化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)的探討

沈德芬，關(guān)蓬萊，任 飛，宮 葵，孫曉蕓

(沈陽航空航天大學(xué) 理學(xué)院，沈陽 110136)

面向全體學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，著力提高學(xué)生服務(wù)國家、服務(wù)人民的社會(huì)責(zé)任感，勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實(shí)踐能力是《國家教育十二五規(guī)劃綱要》戰(zhàn)略主題的重點(diǎn)。創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。關(guān)注學(xué)生不同特點(diǎn)和個(gè)性差異，發(fā)揮每一個(gè)學(xué)生的優(yōu)勢潛能，培養(yǎng)創(chuàng)新人才，是高等教育改革著重研究的問題。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何利用學(xué)科特點(diǎn)，培養(yǎng)創(chuàng)新人才是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教育改革著重探討研究的問題。

1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展史是實(shí)踐、創(chuàng)新的發(fā)展史

從遠(yuǎn)古時(shí)代開始到17 世紀(jì)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷了一段漫長的發(fā)展時(shí)期?；鹗侨祟愖钤缡褂玫幕瘜W(xué)手段。人類從最初的制陶、冶金和釀酒等化學(xué)工藝，孕育了化學(xué)實(shí)驗(yàn)萌芽。

近代化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)期(17—19 世紀(jì))，化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一種相對(duì)獨(dú)立的科學(xué)研究活動(dòng)，從生產(chǎn)實(shí)踐中分化出來，把化學(xué)確立為科學(xué)。這一時(shí)期產(chǎn)生了許多對(duì)化學(xué)發(fā)展貢獻(xiàn)卓越，我們耳熟能詳?shù)幕瘜W(xué)家。譬如:玻義耳(Boyle，1627—1691)英國化學(xué)家，化學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要奠基人。他一生做過大量的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。他發(fā)明了指示劑、發(fā)現(xiàn)了銅鹽和銀鹽、鹽酸和硫酸的化學(xué)檢驗(yàn)方法。他指出:“化學(xué)，為完成其光榮而莊嚴(yán)的使命，就不能認(rèn)為目前為止的研究方法是正確的，而必須拋棄古代傳統(tǒng)的思辨方法”［1］。告誡后人，知識(shí)應(yīng)該從實(shí)驗(yàn)中來，實(shí)驗(yàn)是最好的老師［2］。

拉瓦錫(A.L.Lavosier，1743—1794)法國化學(xué)家，定量化學(xué)方法論的創(chuàng)始人。他依據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)揭示了“水變成土”、“火粒子”學(xué)說以及“燃素說”的謬誤。

維勒(F.Wohler，1800—1882)德國化學(xué)家。1824年他利用氯化銨(NH4Cl)水溶液，同氰酸銀(AgCNO)作用，制得了一種白色結(jié)晶狀物質(zhì)尿素——?jiǎng)游矬w內(nèi)的代謝產(chǎn)物。這一成果，動(dòng)搖了傳統(tǒng)的“生命力論”的基礎(chǔ)，開辟了無機(jī)物合成有機(jī)化合物的新天地［2］。

這一時(shí)期的化學(xué)家，通過不斷的創(chuàng)新實(shí)踐，建立了化學(xué)理論的基礎(chǔ)和檢驗(yàn)化學(xué)理論的標(biāo)準(zhǔn)。

從19 世紀(jì)末到21 世紀(jì)初，化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)入了現(xiàn)代發(fā)展階段。由于電子計(jì)算機(jī)、各種能譜技術(shù)、激光技術(shù)、同位素技術(shù)及生物技術(shù)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)上的應(yīng)用，現(xiàn)代化學(xué)的許多重大突破都與化學(xué)手段的改進(jìn)、發(fā)明和創(chuàng)造緊密相關(guān)?？v觀化學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展歷程，是不停地實(shí)踐、不斷地創(chuàng)新、進(jìn)而再實(shí)踐、再創(chuàng)新的發(fā)展史。

