的实验要求也不同。如氯化钠的提纯实验，在浓缩结晶时，用小火加热浓缩至稀粥状为止;在硫酸亚铁铵的制备实验中，水浴加热蒸发至表面出现一层晶膜;而明矾的制备实验则要求在事先制得的酸性硫酸铝溶液中加入硫酸钾后加热至硫酸钾溶解为止。对于这样一类简单的实验，其中却蕴藏着很多可引导学生深层次思考的问题。对于氯化钠的提纯实验，稀粥状是什么状态?其实谁也不能做出准确的描述，因为稀浓之间没有明确的分界线。我们便设问引导学生思考，如果用8g氯化钠原料，为什么要用30mL水来溶解?氯化钠溶液经过除杂处理后还存在什么杂质?这些杂质的含量大致为多少?杂质的溶解度为多少?氯化钠的溶解度随温度如何变化等等。经过对上述问题的讨论，学生便明确了采用重结晶方法分离提纯物质时，溶剂的量是根据提纯物的溶解度来确定的，浓缩结晶时应留下母液的量也要根据物质的溶解度来判断。氯化钠溶液经过除杂处理后，只留下极少量溶解度相对较大的氯化钾杂质，再根据氯化钠本身的溶解度随温度变化很小，加热时有多少结晶，冷却后其量基本不变的特点，学生便能从理论上估算浓缩结晶时应大致留下多少母液来确定“稀粥状”状态。这样既保证了氯化钠产品的收率，又保证了质量。同时，根据硫酸亚铁铵的溶解度随温度变化较大，明矾的溶解度随温度变化很大的特点，浓缩结晶步骤的控制就很容易掌握了。在教学过程中，我们有意将这3个实验安排在3周内让学生连续来做，以便让学生系统掌握物质制备与分离提纯的基本原理以及针对不同物质在实验方案设计上的差别。实践表明，当学生在做后续的设计性实验“从硼镁泥中提取七水硫酸镁”时，都能编写出可行的实验方案。经验告诉我们，一些传统的实验项目，虽然没有创新的内容，但只要教师用心去教，同样可促进学生的创新思维，提高他们的实际工作能力，实现传承与创新的有机结合。

(2)通过引导解决问题，增强学生的实践能力。

学生在实验过程中会出现各种各样的问题或错误，作为指导教师，应因势利导地去引导学生分析思考，最终自主解决问题。笔者在一次指导学生做最简单的酸碱滴定实验时，用已知浓度的碱(装在滴定管中)去滴未知浓度的酸(固定用量，装在锥形瓶中滴定)，其中一名学生在做完3次平行测定后，发现用碱量两两之间相差10～20mL，且一次比一次多，均远多于其他同学的用碱量。他思考了很久，找不到问题出在哪里，便去问指导教师。指导教师在对他出现问题的原因心中有数后，没有立刻向他指出问题的根源，而是提醒他，请他仔细回顾一下做3次平行实验时的实验用品和操作上有什么差别或不同的地方。他思考了一下回答，除了每次滴定到接近终点时，用来冲洗锥形瓶壁的纯水用量不同外，其他没有什么不同，而纯水的多少是不会影响滴定结果的。指导教师这时向他指出，问题就应该出在纯水的用量不同上，纯水瓶中装的可能不是纯水，而是酸。当这位学生看到他在实验前误以为是装纯水的大试剂瓶上的标签醒目地写着0.2mol·L-1HCl时，他既高兴，又惭愧。高兴的是问题得到了解决，惭愧的是他在取纯水时没有看标签(因平时这个位置大试剂瓶中装的就是纯水)。类似的教学事例很多，只要教师因势利导地去引导学生，就可以有效地培养学生分析和解决实际问题的能力。

