創新化學實驗教

　　摘 要： 無論是教師課堂演示還是學生實驗，只要采用合適的教學方法，就能喚起學生強烈的求知欲，進而培養學生的學習興趣，增強學生的探究能力，將“苦學”變為“好學”、“樂學”，這正是當前高中化學新課程改革所追求的教學理念。本文從把驗證性實驗改為探索性實驗，培養學生的探究能力；彰顯實驗探究的過程性，培養學生的猜想能力；增加設計性實驗，培養學生的創新思維能力；探索實驗異常現象，提高學生的問題解決能力等方面探討了創新高中化學實驗教學，培養和提高學生能力的問題。
　　關鍵詞： 高中化學教學 實驗教學 化學能力法
　　
　　“以實驗為基礎”不僅是化學學科的基本特征，而且是化學教學的基本特征。直觀感性的實驗現象，可刺激學生的學習興趣，啟迪學生的思維，開拓學生的創新精神。這樣的刺激最好是新鮮生動的，而不是學生通過自己的預習已經設想好的或教師直接告知的。如果灌以生硬的結論和充滿符號的題目游戲，化學課就會變得索然無味。教師應積極創造條件，讓學生有更多的機會在實驗探究活動中來學習化學；通過典型的化學實驗，幫助學生認識物質及其變化的本質和規律；利用化學實驗，幫助學生了解化學概念、化學原理的形成和發展，認識化學實驗在化學學科發展中的重要作用；引導學生綜合運用所學的化學知識和技能，進行實驗設計和實驗操作，分析和解決與化學有關的實際問題，促進學生學習方式發生轉變，使學生的創新精神和實踐能力得到培養。
　　一、把驗證性實驗改為探索性實驗，培養學生的探究能力
　　在現行的實驗中，許多實驗是驗證性實驗，學生只是為了獲取知識而去觀察，始終處在觀眾的位置上，只是實驗的旁觀者，結果的接受者，思維被牢牢地束縛，不能夠積極、主動地去思考，同時，由于思考的被動性，對于部分實驗細節無法全面感知，準確描述。教師把一些驗證性實驗改為探究性實驗，就可以讓他們在探究的過程中迸發出創新的火花。例如，在學習原電池的原理時，首先演示“番茄原電池”（由銅片、鋅片、導線、音樂卡和西紅柿組成）趣味實驗。設問：這個簡單構造為什么能使音樂卡發出聲音？在激發學生探究欲望的同時，鼓勵學生討論并質疑：音樂卡發聲肯定有電流通過，電流從何而來，若用茄子或黃瓜代替番茄行不行，直接用稀酸代替番茄效果是不是更好，什么原理？通過對這些問題的討論，引導學生積極思維，大膽想象，使學生始終處于探究之中。增強實驗的探索性，不僅可以有效激發學生的學習興趣和求知欲，而且可以幫助學生經歷認識規律的過程，為模擬科研思路奠定基礎。
　　過多的驗證性實驗使實驗成為知識灌輸的附庸和點綴，嚴重影響了學生學習的積極性和學習質量。實驗既是探究的基本環節，又是探究的有效載體，讓學生通過實驗來認識物質、學習化學是落實課程目標的有效途徑。新課程從“提高學生的科學素養”出發，倡導“從實驗中學習化學”。蘇教版教材設置了“觀察與思考”和“活動與探究”等欄目，旨在為學生提供更多的實驗探究的機會。在“蛋白質”的教學中，為研究蛋白質的性質，可以設置以下實驗進行探究：
　　實驗1：取兩支盛有新鮮雞蛋白的試管，分別加入蒸餾水及飽和硫酸鈉溶液。
　　實驗2：取3支試管，各裝入3mL的雞蛋白溶液，一支加熱，一支加入少量乙酸鉛溶液，另一支加幾滴濃硝酸溶液后微熱。
　　實驗3：用兩把鑷子分別夾一小塊凝固的蛋白質與一根頭發或一根棉紗線，在酒精燈上灼燒，聞其氣味。
　　在化學教學過程中，我們可將這樣一些典型的驗證性實驗改為探索性實驗，讓學生在直接參與知識形成的過程中，親自體驗通過實驗探索規律的樂趣。當然，在探究過程中要講究方法，有時教師需要加以恰當的引導。比如觀察探究鎂與二氧化碳反應的產物，學生很容易觀察到瓶口的白色物質，卻往往忽視了集氣瓶上有黑色的碳。老師沒辦法，只能強調提示學生仔細觀察一下“瓶壁”，再或甚至直接問“瓶壁上有沒有看到黑色的物質”這種實際已經給出答案的問題。如果這時引導學生從“質量守恒”的角度來檢驗反應物各原子的變化情況，氧元素和鎂元素在產物中都有了，而碳元素還沒確定，再來進行觀察集氣瓶，就不難發現瓶壁上黑色的碳了。
