優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué) 培養(yǎng)創(chuàng)新能力

任雪松

（徐州市擷秀中學(xué) 江蘇 徐州 221002）

實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的靈魂，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑。筆者在多年的化學(xué)教學(xué)中注重利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

一、優(yōu)化演示實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新

在化學(xué)教學(xué)中，演示實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能和科學(xué)態(tài)度有著重要的作用，它通過(guò)教師規(guī)范的操作和顯而易見(jiàn)的現(xiàn)象向?qū)W生直觀的傳授教材中知識(shí)。但在教材中，我們不難發(fā)現(xiàn)有些演示實(shí)驗(yàn)，存在不少不足，因此我們必須優(yōu)化演示實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，操作更簡(jiǎn)單，能見(jiàn)度更大。在激發(fā)學(xué)生興趣和全面揭示物質(zhì)屬性的同時(shí)，還要善于引導(dǎo)學(xué)生積極深入思考，對(duì)教師的演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行診斷和評(píng)價(jià)，近而通過(guò)參與實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的過(guò)程，樹(shù)立敢于打破教材的束縛，勇于創(chuàng)新的意識(shí)。

例如碳的還原性實(shí)驗(yàn)，教材中對(duì)這個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物用量、實(shí)驗(yàn)步驟及方法均沒(méi)作詳細(xì)的說(shuō)明，操作起來(lái)比較困難，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也不明顯。為此，我引導(dǎo)化學(xué)興趣小組的學(xué)生利用課外活動(dòng)時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)室中，探究實(shí)驗(yàn)的操作步驟，分析造成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯的原因，以及如何改進(jìn)。首先，我們提出在實(shí)驗(yàn)步驟的選擇上最合理的應(yīng)該是怎樣的？同學(xué)們根據(jù)固體和固體加熱反應(yīng)，得出了操作步驟與實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的操作步驟相似；接著，我們又提出實(shí)驗(yàn)操作完成后試管中的物質(zhì)往往仍呈現(xiàn)黑色，這種黑色固體是什么？出現(xiàn)這種結(jié)果的原因是什么？帶著這些問(wèn)題，同學(xué)們展開(kāi)討論，得出了這樣的結(jié)論：因?yàn)榉磻?yīng)物都為黑色粉末，無(wú)論是炭粉剩余，還是氧化銅剩余，生成的銅粉摻和其間，都很難分辨出生成極少量的銅。根據(jù)其原因，教師引導(dǎo)學(xué)生提出：從理論上，炭和氧化銅的質(zhì)量比為多少時(shí)，才會(huì)獲得最佳的效果？同學(xué)們從理論上計(jì)算出炭和氧化銅恰好完全反應(yīng)的質(zhì)量比是3：40，若以這個(gè)比例混合，可使炭和氧化銅完全反應(yīng)，通過(guò)同學(xué)們的動(dòng)手操作，現(xiàn)象確有了很大的改觀；然又暴露出反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的新問(wèn)題，于是有的同學(xué)又提出了提高反應(yīng)的溫度，來(lái)加快反應(yīng)的速度的方法，但酒精噴燈的使用相對(duì)較復(fù)雜，初中化學(xué)教材中不作要求。我們提出如何利用目前的儀器，從氧化銅入手，能作何改進(jìn)？有的同學(xué)根據(jù)平時(shí)收集到的信息，建議利用新制的氧化銅，反應(yīng)速度較快，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯；有的同學(xué)建議，增大新制氧化銅與炭的接觸面積，會(huì)加快反應(yīng)的速度。根據(jù)建議，同學(xué)們把一束銅絲，在酒精燈上加熱使其表面氧化，再按實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的操作步驟實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)速度加快，現(xiàn)象很明顯，實(shí)驗(yàn)改進(jìn)獲得成功。同學(xué)們從中也獲得了成功的喜悅。

二、優(yōu)化探究實(shí)驗(yàn)，誘導(dǎo)學(xué)生探索

探究實(shí)驗(yàn)是在新的教學(xué)環(huán)境中，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)已知實(shí)驗(yàn)裝置和物質(zhì)的屬性進(jìn)行多層次、多角度、多方面探究的實(shí)驗(yàn)，它是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維和創(chuàng)新能力的重要途徑。教師在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，應(yīng)善于誘導(dǎo)學(xué)生，探索創(chuàng)新，在教材原有的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)中面臨的新問(wèn)題、新挑戰(zhàn)進(jìn)行深入細(xì)致的大膽探索，使實(shí)驗(yàn)更加完善，學(xué)生的思維空間得到拓展。

