讓創新能力在化學實驗教學中成長

管 俊

（溧陽市光華高級中學 江蘇溧陽 213300）

讓創新能力在化學實驗教學中成長

管 俊

（溧陽市光華高級中學 江蘇溧陽 213300）

4月29日《紐約時報》刊登了美國著名專欄作家大衛·布魯克斯題為“最大的問題”的文章稱，美國之所以能夠在20世紀稱霸全球歸功于美國的教育發展，其實最主要的原因是由于他們首先奏響了人類向知識時代進軍的樂章，全力培養全新的適應社會發展需要的創新型人才。諾貝爾獎得主貝克爾說：“現代經濟的前途在于知識經濟，而知識經濟的核心是持續創新的人才。”化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗具有其特殊的地位，它不但生動、直觀、而且能形象地揭示化學反應的本質和規律。所以在實驗教學中，要真正樹立學生為主體的教學理念，使學生不僅能親眼看、更要親手做，甚至能加以改進，從被動接受知識轉為主動積極地探究，從而激發學生的創新意識，培養學生的創新精神進而提高學生的創新能力。

一、逐層深入地設置實驗問題，巧妙激發學生的創新意識

我曾提出過這么一個問題：將一張白紙放在地上，人是否一定能跨過去？大多數學生不假思索地回答：“當然可以，簡直太容易了。”但我說，你們的回答不完全正確，因為如果將白紙放在墻角，你還能跨過去嗎？學生們都陷入了沉思。創新意識是人類意識活動中的一種積極的、富有成果性的表現形式，是人們進行創造活動的出發點和內在動力，是創造性思維和創造力的前提。而青年學生又是最少保守思想、最容易接受新生事物、最富創新精神的一個群體，一個國家未來的發展靠青年學生，發展的希望就是創新，要建設創新型國家，必須從培養學生的創新意識著手。化學的學習，知識與技能的遷移并不是簡單地將已有的知識、經驗“移位”或簡單機械地模仿，而要在面對新的問題情境時，能快速找出新舊知識之間存在的共同點，從而確定所需解決的新問題應該歸屬于現有的何類知識的延伸或擴展。

培養學生創新意識的最重要環節就是實驗操作的嚴謹態度和探究習慣。在實驗教學中，老師一定要要求學生認真觀察和理解每一個步驟和方法，而不是簡單的因循守舊，依葫蘆畫瓢，要嚴格按照實驗操作流程，對非正常、不明顯、甚至錯誤的實驗現象進行深入分析，從而追索實驗操作過程中的不當之處等。在教學過程中，教師更要善于啟發學生聯系所學的基本概念、基本理論，自覺形成與新知識對比的習慣，進而融會貫通，最后形成自己獨到的見解，創造性發現問題并解決問題。

在高三拓展氫氧化亞鐵的制備時，對于這種在試管中進行的性質實驗，完全可以放手先讓學生自己動手先操作。大部分學生都會不假思索地按照常規方法開始操作，顫顫巍巍地先在試管里加入少量新制的硫酸亞鐵溶液，然后滴加氫氧化鈉溶液。結果當然可想而知：沉淀不是白色而是先灰綠色，慢慢又變成紅褐色。這時，就可以拋出問題了：“為什么會這樣？”學生們很自然進入思考狀態，因為他們已經具備知識基礎，知道那是因為氫氧化亞鐵很容易被氧化。教師可以趁熱打鐵繼續問：“為了盡可能避免帶入氧氣，操作時，應該怎么辦？，這時候學生就會爭論，表達各自不同觀點，有的說加鐵，有的說通氫氣，等等。“操作時可以這樣改進，氫氧化鈉溶液不是按照常規方法滴入，而是將滴管伸入液面以下。但是盡管如此，白色沉淀仍然不太明顯，為什么？那么，還能怎么辦？”學生們立即體會到剛才的措施其實不完備，進而更深入的思考和探索，一方面要分析討論加鐵有什么弊病，部分學生就會學生意識到加鐵會干擾觀察白色沉淀，而通氫氣操作不方便。另一方面要能提出更簡便可行的方法。全班同學都表現出了極大的興趣，整個教室議論紛紛。此時教師只要四兩撥千斤，稍加點撥，實驗室是如何保存容易被氧化的藥品的呢？學生們立刻恍然大悟，聯想到鈉、鉀、白磷等容易被氧化的藥品的保存都是采用液封的原理，所以，可在盛硫酸亞鐵溶液的試管中先加入與水不互溶且比水輕的有機物，如苯、汽油等來隔絕空氣，然后再將滴管伸入液面以下滴加氫氧化鈉溶液，這樣得到的白色沉淀現象就十分明顯了。整個過程只是把學生認為理所當然的實驗過程稍加改變，但是問題卻伴隨著思考的深入一步一步出現，最后解決。效果比起一般的按常規順序教師自己操作顯而易見要好的多。

