中學化學實驗教學與學生創新能力培養

【關鍵詞】創新能力；化學實驗教學；實驗設計

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，通過實驗現象的觀察和分析得到結論。傳統的中學化學實驗教學有幾個特點，第一，實驗教學的形式是以演示實驗為主；第二，演示實驗以驗證性實驗為主；第三，實驗手段和儀器設備比較簡單，條件控制不太嚴格，實驗方案常用模糊語言描述。中學化學實驗一般只注重實驗的驗證性，按課本所給條件及步驟來學習某種物質的制取方法，驗證某種物質的性質或驗證某個化學反應原理。驗證性實驗的優點是有利于學生加深理解教師在課堂上講解的內容，使學生在驗證前人結論的同時，加深對有關性質的理解，提高自己的實驗能力。但是這種化學實驗教學模式僅僅重視化學知識的傳授，師生們重視的只是實驗的結果及其結論。實驗教學的目的也只在于驗證這些結論，而對實驗過程中的探索，實驗方案的設計，素質教育所提倡的科學思想、科學態度的培養，在實驗教學中則很少涉及到。這樣的實驗課，學生是被動的，依賴性的，實驗的結論教師在課堂上已經講過，不利于學生的主動發展，不利于啟發他們主動學習、激發他們的創造意識。這些都與新的教育理念不相符，不能適應社會的發展、化學科學的發展。因此，開發中學化學實驗教學的新功能，創新化學實驗的教學方法，是素質教育的要求，是塑造學生創造性人格的重要途徑。

何謂創新能力？創新能力包括學習能力，分析能力，綜合能力，想像能力，批判能力，創造能力，解決問題的能力，實踐能力，組織協調能力及事例多種能力的能力。著名心理學家特孟（L.M.Terman）的研究發現，有創新能力的人具有完成任務的堅毅精神、自信而有進取心、謹慎、好勝心強等人格特點。要使學生具備創新意識與創新能力，最重要的是培養學生的創新型人格，學生具備了創新型人格特征，就可能具有創新意識，繼而具有創新能力。

化學實驗可以幫助學生形成化學概念，鞏固化學知識；獲得化學實驗技能，培養實事求是、嚴肅認真的科學態度；實驗是化學的靈魂，是化學的魅力和激發學生學習興趣的源泉?；瘜W實驗是化學教學中重要的組成部分，是落實教學目標的有效手段，它的直觀、真切和印象深刻的特點不僅激發學生的學習興趣，更對學生理解化學原理、鞏固化學知識有關有力的驗證作用。

1 化學實驗與創新意識的培養

創新意識（Sense of innovation）是指人們根據社會和個體生活發展的需要，引起創造前所未有的事物或觀念的動機，并在創造活動中表現出的意向、愿望和設想。它是人類意識活動中的一種積極的、富有成果性的表現形式，是人們進行創造活動的出發點和內在動力；是創造性思維和創造力的前提。創新意識是創造人才所必需具備的。教育部門以此為教學改革的重點之一，一個具有創新意識的民族就有希望成為知識經濟時代的科技強國。

化學實驗能引起學生濃厚的認識興趣，實驗興趣作為認識興趣的一種重要形式，在化學教學中發揮著較強的動機功能。實驗興趣包括探究興趣和創造興趣。探究興趣和創造興趣引導學生通過親身體驗獲取新知，把教學過程轉化為學生自覺進行探索新知的過程，使學生積極主動地在學習中體驗探索的樂趣，是推動學生學習化學的強勁動力，教師在教學中一方面要注意鼓勵和保護。

探究性實驗是由教師、學生運用實驗手段，探究未知的實驗現象或數據，并在獲得現象和數據的基礎上得出實驗結論。如在《鈉》的教學中，教師就可設置以下問題組織學生通過實驗進行探究。

步驟1.用鑷子取鈉塊置于玻璃片上，用濾紙吸干表面的煤油，并用小刀切下綠豆大的一塊鈉，觀察斷面呈什么顏色？將金屬鈉在空氣中放置幾分鐘又有什么變化？將一小塊鈉放在坩堝上加熱可觀察到什么現象？