(3)改进实验内容，激活学生的创新意识。

爱因斯坦在《物理学的进化》一书中指出:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅是一个数学上的或实验的技能而已。而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步”。在基础化学实验教学过程中，我们注重教师同学生一起对传统实验内容进行改进，使内容单一的实验成为综合性实验，使对环境污染较大的实验成为绿色环保的实验，使现象不够明显的实验成为直观性较强的实验，等等。例如“天然水总硬度的测定”实验，将过去同题实验内容中的一个水样改为含不同杂质离子的4个水样供学生实验，在实验前，由学生到湘江不同河段和岳麓山不同泉水点取水。让学生自查参考资料，设计实验方案，在实验前一周收齐学生的方案，教师批阅后，对存在明显错误的，指导学生更正，最后让学生独立实验，写出报告。从收集的学生实验方案来看，许多学生查阅了不少参考资料，测定方法多种多样，大多合理可行。这样就有效地培养了学生运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神。在化学教学论实验课中，为了让学生充分了解中学化学实验的特点与教学要求，掌握向中学生讲解和演示实验的教学技能，学会选择、设计或改进中学化学实验教学内容，具备从事中学化学实验教学的良好能力，适应中学化学课程及教学改革的新环境，实验教学中心近年来对该门实验课的教学内容与方法进行了全面的改进，将学生分成小组，首先小组内学生分别做同一实验，独立写出实验总结和改进方法，编写指导中学生实验的教案，再由全组学生与指导教师一起进行讲解，集体评课，在总结出一个好的教案后，到附近中学指导学生实验，既当学生，又当老师。这样既能激发学生的实验积极性，增加他们的兴趣，又有助于提高创新精神与教学技能。再如CuCl的制备，这是一个经典实验，传统的实验方法是在10mL 0.2mol·L-1CuCl2溶液中，加入3mL浓盐酸后加热，直到溶液变成深棕色后，迅速将溶液倾入100mL蒸馏水中，观察产物的颜色和状态。这样学生就必须在实验时将溶液加热煮沸10分钟以上，若几十名学生同时实验，实验室将充满有毒的盐酸蒸气，刺鼻难闻，严重危害学生身体健康。我们在与学生一道分析这一实验方法的弊端后，将实验方法改为在一支大试管中加入2g左右NaCl(s)和0.3g左右铜粉，再加入3mL 6mol·L-1盐酸和5mL 1.0mol·L-1CuCl2溶液，充分振摇试管，当溶液的颜色由深棕色变为浅色或近无色时，静置试管，将上层清液小心倾入事先准备好的100mL去离子水中，观察沉淀的颜色。改进后的方法，铜粉颗粒比铜屑细得多，可与液相反应物充分接触，大大提高了反应速度;加入NaCl能提高溶液中Cl-浓度，有利于形成［CuCl2］-离子。学生在实验时，只需要在室温下振荡试管1～2分钟，便可完成实验，既提高了反应速度，又消除了加热产生盐酸蒸气对环境的污染。我们通过与学生一起对传统实验内容及方法进行改进，使学生充分认识到，在目前教学实验中及人们生活生产诸方面存在的问题仍然很多，只要善于观察、积极思考，改进创新的题材到处可取，创新不局限在尖端科技问题上。这样就激活了学生的创新意识，对大学生创新实验的开展起到了促进作用。

(4)强化基本操作，夯实学生的研究基础。

新材料或新物质的制备离不开实验，好的实验方案依赖于一个个的实验操作步骤来实现。一个微小的错误操作，就有可能导致整个实验失败。良好的实验操作是学生未来从事创新研究的基础。学生要掌握良好的实验操作技能，除自身要刻苦练习外，还需要有教师的正确指导。对学生进行化学实验基本操作技能训练，是化学化工实验教学的重要环节，在实验教学过程中，我们主要采取了以下措施:①组织各门实验课负责人及院内其他专家讨论，进一步明确在各门实验课中学生应掌握的实验基本操作，按课程编写化学实验操作要点并印发给学生，每人一册，使学生充分明确应掌握的实验基本操作。②将学生应掌握的各门实验课中的基本操作分解在具体的实验项目中进行重点训练，列出在各个实验项目中对学生进行操作技能训练的具体计划。③强化实验指导教师的责任，强调指导教师要在实验中对学生加强指导，严格要求，并注意因材施教。为有效训练学生的基本操作技能，对学生提出的一般问题只给予提示，引导学生独立解决问题;必要时，也可做示范指导。对于学生应掌握的实验基本操作，首次指导实验的教师是第一责任人，后续实验课程中有同样的操作出现时，后续指导的全体教师是第二责任人。学生毕业时，对应掌握的实验基本操作未掌握到位的，由学院教学委员会组织查明原因，必要时将追究相关教师的责任。在学生实验时，指导教师除了要认真引导学生掌握实验原理、弄清实验方法、正确观察与记录实验现象、获取实验数据并处理外，还要对学生的实验基本操作进行具体指导，以便及时发现学生在实验基本操作上存在的问题并进行纠正。④加强对学生实验基本操作技能的考核。按课程制订实验操作技能考核办法，按照实验基本操作要求，在各门实验课程结束前，对学生应掌握的基本操作逐一进行考核，指导教师有考核记录，考核成绩计入学生实验总成绩。

总之，对于基础化学实验的教学，我们经过多年的改革与探索，逐渐认识到，要培养高质量人才，一方面要从全局考虑，构建先进的实验课程体系，改进实验教学内容，创建良好的实验教学环境，提高师资队伍的水平［8］;另一方面，从低年级学生的基础实验教学开始，就要特别注重引导式教学，引导学生用脑去做实验，而不是告诉学生只用手去完成教科书上的实验任务，更不能只依赖在高年级学生中开几个大综合或研究性实验来培养学生的创新能力;必须正确处理好传承与创新的关系，努力挖掘学生的创新潜能，在着力建设创新实验项目的同时，必须高度重视优秀传统实验项目的教学，这些项目除了在培养学生系统掌握实验基础知识和实验基本操作技能等方面具有独到之处外，同样有许多可开发学生的智力、培养学生创新能力的内容，更是学生未来创新的基础。如果只是过分强调创新，不注重学生的基础与条件，则创新只能停留在喊口号上，导致学生只知道要创新，却不知道如何去创新。以上是笔者从事基础化学实验教学的一点体会，希望能起到抛砖引玉的作用。

［1］付颖，叶非.大学化学，2013，28(2):25

［2］樊冰，吴立群，林海旦，等.实验室研究与探索，2011，30(6):80

［3］邓克俭，陈栋华，伍明，等.大学化学，2013，28(2):22

［4］贾志谦.大学化学，2012，27(5):21

［5］杨丹.实验室研究与探索，2011，30(7):1

［6］牛国兴，高翔，徐华龙.大学化学，2012，27(4):27

［7］李爱峰，孙爱玲，柳仁民.大学化学，2012，27(5):26

［8］何红运.实验室研究与探索，2009，28(3):243