優(yōu)化實驗教學 培養(yǎng)創(chuàng)新能力

任雪松

（徐州市擷秀中學 江蘇 徐州 221002）

實驗是化學的靈魂，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要途徑。筆者在多年的化學教學中注重利用化學實驗提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。

一、優(yōu)化演示實驗，激發(fā)學生創(chuàng)新

在化學教學中，演示實驗對學生掌握基礎知識、基本技能和科學態(tài)度有著重要的作用，它通過教師規(guī)范的操作和顯而易見的現(xiàn)象向?qū)W生直觀的傳授教材中知識。但在教材中，我們不難發(fā)現(xiàn)有些演示實驗，存在不少不足，因此我們必須優(yōu)化演示實驗，使實驗現(xiàn)象更明顯，操作更簡單，能見度更大。在激發(fā)學生興趣和全面揭示物質(zhì)屬性的同時，還要善于引導學生積極深入思考，對教師的演示實驗進行診斷和評價，近而通過參與實驗優(yōu)化的過程，樹立敢于打破教材的束縛，勇于創(chuàng)新的意識。

例如碳的還原性實驗，教材中對這個反應的反應物用量、實驗步驟及方法均沒作詳細的說明，操作起來比較困難，實驗現(xiàn)象也不明顯。為此，我引導化學興趣小組的學生利用課外活動時間，在實驗室中，探究實驗的操作步驟，分析造成實驗現(xiàn)象不明顯的原因，以及如何改進。首先，我們提出在實驗步驟的選擇上最合理的應該是怎樣的？同學們根據(jù)固體和固體加熱反應，得出了操作步驟與實驗室制取氧氣的操作步驟相似；接著，我們又提出實驗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？帶著這些問題，同學們展開討論，得出了這樣的結(jié)論：因為反應物都為黑色粉末，無論是炭粉剩余，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，教師引導學生提出：從理論上，炭和氧化銅的質(zhì)量比為多少時，才會獲得最佳的效果？同學們從理論上計算出炭和氧化銅恰好完全反應的質(zhì)量比是3：40，若以這個比例混合，可使炭和氧化銅完全反應，通過同學們的動手操作，現(xiàn)象確有了很大的改觀；然又暴露出反應時間過長的新問題，于是有的同學又提出了提高反應的溫度，來加快反應的速度的方法，但酒精噴燈的使用相對較復雜，初中化學教材中不作要求。我們提出如何利用目前的儀器，從氧化銅入手，能作何改進？有的同學根據(jù)平時收集到的信息，建議利用新制的氧化銅，反應速度較快，實驗現(xiàn)象更明顯；有的同學建議，增大新制氧化銅與炭的接觸面積，會加快反應的速度。根據(jù)建議，同學們把一束銅絲，在酒精燈上加熱使其表面氧化，再按實驗室制取氧氣的操作步驟實驗，實驗速度加快，現(xiàn)象很明顯，實驗改進獲得成功。同學們從中也獲得了成功的喜悅。

二、優(yōu)化探究實驗，誘導學生探索

探究實驗是在新的教學環(huán)境中，培養(yǎng)學生對已知實驗裝置和物質(zhì)的屬性進行多層次、多角度、多方面探究的實驗，它是培養(yǎng)學生發(fā)散思維和創(chuàng)新能力的重要途徑。教師在優(yōu)化實驗教學的過程中，應善于誘導學生，探索創(chuàng)新，在教材原有的基礎上，對實驗中面臨的新問題、新挑戰(zhàn)進行深入細致的大膽探索，使實驗更加完善，學生的思維空間得到拓展。

例如：在進行氫氣的實驗室制法課堂教學時，學生們有了課本中制取氫氣知識做鋪墊，我誘導學生從制取氫氣的裝置出發(fā)提出以下問題：

1.制取氫氣所必須的最簡單的裝置是怎樣的？

2.以上這些裝置都有什么共同的缺點？

3.圍繞這些缺點，你是不是可以把它改進得更完美些？

面臨新的問題、新的挑戰(zhàn)。同學們表現(xiàn)出了極大的熱情，在充分討論的基礎上，很快就指出教材上裝置圖中不足之處：不能控制反應的發(fā)生和停止。并且經(jīng)過反復推敲，仔細琢磨和相互間的交流與合作，設計出許多新穎、富有創(chuàng)造性的實驗裝置圖，經(jīng)過師生共同評議確定四套較有代表性的設計方案。

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

實驗裝置1優(yōu)點：最簡單易行；缺點：難以控制反應的速率，實驗過程中不能添加反應物。

實驗裝置2優(yōu)點：實驗中可以添加反應物；缺點：反應物用量較多，長頸漏斗下端必須液封，以防止產(chǎn)生的氣體沿長頸漏斗逸出。

實驗裝置3優(yōu)點：實驗中可以添加反應物，可控制反應的速率；缺點：不能控制反應的停止。

實驗裝置4最優(yōu)：實驗中即可以添加反應物，還可以隨時控制反應的發(fā)生和停止。

在實驗室中，根據(jù)學生自行設計的上述四種實驗裝置圖，我們組裝成四套實驗裝置，一一進行實驗驗證。所反映出的問題和上述分析基本相符。這樣先通過理論的分析，再經(jīng)過實驗驗證，不但使學生牢固地掌握了實驗室制取氣體的一般方法，而且能夠激發(fā)學生學習的興趣，全面培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐能力。