步驟2.為什么要用濾紙吸干煉油？為什么要用鑷子而不能直接用手拿？

步驟3.將金屬鈉投入水中有什么現象？為什么？如果水中未加鈉前已滴入酚酞試液，反應后溶液顏色會有什么變化？為什么？

步驟4.鈉如果投入到稀鹽酸中，反應比與水反應劇烈嗎？為什么？

步驟5.在金屬活動順序表中，鈉位于銅之前，把鈉塊投入到硫酸銅溶液中，能置換出銅嗎？請通過實驗驗證你的結論。

步驟6.在大試管中注入煤油和水各3mL，靜置后，將一小粒鈉投入試管內，發生什么現象？

步驟7.通過實驗驗證你的結論，并解釋原因。

步驟8.對課本中“鈉與水反應”的實驗裝置，你能提出幾種改進方案？

通過一系列的問題，有計劃、有目的地引導學生自主探究，能夠培養學生動手操作能力，提高觀察能力，使學生在獲得化學知識同時，體驗到探究的樂趣，培養創新意識。

教師在實驗教學中，結合具體的教學情景，把一些驗證性實驗改為探索性實驗，即先做實驗，分析實驗，而后得出結論，層層深入、逐步推導，使學生思維一直處于積極探究的狀態中，以喚起學生的創新意識，激發學生的創造性思維能力。此外，還可通過引導學生改進實驗， 設計新的實驗方案，用研究性學習的方法，讓學生探究解決實驗問題的新方案等，培養學生的實驗設計能力和創新能力。如對高一的Na2CO3與NaHCO3熱穩定性對比實驗，引導學生對教材的裝置進行改進，使Na2CO3與NaHCO3所處的外部條件相同，受熱時間相同，設計出“套管實驗”裝置。

2 化學實驗的創造功能與創新能力的培養

化學實驗的另一重要功能是它的創造性，通過實驗，可以讓學生對理論知識加深理解，對物質性質加深記憶，對實驗儀器的作用和使用全面理解，尤其是讓學生自行設計的實驗，可使學生綜合能力、創造能力得到全面的提高。因此化學實驗教學是培養學生創造能力的重要途徑。

例如在學習Fe（OH）2的制備和性質時，先學生清楚Fe（OH）2的顏色及溶解性，然后按常規讓學生將Na0H溶液滴入到新制的FeSO4溶液中，觀察現象，學生會發現并沒有得到白色絮狀沉淀，而是灰綠色的沉淀。這一“反?！爆F象會引起了學生的思考，是實驗藥品問題還是什么原因呢？經多次實驗，并分析二價鐵的性質，學生會認識到原因所在。這時，學生會考慮如何能減少與氧氣的接觸?？梢愿淖冏龇?，將滴管伸入液面下來做，可照此操作一遍后還是觀察不到白色絮狀沉淀。此時會有學生想到久制的NaOH溶液中溶解了氧氣，換一瓶已煮沸后的Na0H溶液再操作，先是得到了白色沉淀，但過一會兒就轉變為灰綠色，以后逐漸變為紅褐色，教師可以進一步引導學生討論：怎樣才能隔絕空氣，使生成的Fe（OH）2氧化速率減慢？經過一系列的觀察與思考，學生探索新知識的熱情就被激發了，提出了許多改進實驗的方法，師生一起討論、假設、理論分析，比較各種方法，最后選用在新制FeSO4溶液液面上滴加幾滴苯，形成液封，再將滴管深入液面下，滴加煮沸過的Na0H溶液，最后制得了白色的Fe（OH）2沉淀，并保持了較長時間。

實驗教學應注意培養學生的批判創新能力，教材上有的實驗的設計有缺陷，做實驗時常會出現預料之外的現象，教師不能怕麻煩而使實驗“輕松失敗”，甚至當學生裝提出問題時加以搪塞，扼殺學生的求知欲望，教師應把握時機，引導學生對異?，F象進行探究，改進實驗，設計出更好的方案。

創新力的開發是一個日積月累的過程，化學教學中創新能力的培養，主要是通過化學教學的各個環節中，教師有意識地創設適合于學生創造的環境，使學生在學習的實踐中養成銳意創新的習慣。要培養學生的創新能力，必須徹底轉變教育觀念，改革化學課堂教學，由傳授知識為主變為以學生自主探索、創新為基礎的新型的教學過程。

中學化學教材中有許多體現探索性和創造性的實驗，作為教師應挖掘實驗教學的內涵，將理論知識、實驗知識、實驗方法與操作有機地統一起來，調動學生的興趣和學習積極性，使他們始終處于不斷探索的情景中，不斷開拓進取，長此下去，學生的創造性思維必然能得到很好的發展，對待科學的探索、創新意識和態度也將會逐漸地形成。

3 化學實驗的方法論功能與科學方法的培養

科學方法是指人在認識自然和改造自然的過程中所遵循的途徑以及使用的手段。科學方法反映了科學知識的發生和發展的過程，是理解科學知識的綱領，也是應用科學知識解決實際問題的橋梁。通過實驗進行科學方法的訓練，讓學生通過實驗發現問題、提出問題、探索問題，是對學生進行科學方法教育，提高學生的科學素養的有效途徑。教師應鼓勵他們大膽提出問題?；瘜W實驗中有不少可以讓學生親自體驗化學知識、定律、原理的形成和發展過程的題材。例如：元素性質的周期性變化、質量守恒定律、勒沙特列原理等。