　　二、彰顯實驗探究的過程性，培養學生的猜想能力
　　沒有大膽的猜測，就做不出偉大的發現。探究性實驗提供了培養創造能力和創新思維的最佳條件。因此，在實驗教學中，教師應通過問題的設計，懸念的制造，營造問題情境，引導學生進行積極的探索，讓學生主動地設疑、猜想、尋求解決問題的最佳答案，促進學生的動手與動腦相結合，釋放潛能，大膽質疑，發散思維，最終克服困難，解決問題，在體會成功快樂的同時完成潛能的激發和創新意識的培養。如在學習白磷性質時，完成教材中的教學任務后，可引導學生設疑猜想：“怎樣讓白磷在水中燃燒？”學生分析討論后，老師演示：將氧氣通入盛有白磷的熱水中，伴隨著氧氣的通入，白磷開始在水下劇烈燃燒，黃色的火團在水中上下翻滾，縷縷白煙在水面上四處飄蕩。學生完全沉浸在美妙的實驗現象之中。這時及時啟發和引導、歸納，將觀察到現象的喜悅之情轉化為探索未知知識的動力，可強化學習的動機，增強學習興趣，激發創新意識。
　　同一類事物可能具有相同的性質，根據化學現象和資料的某些重要特征，通過分析現象、整理資料也是形成猜想的一種途徑。如在“鹽類的水解”的教學中，為了探究不同溶液的酸堿性，我們引導學生先對物質進行分類，然后根據已有的知識或認識進行猜想，然后進行實驗驗證，從而認識“誰強顯誰性”的水解結果。
　　對不同類型鹽的水溶液酸堿性的猜想：
　　在學生進行猜想時，教師要適當地鼓勵學生大膽地猜想，同時要引導學生回憶與猜想有關的已有知識，幫助學生將已有的知識與在猜想中獲得的新知識整合起來。在驗證后，還應要求學生將事實和原先的猜想進行對照和分析，從而增強學生批判和反思的能力。總之，創新實驗可突破學生的思維定勢，不僅使學生對知識印象深刻，而且整個課堂充滿活力，學習的興趣和創新的動力能得到充分的發展和培養。
　　三、增加設計性實驗，培養學生的創新思維能力
　　照方抓藥式的實驗能提高學生熟練操作的程度，但不能培養學生的創造性思維能力。以實驗引導探究，不僅能創造條件讓學生多動手參與實驗操作，而且能努力發揮化學實驗在探究學習中的作用，激勵學生參與實驗的設計，引導他們通過實驗去發現和探究解決問題的方法，從而在實驗探究中培養學生的科學素養，使他們的學習方式實現由被動接受向自主探究的變革。例如：必修1《溶液的配制及分析》，將P23的問題解決改為探究性實驗問題。生的思路的前提下，讓同學們深入思考，找出這種設計方案的不足之處，最好親身實驗讓同學們觀察思考，當兩種物質混合后，其體積就大于100ml了，不能滿足要求，并對操作過程進行改進（即引入容量瓶）。
　　引導學生設計化學實驗，有利于培養創造性思維的“多向選擇性”。例如在“乙醇”一節教學中，通過探究教學方法，理論上推導出乙醇的結構之后，我要求學生設計一套實驗裝置，驗證1摩爾乙醇與足量鈉反應放出11.2L氫氣（標況）。鑒于學生現有的認知水平和實驗技能，獨立設計實驗確有難度，因此，允許學生小組討論并設置兩個問題予以引導：（1）如何測定參加反應的乙醇的物質的量？（2）如何測定生成氫氣的質量或體積（常溫常壓）？