2 化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供了條件

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)是化學(xué)教學(xué)的最基本特征?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中占有重要地位，化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的高低，在很大程度上取決于是否能充分發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)的作用。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)，就是根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)者運(yùn)用實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及裝置等物質(zhì)手段，在人為設(shè)定的實(shí)驗(yàn)條件下，變革化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的狀態(tài)(即化學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí))的一種科學(xué)研究方法［2］?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的一種實(shí)踐和手段，又是一種創(chuàng)新性的活動(dòng)。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，不僅能加深學(xué)生對(duì)化學(xué)理論知識(shí)的理解、驗(yàn)證和探討，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能，而且能最大限度地發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，去發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題，提高創(chuàng)新能力。

3 在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中樹立“處處是創(chuàng)造之地，天天是創(chuàng)造之時(shí)，人人是創(chuàng)造之人”的理念，發(fā)掘?qū)W生的潛能，培養(yǎng)創(chuàng)新人才

人民教育家陶行知說:“處處是創(chuàng)造之地，天天是創(chuàng)造之時(shí)，人人是創(chuàng)造之人”。創(chuàng)造無處、無時(shí)不在，每個(gè)人都擁有創(chuàng)新思維的能力和空間，關(guān)鍵是如何發(fā)掘，如何認(rèn)識(shí)，如何實(shí)現(xiàn)。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)每個(gè)階段，堅(jiān)持以人為本，關(guān)注學(xué)生不同特點(diǎn)和個(gè)性差異，發(fā)掘?qū)W生的潛能，把學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)作為教學(xué)的理念和出發(fā)點(diǎn)，是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探討和嘗試。

3.1 在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備階段，注重學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

人創(chuàng)造環(huán)境，環(huán)境也創(chuàng)造人。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備階段，摒棄傳統(tǒng)的一味填充式教學(xué)觀念，轉(zhuǎn)化為以“學(xué)生為中心”的理念，關(guān)注每一位學(xué)生，處處時(shí)時(shí)努力營造適宜創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)氛圍，以熏陶、陶冶的方式對(duì)學(xué)生個(gè)體的思維發(fā)展施加影響［3］。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是實(shí)施化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的場所。學(xué)生步入實(shí)驗(yàn)室，映入眼簾的應(yīng)是寬敞明亮，布局清晰合理，儀器、藥品分置有序，便于實(shí)驗(yàn)操作的人性化布局。實(shí)驗(yàn)室墻上的規(guī)章制度、儀器的操作規(guī)程及實(shí)驗(yàn)簡介，不是冷冰冰的條條框框，而是充滿人文關(guān)懷的解說。學(xué)生融入其中不會(huì)產(chǎn)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的畏懼，而是充滿了好奇，觸動(dòng)他們思考:我在實(shí)驗(yàn)室能做什么?其結(jié)果會(huì)怎樣?我能有什么收獲?會(huì)有什么意外發(fā)現(xiàn)的憧憬。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課題選擇，要以學(xué)生認(rèn)知水平為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)學(xué)生的理論知識(shí)、技能基礎(chǔ)和能力水平來選擇驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和研究型實(shí)驗(yàn)課題;在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平和能力，拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生思考問題，研究問題，改善、完善實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，解決實(shí)驗(yàn)中遇到的問題。如在普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目《化學(xué)反應(yīng)焓變的測定》中，引導(dǎo)學(xué)生思考該化學(xué)反應(yīng)后的產(chǎn)物如何分離?分離后的產(chǎn)物能不能再利用?鼓勵(lì)學(xué)生利用自己掌握的知識(shí)，通過查閱書籍、文獻(xiàn)，咨詢老師，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，然后進(jìn)行評(píng)議可行性和評(píng)估實(shí)施項(xiàng)目的成本。學(xué)生在獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，不僅增強(qiáng)了靈活地、創(chuàng)造性地綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和技能，而且促進(jìn)了學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，分析諸多因素進(jìn)行辯證思維，進(jìn)行創(chuàng)新思維，也默默的把化學(xué)實(shí)驗(yàn)的廢物處理納入學(xué)生的潛意識(shí)中，增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和責(zé)任［4］，更難得是在實(shí)驗(yàn)的至始至終學(xué)生都是在思考、設(shè)計(jì)、實(shí)施、見證結(jié)果，學(xué)生不單單是實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行者，更是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的主體。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)康淖鳛榛瘜W(xué)實(shí)踐活動(dòng)一個(gè)內(nèi)在因素，貫穿、滲透與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的全過程和化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的靈魂，是學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)的直接動(dòng)力?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹朴啽仨氝m合學(xué)生的理論知識(shí)、技能基礎(chǔ)和能力水平，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力為目標(biāo)的。

