精心設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn) 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

史青云

從當(dāng)前高考命題改革中實(shí)驗(yàn)試題的設(shè)計(jì)趨勢看,以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為載體,豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能,培養(yǎng)和提高中學(xué)生的創(chuàng)新能力,將是今后我們實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要積極探索和研究的方向。在新的形勢下,教師必須轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念,深入挖掘教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵,以課本中的實(shí)驗(yàn)為載體,進(jìn)行整合、拓展和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科的靈魂。通過實(shí)驗(yàn),不僅可以幫助學(xué)生形成概念,理解和鞏固化學(xué)知識(shí),獲得比較熟練的實(shí)驗(yàn)技能,而且通過有計(jì)劃地、周密細(xì)致地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,以及分析、推理、判定等思維活動(dòng),也有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神。因此,實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的重要環(huán)節(jié),是一塊培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要基地。為了適應(yīng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代對(duì)創(chuàng)造型人才的需要,在中學(xué)化學(xué)教學(xué)活動(dòng)中,必須在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)探究等方面有意識(shí)地加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

一、作好課前準(zhǔn)備

首先教師應(yīng)做好實(shí)驗(yàn)的預(yù)試。與演示實(shí)驗(yàn)、邊講邊實(shí)驗(yàn)的預(yù)試相比,對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課的預(yù)試要求應(yīng)更高一些。除掌握實(shí)驗(yàn)成敗的條件和關(guān)鍵外,還要估計(jì)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)可能發(fā)生的困難,擬出上課時(shí)向?qū)W生交待的注意事項(xiàng),并作好課中巡視指導(dǎo)計(jì)劃。指導(dǎo)計(jì)劃應(yīng)包括重點(diǎn)指導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作技能,重點(diǎn)指導(dǎo)的學(xué)生以及巡視指導(dǎo)的路線等。 其次,應(yīng)充分準(zhǔn)備好儀器和藥品,并將儀器、藥品等放置有序,保持實(shí)驗(yàn)室的清潔、整齊。 最后按實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的多少和難易程度,以及實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備情況將全班學(xué)生合理分組。盡量照顧人人都有動(dòng)手的機(jī)會(huì),防止形成某些同學(xué)只能作“觀察員”或“記錄員”狀況。還要擬訂實(shí)驗(yàn)思考題,指導(dǎo)學(xué)生課前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材和學(xué)習(xí)有關(guān)章節(jié)內(nèi)容,要求學(xué)生在預(yù)習(xí)中做到明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、搞清?shí)驗(yàn)內(nèi)容、并理解基本原理、操作步驟,實(shí)驗(yàn)裝置和注意事項(xiàng)(包括操作、儀器的使用和安裝、藥品用量、觀察現(xiàn)象、廢物處理、安全防護(hù)等各方面的注意事項(xiàng)),扼要地作好筆記,為能自覺地、有目的地、獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)。

二、整合課本中的簡單實(shí)驗(yàn),引發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)

可采用橫向串聯(lián)和縱向延伸把簡單實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成綜合實(shí)驗(yàn)、系列實(shí)驗(yàn)。橫向串聯(lián)可使知識(shí)系統(tǒng)化、條理化、層次化,形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。如在復(fù)習(xí)乙烯的性質(zhì)時(shí),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(diǎn)燃等組合成系列實(shí)驗(yàn)。縱向延伸可使知識(shí)程序化。例如于Cl-、Br-、I-、S2-還原性強(qiáng)弱的復(fù)習(xí),可以將單個(gè)實(shí)驗(yàn)整合成一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn):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(jī)層和水層的變化。整合簡單實(shí)驗(yàn),迫使學(xué)生對(duì)原貯存的知識(shí)進(jìn)行重組,尋找這些實(shí)驗(yàn)之間的交叉點(diǎn)和結(jié)合點(diǎn),使知識(shí)融會(huì)貫通,訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維,引發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

三、將定性實(shí)驗(yàn)改變?yōu)槎繉?shí)驗(yàn),發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力

定性實(shí)驗(yàn)只要求通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證某物質(zhì)是否有或物質(zhì)間能否反應(yīng),定量實(shí)驗(yàn)不僅要知道是否有或能否反應(yīng),而且還要確定有多少或物質(zhì)間按怎樣的比例關(guān)系發(fā)生反應(yīng)。

如乙醇和鈉的反應(yīng)─→定性實(shí)驗(yàn),可改為利用該實(shí)驗(yàn)原理推斷乙醇的結(jié)構(gòu)─→定量實(shí)驗(yàn)。

如在復(fù)習(xí)極易溶于水的氣體HCl、NH3的噴泉實(shí)驗(yàn)時(shí),我們通過下列過程對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)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(shí)驗(yàn)?