　　集中學生的方案之后，挑典型的予以分析。第一個問題較簡單，學生提出的方案有：①量一定體積的無水乙醇倒入放有鈉的燒瓶中。此方法一提出，馬上有同學認為不科學，因為乙醇倒入燒瓶中立即跟鈉起反應，部分氣體因而從瓶口逸出，會增大實驗誤差。②用針筒穿透橡皮塞注入一定體積無水乙醇到燒瓶。雖然有同學認為用針頭穿透橡皮塞有難度，但總體討論此方法可行。③用分液漏斗滴加乙醇，通過稱量分液漏斗在滴加乙醇前后的質量差，來確定乙醇的物質的量。這種方法也得到大家的一致認可。但是，考慮到實驗室現有的儀器，最后選擇了第三種方案。第二個問題是關鍵，學生提出的方案有：①將氫氣通入加熱的氧化銅，通過稱量反應前后固體的質量差計算氫氣的量。這種方法馬上遭到反對，理由是操作復雜且氫氣不易完全反應。②用氣球收集氣體，然后根據氣球的排水量測定氣體的體積。這個方案有個缺陷：由于氣球的張力，氣球內部氣體的壓強大于常壓，會引起誤差。③用排水集氣法集氣體于集氣瓶，反應完畢后用玻片蓋住瓶口翻轉集氣瓶，稱量，再將集氣瓶加滿水，稱量，從兩次質量差測出氫氣的體積。第三種方案被大家所認同。至此，同學們似乎認為已經設計出最佳方案，這時我提問：有沒有在操作上比這個方案更方便的呢？同學們都愣住了，不知道從何處著手。這時提示：能否設計一裝置，直接測量出被氣體排出的水的體積？有同學聯想到將氣體反方向通過洗氣瓶，洗氣瓶就變成了貯氣瓶時，茅塞頓開，因為貯氣瓶中所排出的水的體積正是反應生成的氫氣的體積。
　　
　　從上面的例子可以看出，設計化學實驗要求學生具有多種思維能力，特別是：①“發散思維能力”，即在一個問題面前，能提出多種設想；②“創優思維能力”，即在眾多的選項面前，很快找到最佳答案；③“轉向思維能力”，即思維在一方面受阻時，馬上轉向另一方面。同時，在設計過程中，各種思維能力又能得到顯著的提高。由此可見，設計型化學實驗有利于培養創造性思維的“多向選擇性”。
　　四、探索實驗異常現象，提高學生的問題解決能力
　　無論是教師課堂演示還是學生實驗，由于種種原因，有時會出現一些與預料的正常實驗結果不相符合的現象，其中有顏色變化的異常，生成物氣味的異常，事故發生的異常，等等。從傳統的眼光看來這些情況是實驗的失敗，但從另一個角度看這可能是好事，它可以轉換成為我們培養學生創新精神和實踐能力的寶貴資源。例如在做原電池實驗時，除了銅片上有大量氣泡產生以外，作為負極的鋅片上也會有較多的氣泡生成。這種現象會引起學生強烈的好奇，可以引導他們課后去探索，其實是由于鋅片不純，含有C、Fe等雜質，且金屬表面粗糙，容易產生微小電池，而使氫的超電壓減小，最終使得一部分氫氣在鋅表面析出。這樣就能拓寬他們的知識面。
　　化學實驗中的意外現象、學生生活中遇到一些化學問題，都是進行探究的好素材。教師若能坦然面對，將問題直接暴露在學生面前，因勢利導，促使學生去思考、去提問，組織學生探究實驗異常甚至失敗的原因，從實驗中發現問題、解決問題，就能收到意想不到的效果。例如探究“酸與鋁的反應”：
　　又如按化學必修1中P92實驗3的圖4—6進行實驗時，發現當實驗剛做完后出現了問題：如果先撤去酒精燈，品紅溶液會發生倒吸現象，導致濃硫酸試管破裂；如果先將導管從溶液中拿出，SO又會污染空氣；當時在上課時，我遲疑了數分鐘，并且把問題拋給了學生，讓學生來一起思考探索。最后腦海里跳出了一計：只要將品紅溶液中的長導管拉出液面，再將酒精燈撤去，就可很好地解決防倒吸和防污染的矛盾。可見，若能抓住對異常現象原因的探索，充分發揮其教學功能，合理解釋異常現象，盡管這些做法本身不是什么發明創造之舉，但卻是培養學生創造性思維的好題材，同時也可培養學生積極學習的興趣。
　　因此，教師應通過認真地思考，大膽地創新，積極地改進實驗裝置和操作，簡化復雜的實驗過程，提高實驗現象的可觀性，或設計一些教材所沒有的又易于完成的課堂實驗，讓學生在新奇中產生興奮，積極探索、研究問題，而不是像在看已知謎底的蹩腳的魔術表演，毫無興趣可言。在高中化學新課程教學中，教師要準確把握“以實驗為基礎”這一學科特征，創新實驗教學，充分發揮實驗的教學功能，培養和提高學生的各種化學能力。
　　
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