化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究與學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

相恒杰

實(shí)驗(yàn)是考查學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的一個(gè)重要手段。在課堂教學(xué)中教師的主導(dǎo)作用體現(xiàn)在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，啟迪學(xué)生的思維。其中，啟迪學(xué)生的思維是核心。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中如何有意識(shí)地設(shè)立探索環(huán)境，使學(xué)生消除思維定勢(shì)，達(dá)到創(chuàng)新學(xué)習(xí)的目的呢？

一.透徹理解實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)

實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)是創(chuàng)新的源泉，創(chuàng)新離不開實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。例如：用簡(jiǎn)易啟普發(fā)生器制取氣體，按《大綱》要求，不屬于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，為了讓學(xué)生更好地理解裝置氣密性檢驗(yàn)原理，因此我拿出這套簡(jiǎn)易啟普發(fā)生器，讓學(xué)生思考這類裝置如何檢驗(yàn)氣密性？解答這個(gè)問(wèn)題，不僅需要學(xué)生具有綜合運(yùn)用物理化學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力，還應(yīng)有一定的創(chuàng)新精神。這種創(chuàng)新精神源自何方？這就需要教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境：回憶制氧氣、氫氣時(shí)氣密性的檢驗(yàn)方法？為什么用這種方法，其原理是什么？即利用水的液封作用，形成一個(gè)密閉體系，才能檢查裝置的氣密性。只要搞清驗(yàn)密原理，無(wú)論多么復(fù)雜的裝置，檢驗(yàn)氣密性的方法都能迎刃而解。因此，我們說(shuō)重視實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)，決不是對(duì)知識(shí)的簡(jiǎn)單記憶，也不單純是對(duì)實(shí)驗(yàn)基本技能的訓(xùn)練，而是對(duì)新教材所涉及的基本實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)作深層次的思考和透徹理解。不僅“知其然，還要知其所以然”，即使是考查創(chuàng)新意識(shí)的試題，也是以基礎(chǔ)知識(shí)為依托的。因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)讓學(xué)生把精力放在對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和應(yīng)用上。

二.實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，以發(fā)散思維、求異思維促進(jìn)創(chuàng)新思維

創(chuàng)新依賴于思維的求異和發(fā)散。如何培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散、求異思維呢？第一：對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器和基本裝置可依據(jù)不同的原理，歸納總結(jié)同種儀器、同一裝置的多種用途或不同的使用目的。特別適合于單元復(fù)習(xí)或總復(fù)習(xí)。如：試管、廣口瓶等儀器的用途，除教材介紹的之外，還有哪些？這種方法便于對(duì)所學(xué)知識(shí)的記憶，把形式記憶發(fā)展為理解記憶，而且可以培養(yǎng)思維的發(fā)散性、靈活性，為創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。第二：通過(guò)開放性的練習(xí)題進(jìn)行培養(yǎng)。例如，將少量氫氧化鈉溶液注入試管中，加入1—2滴酚酞試液，振蕩溶液變成紅色，在往上述溶液中逐滴滴加稀鹽酸，紅色逐漸變淺，直至消失；繼續(xù)滴加鹽酸，不在有明顯的變化，該實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯浞肿C明鹽酸與氫氧化鈉之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)？為什么？若不能，如何改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)？