預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生做實(shí)驗(yàn)前必須做好的準(zhǔn)備，學(xué)生要搞清楚:我要做什么實(shí)驗(yàn)?實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論是什么?實(shí)驗(yàn)采用什么方法和手段?做幾個(gè)步驟?從什么方向去實(shí)現(xiàn)已經(jīng)確定的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?……，讓學(xué)生明白自己是實(shí)驗(yàn)的主體，他要積極的思考、行動(dòng)完成面前的工作。

在制訂化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)之時(shí)，要以學(xué)生的視角對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)所涉及的一系列具體問題進(jìn)行認(rèn)真分析和周密的思考，注重學(xué)生個(gè)性發(fā)展，營造實(shí)驗(yàn)探索、研究的情境，激發(fā)學(xué)生的好奇心、求知欲、想象力、創(chuàng)造力。在《化學(xué)反應(yīng)焓變的測定》實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，針對(duì)金屬Zn 粉與CuSO4溶液反應(yīng)中過量Zn 粉的使用量設(shè)計(jì)了兩套方案。第一方案，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)班分成兩大組即A 和B 組，A 組的各實(shí)驗(yàn)小組稱取Zn 粉為3.0 g 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定;B 組的各實(shí)驗(yàn)小組稱取Zn 粉為2.5 g 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定。實(shí)驗(yàn)結(jié)束前，把A 和B 組測定數(shù)據(jù)及計(jì)算的相對(duì)誤差相比較，讓學(xué)生自己得出結(jié)論，分析原因。第二方案，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)班每一小組都測定兩次。第一次稱取Zn 粉為3.0 g 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定;第二次稱取Zn 粉為2.5 g 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定.本小組通過兩次測定數(shù)據(jù)及計(jì)算的相對(duì)誤差相比較，得出結(jié)論，分析原因。本實(shí)驗(yàn)班級(jí)各個(gè)小組把實(shí)驗(yàn)的測定數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，最后得出結(jié)果，說明原因。如此設(shè)計(jì)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中不再是實(shí)驗(yàn)操作的盲從者，而是實(shí)驗(yàn)的思考、設(shè)計(jì)、實(shí)施、見證、最后得出結(jié)論的人，同時(shí)也把綠色化學(xué)的理念融入到了化學(xué)實(shí)驗(yàn)中［5］，學(xué)生從中享受到一份創(chuàng)新實(shí)踐的喜悅。

3.2 化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段，學(xué)生作為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體，首先要把實(shí)驗(yàn)課堂真正地交給學(xué)生，給予學(xué)生充分自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和空間，讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)課的主角;教師在實(shí)驗(yàn)課堂上除了必要的實(shí)驗(yàn)演示示范和講解外，其主要的職責(zé)是走到學(xué)生中間，做好實(shí)驗(yàn)學(xué)生的指導(dǎo)者、解惑者、引領(lǐng)者、實(shí)驗(yàn)技能的傳授者及實(shí)驗(yàn)小組成員的協(xié)調(diào)者，讓教師的的確確成為實(shí)驗(yàn)課的配角。

在實(shí)驗(yàn)課堂上，教師只有融入學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，才能了解到每位學(xué)生的特性和特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中遇到的困難和困惑，發(fā)覺到學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中情感的波動(dòng)，做到有的放矢指導(dǎo)，有意識(shí)引領(lǐng)學(xué)生去思考、去實(shí)踐;鼓勵(lì)學(xué)生不懼怕困難，大膽探索創(chuàng)新。