又如：如圖所示裝置。問：該裝置作用？同學們幾乎是脫口而出——收集氣體（集氣瓶）。經過中考的洗禮，學生對這個作用印象太深刻了。接著有個別同學說，可做洗氣瓶。過了一會兒，有個學生說可做量氣瓶。此時，教師首先肯定學生的回答，繼而問：“作為集氣瓶時可收集那些氣體？”回答有前面學過的代表性氣體氯氣、二氧化硫、二氧化碳等一些密度比空氣密度大的氣體。那么，如何收集呢？A管進，B管出。接著又問：能不能收集氫氣、甲烷等一些密度比空氣密度小的氣體呢？這時，大多數學生不假思索的說，不行。學生已有的認知就是收集密度比空氣小的氣體要么排水，要么瓶口向上，絕對不可能瓶口向上的，這樣的認知幾乎已經形成了定勢了。“但是有些學生則認為可以，那又如何收集呢？”最后共同探討得出結論：B管進，A管出。如果瓶內裝滿水則可收集難溶于水的氣體，又怎樣收集呢？B管進，A管出。假如將瓶口向下，情況又如何呢？那么，作為洗氣瓶時，氣體應從哪個管進？（A管進）。作為量氣瓶時，氣體由哪個管進？（B管進）。用此運用此裝置可否測量出二氧化硫氣體的體積？有些學生認為不可以，因為二氧化硫溶于水。有些學生認為可以，二氧化硫溶于水，但可以在廣口瓶中不裝水，而裝汽油、苯等不溶二氧化硫的溶劑。

除此以外，此裝置還可作貯氣瓶、安全瓶等。

這樣一系列問題的逐層深入和解決，不但糾正了學生固定的思維模式，更讓他們體會了運用創新能力解決真實問題的喜悅，從而潛移默化地激發了他們的創新意識。毫無疑問，如果在實驗教學中經常運用這種逐層深入式的探討方式，不但可以培養學生在認知過程中提升觀察、探索、思考和推敲的能力，在學到必要和扎實的知識基礎上，又不盲從墨守成規的知識習慣，更巧妙激發了每個學生潛在的創新意識。最后很自然地讓創新意識成為解決每個問題的習慣！

二、持續反復地體驗實驗喜悅，鞏固加深學生的創新熱情

每個人成長過程中都聽過安培把馬車當成黑板的故事，一個人只有對所研究的問題產生濃厚興趣并堅持鍥而不舍地探究真相的情況下才能最終收獲創造性思維的喜悅成果。實驗是一種探索性活動，因此，在實驗教學過程中，教師要恰當地激勵和表揚學生的創新成果，不斷增強學生創造的自信心，充分激發他們創新的熱情，平中求趣求真，在化學創造實踐和老師的贊賞和鼓勵中不斷磨礪創新意識，優化創新方案，體會創新成果的喜悅，才能持續不斷的加深學生的創新熱情。

在學習苯酚時，可以讓學生通過設計實驗來比較苯酚羥基上的氫原子與乙醇羥基上的氫原子活潑性的差異。在學習乙醇時，通過金屬鈉分別跟乙醇和水的反應的實驗得出鈉跟乙醇的反應不如鈉跟水的反應劇烈，即水分子中的氫原子比乙醇分子中羥基上的氫原子活潑，所以，在解答第一個問題時，不少學生都將鈉投入乙醇和苯酚水溶液中進行比較。而這時教師可以提醒苯酚溶液中本身有水，學生馬上會意識到鈉會與水反應，此方案不可行，可是苯酚在常溫下是固體，與鈉不容易反應，怎么辦？此時教師再稍加點撥，只要將苯酚變為液體即可。學生們恍然大悟，立刻展開充分的討論，提出一個又一個方案進行實驗。學生們有的加熱，有的將苯酚溶于苯中，有的將苯酚溶在乙醇中，還有的將苯酚和乙醇放在同一個水浴中加熱到50℃～60℃。至此，教師就可以進一步引導學生運用科學研究的方法去分析問題，讓學生進行再討論，這優化幾個方案，直到最后得出苯酚分子里羥基上的氫原子比乙醇分子里羥基上的氫原子的更活潑這一結論。

