依托化學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)創(chuàng)新精神

【名師檔案】

李德前，江蘇省特級教師，從事初中化學(xué)教學(xué)31年。徐州市中小學(xué)教學(xué)研究室初中化學(xué)中心組成員，江蘇省中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究中心特約研究員，教育部“國培計劃”專家?guī)斓谌诉x。1999年參加化學(xué)優(yōu)質(zhì)課評比獲省級一等獎，2012年參加中國化學(xué)會組織的現(xiàn)場賽課獲全國一等獎。近10年來，主持和參與7項(xiàng)市級以上課題研究，兩次獲得江蘇省教學(xué)成果二等獎；在省內(nèi)外開設(shè)講座和示范課近30次，其中為“國培計劃”講座7次；在《江蘇教育》《化學(xué)教育》《化學(xué)教學(xué)》等刊物上發(fā)表論文60多篇。

30年前，我剛從事化學(xué)教學(xué)時就備加喜愛實(shí)驗(yàn)教學(xué)，當(dāng)時雖然工作在偏僻的鄉(xiāng)村學(xué)校，但我以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為抓手，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，提高了他們的化學(xué)成績。進(jìn)入21世紀(jì)，素質(zhì)教育的浪潮滾滾而來，此時我參加了首批中學(xué)化學(xué)骨干教師國家級培訓(xùn)，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，認(rèn)識到“實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅要提高學(xué)生的應(yīng)試能力，更要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”。從此，注重依托化學(xué)實(shí)驗(yàn)開展創(chuàng)新教育，取得了顯著的成效。

一、在實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)學(xué)生享受，營造創(chuàng)新的氛圍

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)充滿魅力，是學(xué)生發(fā)現(xiàn)化學(xué)美、體驗(yàn)真科學(xué)的大舞臺。不管是欣賞奇妙的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，還是感悟簡潔的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，或是體驗(yàn)成功的實(shí)驗(yàn)設(shè)計，都能讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的愉悅，成為學(xué)生學(xué)好化學(xué)、渴望成功的動力。在每帶一個新班級的第一堂化學(xué)課上，我都會設(shè)計簡捷、有趣、神奇的小實(shí)驗(yàn)，比如用酚酞試液在白紙上寫下幾句順口溜，寫好后將其放在濃氨水瓶口，白紙上很快就出現(xiàn)了紅字：“化學(xué)是個創(chuàng)造家，無中生有眾人夸，點(diǎn)石成金是假話，變廢為寶需要它?！被虮硌菀粋€化學(xué)魔術(shù)，如滴水生煙、水火共容、自吹自擂、水往高處流、于無聲處聽驚雷等，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象常常讓學(xué)生興奮不已，因而點(diǎn)燃了學(xué)生期待學(xué)習(xí)化學(xué)、渴望學(xué)好化學(xué)的激情。

化學(xué)教學(xué)要重視引領(lǐng)學(xué)生關(guān)注化學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵，而不僅僅是停留于造型與聲光色上，從而激發(fā)學(xué)生為巧妙的設(shè)計而折服，為出乎意料的現(xiàn)象而驚喜，為簡明扼要的規(guī)律而贊嘆，進(jìn)而為探索物質(zhì)世界的奧秘而愉悅。比如利用長柄V形玻璃管，將“火柴頭爆炸”實(shí)驗(yàn)與“檢驗(yàn)二氧化硫”實(shí)驗(yàn)組合，只要微熱火柴頭，火藥就會爆燃，同時左邊的橡皮塞被爆飛，紫紅色的高錳酸鉀溶液褪色。這個巧妙的組合實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵美和創(chuàng)造美。

二、在實(shí)驗(yàn)中引領(lǐng)學(xué)生探究，把握創(chuàng)新的途徑

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生從事創(chuàng)造性活動的重要途徑和手段。當(dāng)學(xué)生具備了一定的基礎(chǔ)知識和操作技能后，教師可以適時開展實(shí)驗(yàn)探究活動，通過真實(shí)直觀的探究情境，引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生探究欲望，引領(lǐng)學(xué)生通過理論探討、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、反思與評價、表達(dá)與交流等方式，提升化學(xué)素養(yǎng)。例如在教學(xué)“碳酸鈣”的內(nèi)容時，可以做如下的實(shí)驗(yàn)探究活動。