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，教師走到學(xué)生身邊，指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的過程并說明應(yīng)該遵守實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程，師生的空間距離拉近了，學(xué)生的心也和老師貼近了，從情感上更愿意接受教師的指導(dǎo)。老師手把手傳授基本的實(shí)驗(yàn)技能，解決學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的問題，能潛移默化地觸動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的愿望。當(dāng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的顏色不明顯時(shí)，老師指導(dǎo)學(xué)生用白色做背板，觀察顏色會(huì)更清晰;當(dāng)實(shí)驗(yàn)中試液變渾濁了，不知如何描述現(xiàn)象時(shí)，教師指點(diǎn)學(xué)生將試液沉降一會(huì)再觀察，提示沉淀的顏色從玻璃儀器的底部往上看會(huì)更清楚;有的實(shí)驗(yàn)試液變渾濁后不能通過短時(shí)間的沉降觀察現(xiàn)象，可以指導(dǎo)學(xué)生通過空白實(shí)驗(yàn)和對(duì)照實(shí)驗(yàn)來比較，最終得出結(jié)論。如此，教師在傳授基本的實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)，也傳遞給學(xué)生探索求真的樂趣。教師就在學(xué)生身邊，才能根據(jù)每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)小組成員的各盡所能，分工合作，發(fā)揮小組的團(tuán)隊(duì)力量。老師在學(xué)生身邊，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)錯(cuò)誤，及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生分析錯(cuò)誤的原因并加以糾正;對(duì)于實(shí)驗(yàn)屢屢失敗心情沮喪的學(xué)生，老師適時(shí)給與的鼓勵(lì)，會(huì)使得學(xué)生盡快調(diào)整好自己的情緒，重新振作精神，堅(jiān)持完成實(shí)驗(yàn)，盡管經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)的挫折和失敗，但學(xué)生從中磨練了意志，增強(qiáng)了戰(zhàn)勝困難的自信心。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中常常有意外實(shí)驗(yàn)事實(shí)的發(fā)生，實(shí)驗(yàn)教師只有融入學(xué)生中，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)意外事實(shí)，指導(dǎo)學(xué)生捕捉機(jī)遇、捕捉到實(shí)驗(yàn)過程中的靈感，引領(lǐng)學(xué)生大膽思考，積極探索，敢于“質(zhì)疑”自己已有的理論知識(shí)，使學(xué)生從親自動(dòng)手操作興趣，步入探索實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和規(guī)律的實(shí)驗(yàn)興趣，進(jìn)而形成自覺運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)、技能和方法進(jìn)行創(chuàng)新思維的活動(dòng)和實(shí)踐。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師有意識(shí)給學(xué)生親自動(dòng)手準(zhǔn)備、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器和準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)裝置的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器和裝置進(jìn)行新的創(chuàng)制，并及時(shí)給與肯定和指導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新的自信心。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)施的過程既是學(xué)生積極的創(chuàng)新思維過程，又是學(xué)生創(chuàng)新能力提高的實(shí)踐活動(dòng)。

3.3 化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理階段的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的最后階段，就是運(yùn)用理論思維對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(即化學(xué)實(shí)驗(yàn)中搜集到的事實(shí)、現(xiàn)象、過程和數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析和綜合的思考，進(jìn)行理性的分析處理，并在此基礎(chǔ)上作出理論解釋的過程，就是對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)。從現(xiàn)象向本質(zhì)不斷深入的過程［6］。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，要求學(xué)生實(shí)事求是，認(rèn)真分析產(chǎn)生的原因，對(duì)其進(jìn)行正確的理論解釋，寫出完整、真實(shí)、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這本身就是學(xué)生從感性體驗(yàn)進(jìn)入理性認(rèn)識(shí)的主動(dòng)創(chuàng)新思維過程。

學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績的考核，采用過程評(píng)價(jià)和結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合的考核方式，即依據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技術(shù)操作情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理、分析、總結(jié)和討論情況及實(shí)驗(yàn)過程中的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，給與綜合考核［7］。對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能的綜合評(píng)估，能客觀、全面、真實(shí)地評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合能力，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的提高。

4 結(jié)束語

每一位學(xué)生都有自己獨(dú)特的個(gè)性和長處，每位學(xué)生都有巨大的創(chuàng)新潛能。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要時(shí)時(shí)處處營造適宜創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的氛圍，尊重每一位學(xué)生、理解學(xué)生提出的每一個(gè)問題和想法，啟喚學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，呵護(hù)好學(xué)生萌發(fā)的創(chuàng)新思路，鼓勵(lì)學(xué)生大膽地創(chuàng)新實(shí)踐，讓學(xué)生的創(chuàng)新潛能得到充分發(fā)揮。

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