又如在驗證苯酚鈉溶液與二氧化碳反應的產物是苯酚和碳酸氫鈉，而不是碳酸鈉這一事實時。學生們首先想到用氯化鈣。因為熟悉碳酸鈉與氯化鈣反應會生成碳酸鈣沉淀，而在碳酸氫鈉溶液中加氯化鈣則不會產生沉淀。無論此方案是否可行，都可以讓學生親自實驗，即向澄清的碳酸氫鈉溶液中加入氯化鈣溶液，結果也產生了白色沉淀。學生對出現這一現象感到簡直不可思議，這時就需要教師進行點撥了，因為當溶液中c（Ca2+）和c（CO32-）的乘積達到CaCO3的溶度積常數時，就能產生CaCO3沉淀。通過實驗利用事實來說明用氯化鈣來驗證這一方案是不可行的。這時學生們有些不知所措，教師可加以引導，可以采用反證法，即如果產物是碳酸鈉，那么碳酸鈉和苯酚不就能共存了嗎？學生們茅塞頓開，實驗證明向苯酚的渾濁液中加入碳酸鈉溶液，觀察到渾濁液變澄清，說明碳酸鈉與苯酚并不能共存，會發生化學反應，從而證明苯酚鈉溶液與二氧化碳反應的產物只可能是碳酸氫鈉。像這樣在整個教學過程中，從提出問題開始，到解決問題為止，學生始終處于不斷思考、積極探索的學習情境之中。實驗的驗證，方案的優化，改正到最后結論的得出，都能使他們初步嘗試到科學探索的樂趣，這無疑會激發他們創新探究的熱情，培育其創造性，讓學生接受科學方法的系統性訓練，使他們學會研究與探索的常用方法，永遠帶著熱情和疑問去探索問題，保持對問題高度的敏感性和好奇心，更有利于提高學生的科學素質，培養學生的創新精神。

三、科學客觀地引導實驗設計，成長完善學生的創新能力

實驗設計是引導學生進行探究性學習，養成良好的自主學習的習慣的好途徑。在實驗設計的教學中，教師除提出問題，做出適當引導外，主要給學生創設問題情境（實驗現象、思考、討論、理論分析等），使學生親自去感受、探索、查證問題的關鍵所在，尋求解決問題的最佳方案。因此，在實驗教學中教師要重視培養學生的創新意識，將結論的發現權通過實驗、引導交給學生，使學生的創新能力在邊實驗、邊討論的氛圍中得以培養和提高。

曾有人說，中國學生有“三好”：基本功好，書本知識好，考試成績好；美國學生有“三強”：動手能力強，演說能力強，創新能力強。中國學生參加國際化學奧林匹克競賽以來，一直是理論分高于實驗分。為了改變這種情況，就要求教師在教學中注意引導學生：“不受已有知識和經驗的局限，鼓勵突破和創新；不受現有答案的局限，鼓勵發揮自己的新見解；思考問題不受時間和空間的局限，鼓勵進行移植和新的組合思維的直覺性和跳躍性”（楊振寧語）。

如讓學生通過實驗驗證銅和濃硝酸反應產生的混合氣中含有一氧化氮。拿到這道題，學生首先想到的就是除去二氧化氮，認為一氧化氮不能與堿反應，于是用氫氧化鈉來除去二氧化氮。而忽視了這個反應NO2+NO+所以此方法不可取。如先降溫液化二氧化氮，則由于水的存在會發生反應3產生新的一氧化氮，干擾原產物的檢驗。經過反復思考、推敲，最后得出只有先除去氧氣，然后除去水，再使二氧化氮液化，才能驗證有一氧化氮。通過設計實驗使學生逐步從模仿、聯想到求異、創新，激發他們的創新熱情，培養他們的創新能力。

在實驗教學中把實驗作為提出問題、探索問題的重要途徑和手段，這一點，在化學作為小學科，強調減負增效的今天，已成共識。 在具體實施過程中，我個人認為還要強調以下幾點，一是在課堂教學中要盡可能逐層深入地設置實驗問題，利用問題來展開，激發和培養學生的創新意識；二是要盡量給學生提供更多的機會，如變演示實驗為邊講邊實驗，增加探索性實驗等，讓他們親自動手進行探究；體會創新成果的喜悅，從而增加解決問題的熱情。三是要通過設置疑難問題、討論啟發等方式，引導學生積極思維，大膽想象，使學生始終處于不斷探索的情境中。長此下去，學生的創造性思維必能得到很好的發展，對待科學的創新意識和態度將會逐漸形成，創新能力也必然提高。套用學生自己的一句話說“化學實驗課從來沒有要睡覺的感覺，一直很緊張，很興奮，很期待。”這也正是我們要追求的教學效果。

1008-0546（2011）08-0020-03

G633.8

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10.3969/j.issn.1008－0546.2011.08.009