問題情境：2008年汶川大地震后，正通過“寶成鐵路”109號隧道的一列運(yùn)送燃油的火車脫軌并燃起大火，救援人員歷時兩天終將大火撲滅。但是火燒水澆，嚴(yán)重破壞了原本堅固的隧道，造成這段鐵路只好重新選線。

提出問題：為什么火燒水澆會破壞石灰?guī)r隧道呢？

學(xué)生猜想：石灰石在煅燒、澆水后會發(fā)生化學(xué)變化；產(chǎn)生的新物質(zhì)不再具有堅硬、難溶的性質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：（1）用錘子用力敲打一塊石灰石，不易破碎；將這塊石灰石投入水中，不溶。（2）再取一塊與上述大小一樣、質(zhì)地相同的石灰石，將其在酒精噴燈上灼燒1～2分鐘；冷卻后用錘子輕輕敲打，立即變碎。（3）將敲碎的白色固體放入水中，又“粉身碎骨”；再向其中滴入幾滴酚酞試液，立即變紅。

拓展反思：（1）我國古代勞動人民很早就知道利用火燒水澆的方法開渠、修路，如李冰修建都江堰、張九齡開鑿梅嶺古道等。請學(xué)生寫出有關(guān)的化學(xué)方程式。（2）傳統(tǒng)的奇石加工，多采用機(jī)械鑿磨的方法，這不僅費(fèi)力勞神，且產(chǎn)品不易達(dá)到要求。若用氧炔焰灼燒石灰?guī)r表面，則能隨心所欲地將石頭打造成理想的形狀。這其中包含了哪些化學(xué)原理？

學(xué)生經(jīng)歷了知識的形成過程，提升了實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ鰪?qiáng)了探究意識。還可以將實(shí)驗(yàn)探究延伸到課外活動中，通過尋找實(shí)驗(yàn)替代品，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計并演練一些因地制宜、聯(lián)系實(shí)際的探究活動，如檢驗(yàn)地窖里二氧化碳的有害濃度、探究暖寶寶的成分、驗(yàn)證深水炸彈糖里產(chǎn)生二氧化碳的物質(zhì)、制作番茄電池等。

三、在實(shí)驗(yàn)中倡導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑，培養(yǎng)創(chuàng)新的思維

明朝學(xué)者陳獻(xiàn)章說：“學(xué)貴質(zhì)疑，小疑則小進(jìn)，大疑則大進(jìn)；疑者，覺悟之機(jī)也?！碧招兄f過：“發(fā)明千千萬，起點(diǎn)是一問?！狈▏瘜W(xué)家拉瓦錫建立的“氧化說”，中國近代化工專家侯德榜發(fā)明的“聯(lián)合制堿法”等，無不起源于“疑問”。所以，質(zhì)疑是除舊布新的橋梁，是發(fā)明創(chuàng)造的先導(dǎo)。

每一個化學(xué)實(shí)驗(yàn)都包含儀器裝置、實(shí)驗(yàn)原理、操作流程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)論等，這些都是質(zhì)疑的對象、問題的源頭、創(chuàng)新的起點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要有意識地示范質(zhì)疑，使學(xué)生愿意問；有目的地教給學(xué)生質(zhì)疑的方法，使學(xué)生會問；注重創(chuàng)設(shè)問題情境，使學(xué)生想問；倡導(dǎo)學(xué)生不迷信權(quán)威，大膽發(fā)表不同見解，使學(xué)生敢問；引導(dǎo)學(xué)生自主尋找實(shí)驗(yàn)中的疑問，使學(xué)生善問。