例如：在進(jìn)行氫氣的實(shí)驗(yàn)室制法課堂教學(xué)時(shí)，學(xué)生們有了課本中制取氫氣知識(shí)做鋪墊，我誘導(dǎo)學(xué)生從制取氫氣的裝置出發(fā)提出以下問(wèn)題：

1.制取氫氣所必須的最簡(jiǎn)單的裝置是怎樣的？

2.以上這些裝置都有什么共同的缺點(diǎn)？

3.圍繞這些缺點(diǎn)，你是不是可以把它改進(jìn)得更完美些？

面臨新的問(wèn)題、新的挑戰(zhàn)。同學(xué)們表現(xiàn)出了極大的熱情，在充分討論的基礎(chǔ)上，很快就指出教材上裝置圖中不足之處：不能控制反應(yīng)的發(fā)生和停止。并且經(jīng)過(guò)反復(fù)推敲，仔細(xì)琢磨和相互間的交流與合作，設(shè)計(jì)出許多新穎、富有創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)裝置圖，經(jīng)過(guò)師生共同評(píng)議確定四套較有代表性的設(shè)計(jì)方案。

為了幫助學(xué)生更加深刻地理解和掌握儀器裝置選擇的原則，我?guī)ьI(lǐng)學(xué)生逐一分析了這四套實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)缺點(diǎn)：

實(shí)驗(yàn)裝置1優(yōu)點(diǎn)：最簡(jiǎn)單易行；缺點(diǎn)：難以控制反應(yīng)的速率，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不能添加反應(yīng)物。

實(shí)驗(yàn)裝置2優(yōu)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)中可以添加反應(yīng)物；缺點(diǎn)：反應(yīng)物用量較多，長(zhǎng)頸漏斗下端必須液封，以防止產(chǎn)生的氣體沿長(zhǎng)頸漏斗逸出。

實(shí)驗(yàn)裝置3優(yōu)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)中可以添加反應(yīng)物，可控制反應(yīng)的速率；缺點(diǎn)：不能控制反應(yīng)的停止。

實(shí)驗(yàn)裝置4最優(yōu)：實(shí)驗(yàn)中即可以添加反應(yīng)物，還可以隨時(shí)控制反應(yīng)的發(fā)生和停止。

在實(shí)驗(yàn)室中，根據(jù)學(xué)生自行設(shè)計(jì)的上述四種實(shí)驗(yàn)裝置圖，我們組裝成四套實(shí)驗(yàn)裝置，一一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。所反映出的問(wèn)題和上述分析基本相符。這樣先通過(guò)理論的分析，再經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，不但使學(xué)生牢固地掌握了實(shí)驗(yàn)室制取氣體的一般方法，而且能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。

三、優(yōu)化課后實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手

在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到課后小實(shí)驗(yàn)的重要性，它有利于學(xué)生獨(dú)立自主去探究鉆研問(wèn)題，在不同程度上創(chuàng)造性運(yùn)用知識(shí)，有助于學(xué)生智力和創(chuàng)造才能的發(fā)展。同時(shí)，他們通過(guò)對(duì)課本知識(shí)的回憶，對(duì)所掌握的化學(xué)操作技能的運(yùn)用，不斷完善和發(fā)展，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和科學(xué)方法，為未來(lái)可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，教師要注重對(duì)課后小實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)，并及時(shí)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)給予評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)學(xué)生自主創(chuàng)新。

例如：初中化學(xué)“污水的凈化”課后安排了一個(gè)家庭小實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生課后按課本所給出的裝置完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)。如果按教材中的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)際操作中，污水凈化的效果確實(shí)比較明顯，但許多學(xué)生提出疑問(wèn)：每一層材料起到的作用是什么？是哪一層吸附掉了液體中的色素？在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得到明確的答案，這就需要教師的解釋。這時(shí)我不失時(shí)機(jī)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)在課后進(jìn)一步探究，提出該實(shí)驗(yàn)做如何改進(jìn)，才能便于觀察每種凈水材料在實(shí)際凈水過(guò)程中所起到的作用，同學(xué)們帶著問(wèn)題，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、生活經(jīng)驗(yàn)和各種資料搜尋信息和材料，在家里設(shè)計(jì)出許多有創(chuàng)意的裝置，而且大部分取材就來(lái)至于身邊的廢棄物，在班級(jí)成果展示會(huì)上，有一個(gè)同學(xué)的設(shè)計(jì)很新穎，他把廢棄的塑料瓶截去瓶口和瓶底，將瓶口的部分倒置于瓶中，并且把三個(gè)這樣的裝置串在一起，中間用棉花隔開(kāi)，，從上到下分別放上石子、沙子、木炭（用布袋包裹著）。將紅墨水從上端倒入時(shí)，明顯可以看到中間的液體仍呈紅色，而最終的液體卻是無(wú)色，由此說(shuō)明石子、沙子、棉花、并不能將紅墨水中的色素除去，它們只起到過(guò)濾的作用；是布包中的木炭將液體中的色素吸附，學(xué)生的疑惑自然得到消除。