一般學(xué)生思考問(wèn)題較單一，只能答對(duì)“不能充分證明鹽酸與氫氧化鈉之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)?！敝劣凇盀槭裁础?，能答對(duì)的學(xué)生較少。其實(shí)，該問(wèn)題是一個(gè)開放性試題，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維、求異思維大有益處。因此，在教學(xué)過(guò)程中要引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度進(jìn)行深層次思考、分析：若氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)，反應(yīng)前氫氧化鈉使酚酞變紅的原因是什么？（由于氫氧根離子的存在造成的），加入鹽酸，二者反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是什么？（OH－＋H＋＝H2O），氫氧化鈉酚酞溶液紅色褪去的原因是什么？（OH－消失）。有了這些層次清晰的分析，驗(yàn)證題中氫氧化鈉是否與鹽酸反應(yīng)的關(guān)鍵就是證明：加鹽酸后氫氧根離子是否還存在？因此，該實(shí)驗(yàn)就轉(zhuǎn)化為檢驗(yàn)氫氧離子是否存在的方法。分析至此學(xué)生感覺(jué)此題太簡(jiǎn)單了，因此學(xué)生紛紛發(fā)言，說(shuō)明自己的創(chuàng)意。有如下幾種設(shè)計(jì)方案：①在氫氧化鈉溶液中滴1－2滴酚酞試液，溶液變紅；再逐滴滴入鹽酸直至溶液褪色，然后反滴幾滴氫氧化鈉溶液，發(fā)現(xiàn)溶液又呈紅色，可證明氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)。②先測(cè)氫氧化鈉溶液的PH，然后滴1－2滴酚酞試液，溶液變紅；再逐滴滴入鹽酸直至溶液褪色，再測(cè)無(wú)色溶液的PH，也可證明氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)。③在氫氧化鈉溶液中滴1－2滴酚酞試液，溶液變紅；再逐滴滴入鹽酸直至溶液褪色，向褪色后的溶液中滴1－2滴硫酸銅溶液，若無(wú)藍(lán)色沉淀產(chǎn)生，可證明氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)。④在氫氧化鈉溶液中滴1－2滴酚酞試液，溶液變紅；將紅色溶液平均分至兩支試管中，取等體積的蒸餾水和鹽酸，分別倒入上面兩支試管，觀察紅色的變化，也可證明之等等。

三.改進(jìn)教材中的實(shí)驗(yàn)，開辟創(chuàng)新途徑

近年，化學(xué)高考、中考試題的特點(diǎn)之一是回歸基礎(chǔ)，在教材中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)或演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，創(chuàng)設(shè)新情境、提出新問(wèn)題，考查學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。由此我們得到啟示，要認(rèn)真領(lǐng)會(huì)教材中學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)意圖、實(shí)驗(yàn)原理和方法，思考能否用其他方法、裝置、原理做類似的實(shí)驗(yàn)或用其他儀器替代完成同一實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新意識(shí)。如；普通過(guò)濾裝置過(guò)濾速度較慢，整個(gè)過(guò)程還需人照看來(lái)添加待濾液，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)過(guò)濾裝置，使用時(shí)濾液不會(huì)外溢、過(guò)濾速度較快，全部待濾液濾完都不需要人照看。

引導(dǎo)分析：普通過(guò)濾裝置過(guò)濾速度慢的原因是：漏斗中液體本身產(chǎn)生的壓強(qiáng)隨過(guò)濾過(guò)程待濾液深度的變淺壓強(qiáng)減小。據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行改進(jìn)：①為使濾液順利流下且流速較快，應(yīng)使待濾液與大氣相通，且漏斗中的液體應(yīng)保持一定的高度。②為防止濾液溢出，當(dāng)漏斗內(nèi)的液面接近濾紙邊沿時(shí)，待濾液與大氣應(yīng)隔離。為此，設(shè)計(jì)1、（圖略）用一廣口瓶盛裝待濾液，用雙孔塞（帶導(dǎo)管）塞住，倒立固定在鐵架臺(tái)上，一個(gè)導(dǎo)管流出待濾液，另一導(dǎo)管進(jìn)空氣，以保證待濾液的流速；同時(shí)為保證待濾液不溢出漏斗，故流出待濾液的導(dǎo)管口稍低于濾紙邊沿，當(dāng)濾液進(jìn)入漏斗并接近濾紙邊沿時(shí)，濾液將導(dǎo)管口封住，瓶中液體不再流下，漏斗中待濾液即不溢出，也不會(huì)污染濾液；當(dāng)漏斗中液面低于導(dǎo)管口下端，待濾液又會(huì)流下。由此可見，學(xué)生只要吃透化學(xué)原理，敢于標(biāo)新立異，善于提出新的見解，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，就會(huì)品嘗到創(chuàng)新的喜悅，增強(qiáng)創(chuàng)新的欲望，將自己的創(chuàng)造潛能發(fā)揮出來(lái)。這就需要教師教學(xué)時(shí)很好的創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，以達(dá)到讓學(xué)生思有方向、創(chuàng)有思路的質(zhì)疑環(huán)境。