(2)噴泉實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是什么?

【計(jì)算探討】

在噴泉實(shí)驗(yàn)的裝置中,假定燒瓶容積為250ml,玻璃導(dǎo)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(dǎo)管尖嘴噴水?

【得出結(jié)論】

(1)常溫下:氣體的溶解度大于或等于17,就能做成噴泉實(shí)驗(yàn)。

(2)噴泉實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是減小瓶內(nèi)壓力。

【拓展】

減小瓶內(nèi)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(yīng)或物理方法來實(shí)現(xiàn)。如氣體為CO2、溶液為NaOH;在燒瓶外包冰塊,通過降溫而使壓強(qiáng)減小等。

【創(chuàng)新應(yīng)用】

以上討論的噴泉實(shí)驗(yàn),都是由于容器內(nèi)壓力小于大氣壓造成的,那么反過來能否形成類似噴泉實(shí)驗(yàn)?zāi)?

學(xué)生通過討論、分析設(shè)計(jì)出了相應(yīng)裝置。

將定性實(shí)驗(yàn)改為定量實(shí)驗(yàn),需要學(xué)生積極運(yùn)用已有知識(shí),從多角度、多方位、多層次地進(jìn)行創(chuàng)新分析,用盡可能多的方法來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,并對(duì)各方案從操作的可行性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行分析評(píng)價(jià),選擇最佳方案,可培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性。

四、將定性實(shí)驗(yàn)改變?yōu)樘剿餍詫?shí)驗(yàn),強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新能力

對(duì)課本上的演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改變,變定性實(shí)驗(yàn)為探索性實(shí)驗(yàn),結(jié)合實(shí)驗(yàn)層層設(shè)問,創(chuàng)設(shè)培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的環(huán)境。實(shí)驗(yàn)→觀察現(xiàn)象→分析、推理→結(jié)論。如在“原電池”教學(xué)中,將教材上的演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),并將實(shí)驗(yàn)的過程設(shè)計(jì)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(xiàn)象;(2)用導(dǎo)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(xiàn)象;(3)在導(dǎo)線上連接靈敏電流計(jì),觀察電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向;(4)用干電池與靈敏電流計(jì)連接,確定電子流動(dòng)的方向。 圍繞實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)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(chǎn)生?該氣體是什么氣體?為什么會(huì)產(chǎn)生這種氣體?(3)鋅片的質(zhì)量有何變化?(4)從氧化還原反應(yīng)的觀點(diǎn)分析兩極上發(fā)生的變化?(5)從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)來分析原電池是何種裝置?(6)原電池的正負(fù)極如何判定?圍繞上述問題,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)提供的感性材料進(jìn)行分析和綜合,抽象概括出原電池的工作原理、裝置特點(diǎn)、能量的變化,并最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生敢想、善思、勇于創(chuàng)新,聯(lián)系實(shí)際提出下列問題:(1)為什么粗鋅比純鋅與稀硫酸的反應(yīng)速率快?(2)電工操作中規(guī)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(shí)驗(yàn)的過程中,發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動(dòng)性,激發(fā)學(xué)生的求知欲,教學(xué)中這種情景的出現(xiàn)會(huì)引起學(xué)生的思考和探究行為,是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的原動(dòng)力。這樣既發(fā)揮了學(xué)生的聯(lián)想能力和知識(shí)遷移能力,也增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

總之,化學(xué)實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)和核心,是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要途徑。在教學(xué)中,通過精心設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn),把探索性實(shí)驗(yàn)作為啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索問題、解決問題的重要手段,這樣,學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力就會(huì)得到提高,為學(xué)生以后走向社會(huì)、走向工作崗位打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。