精心設計化學實驗 培養學生創新能力

史青云

從當前高考命題改革中實驗試題的設計趨勢看,以實驗教學為載體,豐富實驗教學功能,培養和提高中學生的創新能力,將是今后我們實驗教學中要積極探索和研究的方向。在新的形勢下,教師必須轉變教學觀念,深入挖掘教材實驗內涵,以課本中的實驗為載體,進行整合、拓展和創新設計。

化學實驗是化學學科的靈魂。通過實驗,不僅可以幫助學生形成概念,理解和鞏固化學知識,獲得比較熟練的實驗技能,而且通過有計劃地、周密細致地觀察實驗現象,以及分析、推理、判定等思維活動,也有助于培養學生的科學態度和創新精神。因此,實驗教學是培養學生創新思維的重要環節,是一塊培養學生創新能力的重要基地。為了適應知識經濟時代對創造型人才的需要,在中學化學教學活動中,必須在實驗準備、實驗設計、實驗改進、實驗探究等方面有意識地加強對學生創新能力的培養。

一、作好課前準備

首先教師應做好實驗的預試。與演示實驗、邊講邊實驗的預試相比,對學生實驗課的預試要求應更高一些。除掌握實驗成敗的條件和關鍵外,還要估計學生獨立進行實驗時可能發生的困難,擬出上課時向學生交待的注意事項,并作好課中巡視指導計劃。指導計劃應包括重點指導的實驗內容和操作技能,重點指導的學生以及巡視指導的路線等。 其次,應充分準備好儀器和藥品,并將儀器、藥品等放置有序,保持實驗室的清潔、整齊。 最后按實驗內容的多少和難易程度,以及實驗室的設備情況將全班學生合理分組。盡量照顧人人都有動手的機會,防止形成某些同學只能作“觀察員”或“記錄員”狀況。還要擬訂實驗思考題,指導學生課前預習實驗教材和學習有關章節內容,要求學生在預習中做到明確實驗目的、搞清實驗內容、并理解基本原理、操作步驟,實驗裝置和注意事項(包括操作、儀器的使用和安裝、藥品用量、觀察現象、廢物處理、安全防護等各方面的注意事項),扼要地作好筆記,為能自覺地、有目的地、獨立地進行實驗打好基礎。

二、整合課本中的簡單實驗,引發學生的創新意識

可采用橫向串聯和縱向延伸把簡單實驗設計成綜合實驗、系列實驗。橫向串聯可使知識系統化、條理化、層次化,形成知識網絡。如在復習乙烯的性質時,將乙烯的制備、凈化、乙烯與溴水、酸性高錳酸鉀溶液作用、收集、點燃等組合成系列實驗。縱向延伸可使知識程序化。例如于Cl-、Br-、I-、S2-還原性強弱的復習,可以將單個實驗整合成一個綜合實驗:在一支試管中加入少量氯水和苯,然后依次滴加適量的溴化鈉溶液、碘化鉀溶液、硫化鈉溶液,充分振蕩、靜置,觀察有機層和水層的變化。整合簡單實驗,迫使學生對原貯存的知識進行重組,尋找這些實驗之間的交叉點和結合點,使知識融會貫通,訓練學生的創新思維,引發學生的創新意識。

三、將定性實驗改變為定量實驗,發展學生的創新能力

定性實驗只要求通過實驗驗證某物質是否有或物質間能否反應,定量實驗不僅要知道是否有或能否反應,而且還要確定有多少或物質間按怎樣的比例關系發生反應。

如乙醇和鈉的反應─→定性實驗,可改為利用該實驗原理推斷乙醇的結構─→定量實驗。

如在復習極易溶于水的氣體HCl、NH3的噴泉實驗時,我們通過下列過程對實驗進行了探索和拓展:

【提出問題】

(1) 多大溶解度的氣體才能做噴泉實驗?

(2)噴泉實驗成功的關鍵是什么?

【計算探討】

在噴泉實驗的裝置中,假定燒瓶容積為250ml,玻璃導管頂端到燒杯液面高度H為35cm,膠頭滴管B能擠出0.5ml水,則在0.5ml水中要溶解多少體積的氣體,水才能從導管尖嘴噴水?

【得出結論】

(1)常溫下:氣體的溶解度大于或等于17,就能做成噴泉實驗。

(2)噴泉實驗成功的關鍵是減小瓶內壓力。

【拓展】

減小瓶內壓力,除了氣體溶解于水外,還可采用哪些途徑?

分析討論得:還可采用氣體與溶液反應或物理方法來實現。如氣體為CO2、溶液為NaOH;在燒瓶外包冰塊,通過降溫而使壓強減小等。

【創新應用】

以上討論的噴泉實驗,都是由于容器內壓力小于大氣壓造成的,那么反過來能否形成類似噴泉實驗呢?

學生通過討論、分析設計出了相應裝置。

將定性實驗改為定量實驗,需要學生積極運用已有知識,從多角度、多方位、多層次地進行創新分析,用盡可能多的方法來設計實驗方案,并對各方案從操作的可行性,實驗結果的準確性進行分析評價,選擇最佳方案,可培養學生思維的深刻性。

四、將定性實驗改變為探索性實驗,強化學生創新能力

對課本上的演示實驗、學生實驗進行改變,變定性實驗為探索性實驗,結合實驗層層設問,創設培養創造性思維的環境。實驗→觀察現象→分析、推理→結論。如在“原電池”教學中,將教材上的演示實驗改為學生分組實驗,并將實驗的過程設計如下:(1)分別將鋅片、銅片插入稀硫酸中,觀察銅片、鋅片上的現象;(2)用導線將鋅片和銅片連接并插入稀硫酸中,觀察鋅片、銅片上的現象;(3)在導線上連接靈敏電流計,觀察電流計指針的偏轉方向;(4)用干電池與靈敏電流計連接,確定電子流動的方向。 圍繞實驗現象創設以下問題情景:(1) 電子為何從鋅片流向銅片?(2) 銅片上為何有氣泡產生?該氣體是什么氣體?為什么會產生這種氣體?(3)鋅片的質量有何變化?(4)從氧化還原反應的觀點分析兩極上發生的變化?(5)從能量轉化的觀點來分析原電池是何種裝置?(6)原電池的正負極如何判定?圍繞上述問題,引導學生對實驗提供的感性材料進行分析和綜合,抽象概括出原電池的工作原理、裝置特點、能量的變化,并最大限度地調動學生敢想、善思、勇于創新,聯系實際提出下列問題:(1)為什么粗鋅比純鋅與稀硫酸的反應速率快?(2)電工操作中規定:不能把銅線和鋁線擰在一起連接線路,試分析其原因?在實驗的過程中,發揮學生的積極性和主動性,激發學生的求知欲,教學中這種情景的出現會引起學生的思考和探究行為,是培養學生創新思維能力的原動力。這樣既發揮了學生的聯想能力和知識遷移能力,也增強了學生的創新意識。

總之,化學實驗是中學化學教學內容的基礎和核心,是培養學生創新精神和實踐能力的重要途徑。在教學中,通過精心設計化學實驗,把探索性實驗作為啟發學生學習興趣,引導學生進行探索問題、解決問題的重要手段,這樣,學生的創新能力和實踐能力就會得到提高,為學生以后走向社會、走向工作崗位打下了堅實的基礎。