通過實驗教學可以使學生體驗到科學的認識的一般過程是由“感性（實驗）一理性（通過實驗記錄抽象出來的結論）一應用（運用已學到的知識解決問題）的過程。同時教給學生科學認識過程的一些具體的科學方法，如實驗方案的設計方法、實驗測定方法、控制實驗條件的方法、記錄方法等。如一氧化氮的制備，因種種原因得到的氣體總是呈淺棕黃色的，如何得到無色的一氧化氮氣體呢？引導學生分析制備一氧化氮的原理是：3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO+4H2O裝置應用固液反應加熱制氣的裝置。一氧化氮究竟在哪些環節容易被氧化呢？顯然是燒瓶、導管內殘留的空氣；稀硝酸、水中溶解的氧氣是一氧化氮被氧化的原因。要排盡容器內的空氣是不容易的，能否換一種思路，用硝酸來隔絕空氣？一步步引導學生對實驗進行改進，設計出可行的方法。具體方法是：

（1）用單孔塞塞住U型管較短的管口，并插入分液漏斗，將分液漏斗活塞打開，從U型管較長的管口注入稀硝酸，直到單孔塞的下沿，且液面上不再留有氣泡為止，保證銅絲與稀硝酸接觸時無空氣。

（2）關閉活塞，可用酒精燈在U型管的短管一側加熱，當銅絲上有氣泡產生時，立即撤酒精燈，銅絲與稀硝酸反應生成的氣體將硝酸溶液排向長管，使銅絲與稀硝酸脫離接觸后，反應自行停止，在U型管的短管內可以很清楚地觀察到無色的一氧化氮氣體。高一過氧化氫的教學中，讓學生設計—個用過氧化氫為原料，MnO2作催化劑制取氧氣的實驗，而且希望能控制反應的發生和停止。學生們首先考慮到這是一個固+液→氣的反應而選用啟普發生器，但一裝藥品，就發現不行，因為二氧化錳是一種粉末狀固體，把它放入啟普發生器后會掉到下層，后來又設計了燒瓶配單孔塞的裝置，但是實驗證明它不能控制反應的發生和停止。于是又設計了圓底燒瓶+分液漏斗的裝置，但滴入過氧化氫后，由于瓶內壓力過大，再滴過氧化氫時易受阻而難滴下，再改進，設計了在分液漏斗下部用小試管液封的裝置，避免過氧化氫因滴下受阻，從而解決了問題。

4 化學實驗的德育功能與科學態度、協作精神的培養

化學實驗教學中蘊含著豐富的教育內容，化學實驗本身體現和反映了辯證唯物主義思想。充分發掘其德育因素，有利于學生逐步形成辯證唯物主義的觀點。通過實驗可以培養學生實事求是、嚴肅認真的科學態度。在化學實驗中，有時要求學生細致地多方面地進行觀察；有的實驗較緩慢，要求學生要有耐心；有的實驗不易一次成功，需要多做幾次，多考慮各種條件的影響，這就要求學生要有毅力，不怕困難，多思考；有的實驗結果與書本上的結論不完全一致，這就要求學生要尊重實驗現象和事實，并找出原因，考慮各種因素對實驗的影響，認真解釋，決不臆造事實。要培養學生的科學態度，教師首先必須言傳身教，要求教師在做演示實驗前必須進行周密的準備，保證課堂演示順利進行，效果良好，操作要規范、準確、熟練。要注意培養學生良好的實驗習慣和嚴謹的科學態度。每次分組實驗前都要求學生在充分預習實驗內容、明確實驗目的的基礎上寫好預習報告；實驗時教師簡要講解實驗原理及注意事項；實驗過程中要求學生嚴格遵守實驗規則，及時記錄實驗現象，實事求是填寫實驗效果及儀器使用情況，實事求是寫好實驗報告；每次實驗對其中一組學生進行重點考核，對其基本操作、技能、實驗習慣進行評價。使學生逐漸養成實事求是、嚴肅認真的科學態度，良好的實驗習慣。這種教育的效果甚至會影響學生的一生，是其他形式的教育無法代替的。同時分組討論、分組實驗，也是促進學生集體配合，團結協作的好機會。我們還可讓學生分小組開展化學實驗研究性學習，對課本的實驗進行深層次的研究，或改進課本的實驗，或進行實驗方案的設計等，使學生學會分工合作，學會分享。此外可通過實驗操作比賽、實驗設計大賽等實驗競賽活動，培養學生的合作精神和競爭意識。