四.實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，從培養(yǎng)想像入手，達(dá)到創(chuàng)新的目的

我們知道想像既是推理的過(guò)程，更是聯(lián)想、猜想、假設(shè)的過(guò)程。下面就通過(guò)以下練習(xí)體驗(yàn)如何引導(dǎo)學(xué)生想像？

實(shí)驗(yàn)室常用給氯化銨粉末和熟石灰粉末的混合物加熱的方法來(lái)制取氨氣，氨氣是有刺激性氣味、極易溶于水的氣體。試根據(jù)已學(xué)過(guò)的實(shí)驗(yàn)室制取氣體的有關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)室制取氨氣的發(fā)生裝置及收集裝置。

首先分析反應(yīng)原理：實(shí)驗(yàn)室制取氨氣用的是氯化銨粉末與熟石灰粉末加熱的方法，反應(yīng)物都是固體，并在加熱條件下進(jìn)行，迅速聯(lián)想到實(shí)驗(yàn)室制氧氣也是固體與固體加熱制取氣體，從而設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)室制氨氣的發(fā)生裝置類似于制氧氣。由于收集氣體的方法取決于氣體的密度或溶解性，題設(shè)中給了氨氣極易溶于水，并未給出其密度，但可聯(lián)想到同溫同壓下密度與分子量成正比。在同一條件下，空氣的平均分子量為29，氨氣的分子量為17，故可推知氨氣的密度小于空氣的密度，從而得出氨氣是一種極易溶于水、密度比空氣小的氣體，進(jìn)而推知氨氣的收集方法只能用瓶口向下排空氣法。到此并未完成全部設(shè)計(jì)過(guò)程，教師再質(zhì)疑：氫氣也可采用瓶口向下排空氣法收集，氨氣與氫氣的收集裝置是否完全相同？假設(shè)、猜想：二者收集裝置若完全相同，氫氣集滿后逸出對(duì)大氣不會(huì)造成污染，而氨氣密度與空氣密度有差距，但不如氫氣與空氣密度差距大，氨氣在收集過(guò)程中更易與空氣對(duì)流擴(kuò)散，而且氨氣有刺激性氣味，逸出后會(huì)對(duì)大氣造成一定的污染，基于環(huán)保這一點(diǎn)，氨氣與氫氣的排氣收集裝置能否完全相同？若不同，應(yīng)怎樣改進(jìn)？（在集氣瓶口加一團(tuán)棉花）。這樣連續(xù)的啟發(fā)、引導(dǎo)想像，學(xué)生自然得出制取氨氣、收集氨氣的完整裝置。上述分析過(guò)程，實(shí)際就是一個(gè)想像創(chuàng)新的過(guò)程。所以我們教師要精編或精選有開發(fā)想像力的實(shí)驗(yàn)題，鼓勵(lì)他們敢想，體驗(yàn)想像創(chuàng)新的過(guò)程。只有這樣，學(xué)生才能身臨其境、設(shè)身處地地想像實(shí)驗(yàn)過(guò)程，才有可能邁進(jìn)創(chuàng)新王國(guó)。

總之，化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的有效途徑之一。因此教師要充分利用實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)創(chuàng)新氛圍，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動(dòng)性、創(chuàng)造性，為培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（作者通聯(lián)：411100湖南省湘潭鳳凰實(shí)驗(yàn)中學(xué)）