在做“測量空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”實(shí)驗(yàn)時，可以引導(dǎo)學(xué)生思考如下6個問題：（1）實(shí)驗(yàn)前，為什么要檢查裝置的氣密性？（2）實(shí)驗(yàn)中，乳膠管上為什么要夾個彈簧夾？（3）紅磷為什么要過量？（4）為什么不能用木炭代替紅磷？（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束，為什么集氣瓶里能吸入約占其容積1/5的水？（6）讀數(shù)時，為什么集氣瓶與燒杯里的水面必須持平？學(xué)生明晰了這一系列問題，不僅摸清了這個實(shí)驗(yàn)的來龍去脈，也提高了學(xué)生的思維層次。圍繞化學(xué)實(shí)驗(yàn)的質(zhì)疑，不僅要求學(xué)生“知道為什么”，還要注意啟發(fā)學(xué)生從身邊“發(fā)現(xiàn)為什么”，如游泳池里的水為什么是藍(lán)色的？鐵制品銹蝕的速率為什么夏天比冬天快？烤羊肉串為什么使用木炭而不用煤炭或焦炭？銀碗盛放馬奶為什么不易腐壞？等等。只要學(xué)生的學(xué)習(xí)是在生疑和質(zhì)疑的循環(huán)往復(fù)中，是在發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的矛盾運(yùn)動中，那么學(xué)生就會積極思維、主動探究、追求創(chuàng)新。

四、在實(shí)驗(yàn)中鼓勵學(xué)生創(chuàng)造，熟悉創(chuàng)新的技法

教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要重視讓學(xué)生參與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，要利用學(xué)生喜愛化學(xué)實(shí)驗(yàn)的心理，引導(dǎo)學(xué)生由觀察現(xiàn)象到動手操作，進(jìn)而上升為質(zhì)疑創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新首先要從課題的選擇開始。在完成課本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生理性質(zhì)疑，分析哪些實(shí)驗(yàn)不夠合理需要改進(jìn)，哪些儀器可以使用替代品，哪些地方還可以增加實(shí)驗(yàn)等。通過思維碰撞、信息搜集，從而捕捉實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的最佳課題。教師可以運(yùn)用缺點(diǎn)列舉法、組合法、移植法、替換法等，指導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新活動。

例如課本上“探究微粒運(yùn)動”實(shí)驗(yàn)，就有如下明顯的缺點(diǎn)：（1）用3個燒杯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，裝置不能固定，操作不方便。（2）氨水用量大，且氨氣極易大量逸出。師生探討，得出三次改進(jìn)的思路。第一次：（1）將濃氨水裝在細(xì)口瓶里，將酚酞試液固化（滴在紗布條上）后裝入玻璃管。（2）用導(dǎo)氣管將細(xì)口瓶和玻璃管連接起來，并在導(dǎo)氣管上增加開關(guān)（內(nèi)含玻璃球的軟膠管），以控制氨氣的運(yùn)動。這樣不僅操作方便，只要輕捏乳膠管內(nèi)玻璃球，紗布條就會從下往上逐漸變紅，而且綠色環(huán)保，便于連續(xù)使用。第二次采用縮小省略法改進(jìn)：（1）把盛有濃氨水的細(xì)口瓶與盛有酚酞紗布條的玻璃管，壓縮為一個廣口瓶。（2）在廣口瓶里盛適量的濃氨水，在單孔橡皮塞反面固定酚酞紗布條。（3）將上述實(shí)驗(yàn)用品上下組合。學(xué)生很快就能看到酚酞紗布條逐漸變紅，從而說明分子不斷運(yùn)動。這樣操作更簡潔。第三次：利用數(shù)字傳感器探究微粒的運(yùn)動性，將氧氣（或二氧化碳）傳感器的探頭，放入敞口正立的充滿氧氣（或二氧化碳）的集氣瓶里，數(shù)據(jù)采集器上就會直觀顯示氧氣（或二氧化碳）濃度不斷下降，從而說明氧氣（或二氧化碳）的分子在不斷運(yùn)動。這樣也體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)走向了現(xiàn)代化的方向。

鑒于中學(xué)生有限的認(rèn)知水平和知識儲備，教師在實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新活動中應(yīng)該采取邊扶邊放的策略，既適時指導(dǎo)和服務(wù)，又敢于放手，并注意及時傾聽學(xué)生的意見，力爭實(shí)驗(yàn)設(shè)計科學(xué)，裝置組合簡潔，實(shí)驗(yàn)操作簡單。

（作者單位：江蘇省徐州市西苑中學(xué)）