三、優(yōu)化課后實驗，指導學生動手

在優(yōu)化實驗的教學過程中，教師應充分認識到課后小實驗的重要性，它有利于學生獨立自主去探究鉆研問題，在不同程度上創(chuàng)造性運用知識，有助于學生智力和創(chuàng)造才能的發(fā)展。同時，他們通過對課本知識的回憶，對所掌握的化學操作技能的運用，不斷完善和發(fā)展，養(yǎng)成良好的學習習慣和科學方法，為未來可持續(xù)發(fā)展打下堅實的基礎。因此，教師要注重對課后小實驗的指導，并及時對學生的實驗設計給予評價，鼓勵學生自主創(chuàng)新。

例如：初中化學“污水的凈化”課后安排了一個家庭小實驗，讓學生課后按課本所給出的裝置完成這個實驗。如果按教材中的裝置進行實驗，實際操作中，污水凈化的效果確實比較明顯，但許多學生提出疑問：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？在實驗過程中，學生很難通過實驗現(xiàn)象得到明確的答案，這就需要教師的解釋。這時我不失時機引導學生對該實驗在課后進一步探究，提出該實驗做如何改進，才能便于觀察每種凈水材料在實際凈水過程中所起到的作用，同學們帶著問題，通過網(wǎng)絡、生活經(jīng)驗和各種資料搜尋信息和材料，在家里設計出許多有創(chuàng)意的裝置，而且大部分取材就來至于身邊的廢棄物，在班級成果展示會上，有一個同學的設計很新穎，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，并且把三個這樣的裝置串在一起，中間用棉花隔開，，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，明顯可以看到中間的液體仍呈紅色，而最終的液體卻是無色，由此說明石子、沙子、棉花、并不能將紅墨水中的色素除去，它們只起到過濾的作用；是布包中的木炭將液體中的色素吸附，學生的疑惑自然得到消除。

四、優(yōu)化分組實驗，培養(yǎng)學生思維

分組實驗是學生的主要的實踐活動，通過分組實驗，能有效地培養(yǎng)學生自主能力和團結(jié)協(xié)作的精神，對培養(yǎng)學生的觀察能力和科學創(chuàng)新能力起著決定性的作用。在優(yōu)化實驗教學的過程中，教師要因勢利導，讓學生根據(jù)實驗的原理和操作，充分發(fā)揮他們的想象能力，打破教材的束縛，大膽提出自己的見解。根據(jù)化學實驗在保證安全的前提下，力求盡可能采用簡單的裝置、較少的實驗步驟和藥品，用較短的時間取得較為明顯的實驗結(jié)果的原則，科學創(chuàng)新。

例如：初中化學“實驗室制取氧氣”的分組實驗中，為了說明二氧化錳的催化作用，教材中安排了三個實驗，前兩個通過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。第三個實驗，把二氧化錳加入氯酸鉀中只需加熱很短時間，即可有大量的氧氣放出。但實際實驗中，由于當把二氧化錳重新加入原氯酸鉀中時，氯酸鉀已經(jīng)幾乎降至室溫，混入二氧化錳后，仍需加熱較長時間才能放出大量氧氣，從而造成在說明二氧化錳對氯酸鉀分解有催化作用上大打折扣。為此，我依據(jù)優(yōu)化實驗的簡約性原則，引導學生提出實驗改進方案。我們需要解決第一個問題是：由于分別加熱氯酸鉀和二氧化錳是在不同試管中進行的，如何縮短三個實驗之間的時間是影響實驗成敗的關鍵。于是，有的學生就提出了可以把三個實驗合三為一的方案，既使用一個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，就產(chǎn)生了第二個問題：由于加熱氯酸鉀時，必須直至融化，才會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。為了解決這個問題，有的同學根據(jù)練習題中曾經(jīng)出現(xiàn)過的叉型試管，建議在兩個分支試管中來完成這個實驗，在實驗操作中我們又發(fā)現(xiàn)：前兩個實驗效果很好，但在完成第三個實驗時，卻很難順利混合。問題三：如何才能使兩者在一個試管中即可分別加熱，又混合方便呢？帶著這個問題，同學們提出很多的方案，其中最有創(chuàng)意的方案是：有個同學根據(jù)老師用酒精噴燈加熱可以彎曲玻璃導管的操作，提出使用一個彎曲的試管（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，無須加熱（或者只需微熱）即可在試管口得到大量氧氣。實驗操作簡單易行，可比性強，對體現(xiàn)二氧化錳的催化能力有很強的說服力。同時，又節(jié)省時間，大大提高了課堂效率。

總之，優(yōu)化實驗教學是培養(yǎng)學生創(chuàng)新和實驗能力，提高學生化學素質(zhì)的有效方法。教師在教學過程中，要善于調(diào)動學生感官，培養(yǎng)學生動手、動腦、動口的習慣，注重拓寬學生的思維空間，激活學生思維的靈感，培養(yǎng)和發(fā)展學生的創(chuàng)造性思維能力，使學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。

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