四、優(yōu)化分組實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生思維

分組實(shí)驗(yàn)是學(xué)生的主要的實(shí)踐活動(dòng)，通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)，能有效地培養(yǎng)學(xué)生自主能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和科學(xué)創(chuàng)新能力起著決定性的作用。在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，教師要因勢(shì)利導(dǎo)，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理和操作，充分發(fā)揮他們的想象能力，打破教材的束縛，大膽提出自己的見(jiàn)解。根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)在保證安全的前提下，力求盡可能采用簡(jiǎn)單的裝置、較少的實(shí)驗(yàn)步驟和藥品，用較短的時(shí)間取得較為明顯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原則，科學(xué)創(chuàng)新。

例如：初中化學(xué)“實(shí)驗(yàn)室制取氧氣”的分組實(shí)驗(yàn)中，為了說(shuō)明二氧化錳的催化作用，教材中安排了三個(gè)實(shí)驗(yàn)，前兩個(gè)通過(guò)分別加熱氯酸鉀和二氧化錳，得出氯酸鉀在較高溫度下，可以產(chǎn)生氧氣，但速度很慢，而二氧化錳在加熱條件下，不能產(chǎn)生氧氣的結(jié)論。第三個(gè)實(shí)驗(yàn)，把二氧化錳加入氯酸鉀中只需加熱很短時(shí)間，即可有大量的氧氣放出。但實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，由于當(dāng)把二氧化錳重新加入原氯酸鉀中時(shí)，氯酸鉀已經(jīng)幾乎降至室溫，混入二氧化錳后，仍需加熱較長(zhǎng)時(shí)間才能放出大量氧氣，從而造成在說(shuō)明二氧化錳對(duì)氯酸鉀分解有催化作用上大打折扣。為此，我依據(jù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)約性原則，引導(dǎo)學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案。我們需要解決第一個(gè)問(wèn)題是：由于分別加熱氯酸鉀和二氧化錳是在不同試管中進(jìn)行的，如何縮短三個(gè)實(shí)驗(yàn)之間的時(shí)間是影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵。于是，有的學(xué)生就提出了可以把三個(gè)實(shí)驗(yàn)合三為一的方案，既使用一個(gè)試管在不同的部位放置氯酸鉀和二氧化錳，先分別加熱，后混合加熱。這樣操作時(shí)，就產(chǎn)生了第二個(gè)問(wèn)題：由于加熱氯酸鉀時(shí)，必須直至融化，才會(huì)有很少量的氧氣放出。所以液態(tài)的氯酸鉀很容易倒流與二氧化錳混合，迅速產(chǎn)生大量的氧氣。為了解決這個(gè)問(wèn)題，有的同學(xué)根據(jù)練習(xí)題中曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)的叉型試管，建議在兩個(gè)分支試管中來(lái)完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)操作中我們又發(fā)現(xiàn)：前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)效果很好，但在完成第三個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，卻很難順利混合。問(wèn)題三：如何才能使兩者在一個(gè)試管中即可分別加熱，又混合方便呢？帶著這個(gè)問(wèn)題，同學(xué)們提出很多的方案，其中最有創(chuàng)意的方案是：有個(gè)同學(xué)根據(jù)老師用酒精噴燈加熱可以彎曲玻璃導(dǎo)管的操作，提出使用一個(gè)彎曲的試管（可把普通試管距管底三分之一處用酒精噴燈彎120°），把氯酸鉀放在試管底部，而二氧化錳放在試管的中部，在分別加熱后，迅速把試管豎起，使二氧化錳滑到底部。這樣，無(wú)須加熱（或者只需微熱）即可在試管口得到大量氧氣。實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單易行，可比性強(qiáng)，對(duì)體現(xiàn)二氧化錳的催化能力有很強(qiáng)的說(shuō)服力。同時(shí)，又節(jié)省時(shí)間，大大提高了課堂效率。

總之，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ岣邔W(xué)生化學(xué)素質(zhì)的有效方法。教師在教學(xué)過(guò)程中，要善于調(diào)動(dòng)學(xué)生感官，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦、動(dòng)口的習(xí)慣，注重拓寬學(xué)生的思維空間，激活學(xué)生思維的靈感，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，使學(xué)生在廣闊的思維空間里，發(fā)揮自己的才能，創(chuàng)造出更新、更美的圖畫(huà)。

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