化學實驗探究與學生創新能力的培養

相恒杰

實驗是考查學生創新意識的一個重要手段。在課堂教學中教師的主導作用體現在激發學生的學習動機，啟迪學生的思維。其中，啟迪學生的思維是核心。教師在實驗教學過程中如何有意識地設立探索環境，使學生消除思維定勢，達到創新學習的目的呢？

一.透徹理解實驗基礎知識

實驗基礎知識是創新的源泉，創新離不開實驗基礎知識和基本技能。例如：用簡易啟普發生器制取氣體，按《大綱》要求，不屬于學生實驗，為了讓學生更好地理解裝置氣密性檢驗原理，因此我拿出這套簡易啟普發生器，讓學生思考這類裝置如何檢驗氣密性？解答這個問題，不僅需要學生具有綜合運用物理化學知識解決問題的能力，還應有一定的創新精神。這種創新精神源自何方？這就需要教師創設問題情境：回憶制氧氣、氫氣時氣密性的檢驗方法？為什么用這種方法，其原理是什么？即利用水的液封作用，形成一個密閉體系，才能檢查裝置的氣密性。只要搞清驗密原理，無論多么復雜的裝置，檢驗氣密性的方法都能迎刃而解。因此，我們說重視實驗基礎知識，決不是對知識的簡單記憶，也不單純是對實驗基本技能的訓練，而是對新教材所涉及的基本實驗的各個環節作深層次的思考和透徹理解。不僅“知其然，還要知其所以然”，即使是考查創新意識的試題，也是以基礎知識為依托的。因此在實驗教學中，應讓學生把精力放在對基礎知識的理解和應用上。

二.實驗教學時，以發散思維、求異思維促進創新思維

創新依賴于思維的求異和發散。如何培養學生的發散、求異思維呢？第一：對化學實驗儀器和基本裝置可依據不同的原理，歸納總結同種儀器、同一裝置的多種用途或不同的使用目的。特別適合于單元復習或總復習。如：試管、廣口瓶等儀器的用途，除教材介紹的之外，還有哪些？這種方法便于對所學知識的記憶，把形式記憶發展為理解記憶，而且可以培養思維的發散性、靈活性，為創新意識的培養打下基礎。第二：通過開放性的練習題進行培養。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；繼續滴加鹽酸，不在有明顯的變化，該實驗能否充分證明鹽酸與氫氧化鈉之間發生了化學反應？為什么？若不能，如何改進該實驗？

一般學生思考問題較單一，只能答對“不能充分證明鹽酸與氫氧化鈉之間發生了化學反應。”至于“為什么”，能答對的學生較少。其實，該問題是一個開放性試題，對于培養學生的發散思維、求異思維大有益處。因此，在教學過程中要引導學生從微觀角度進行深層次思考、分析：若氫氧化鈉與鹽酸反應，反應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，二者反應的實質是什么？（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，驗證題中氫氧化鈉是否與鹽酸反應的關鍵就是證明：加鹽酸后氫氧根離子是否還存在？因此，該實驗就轉化為檢驗氫氧離子是否存在的方法。分析至此學生感覺此題太簡單了，因此學生紛紛發言，說明自己的創意。有如下幾種設計方案：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，發現溶液又呈紅色，可證明氫氧化鈉與鹽酸反應。②先測氫氧化鈉溶液的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，再測無色溶液的PH，也可證明氫氧化鈉與鹽酸反應。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，若無藍色沉淀產生，可證明氫氧化鈉與鹽酸反應。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.改進教材中的實驗，開辟創新途徑

近年，化學高考、中考試題的特點之一是回歸基礎，在教材中的學生實驗或演示實驗的基礎上進行改進，創設新情境、提出新問題，考查學生的創新意識。由此我們得到啟示，要認真領會教材中學生實驗和演示實驗的設計意圖、實驗原理和方法，思考能否用其他方法、裝置、原理做類似的實驗或用其他儀器替代完成同一實驗，培養實驗設計中的創新意識。如；普通過濾裝置過濾速度較慢，整個過程還需人照看來添加待濾液，請你設計一個過濾裝置，使用時濾液不會外溢、過濾速度較快，全部待濾液濾完都不需要人照看。

引導分析：普通過濾裝置過濾速度慢的原因是：漏斗中液體本身產生的壓強隨過濾過程待濾液深度的變淺壓強減小。據實驗設計要求進行改進：①為使濾液順利流下且流速較快，應使待濾液與大氣相通，且漏斗中的液體應保持一定的高度。②為防止濾液溢出，當漏斗內的液面接近濾紙邊沿時，待濾液與大氣應隔離。為此，設計1、（圖略）用一廣口瓶盛裝待濾液，用雙孔塞（帶導管）塞住，倒立固定在鐵架臺上，一個導管流出待濾液，另一導管進空氣，以保證待濾液的流速；同時為保證待濾液不溢出漏斗，故流出待濾液的導管口稍低于濾紙邊沿，當濾液進入漏斗并接近濾紙邊沿時，濾液將導管口封住，瓶中液體不再流下，漏斗中待濾液即不溢出，也不會污染濾液；當漏斗中液面低于導管口下端，待濾液又會流下。由此可見，學生只要吃透化學原理，敢于標新立異，善于提出新的見解，精心設計實驗，就會品嘗到創新的喜悅，增強創新的欲望，將自己的創造潛能發揮出來。這就需要教師教學時很好的創設問題情境，以達到讓學生思有方向、創有思路的質疑環境。

四.實驗教學時，從培養想像入手，達到創新的目的

我們知道想像既是推理的過程，更是聯想、猜想、假設的過程。下面就通過以下練習體驗如何引導學生想像？

實驗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制取氨氣，氨氣是有刺激性氣味、極易溶于水的氣體。試根據已學過的實驗室制取氣體的有關知識設計：實驗室制取氨氣的發生裝置及收集裝置。

首先分析反應原理：實驗室制取氨氣用的是氯化銨粉末與熟石灰粉末加熱的方法，反應物都是固體，并在加熱條件下進行，迅速聯想到實驗室制氧氣也是固體與固體加熱制取氣體，從而設計出實驗室制氨氣的發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，題設中給了氨氣極易溶于水，并未給出其密度，但可聯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計過程，教師再質疑：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、猜想：二者收集裝置若完全相同，氫氣集滿后逸出對大氣不會造成污染，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，氨氣在收集過程中更易與空氣對流擴散，而且氨氣有刺激性氣味，逸出后會對大氣造成一定的污染，基于環保這一點，氨氣與氫氣的排氣收集裝置能否完全相同？若不同，應怎樣改進？（在集氣瓶口加一團棉花）。這樣連續的啟發、引導想像，學生自然得出制取氨氣、收集氨氣的完整裝置。上述分析過程，實際就是一個想像創新的過程。所以我們教師要精編或精選有開發想像力的實驗題，鼓勵他們敢想，體驗想像創新的過程。只有這樣，學生才能身臨其境、設身處地地想像實驗過程，才有可能邁進創新王國。

總之，化學實驗探究是培養學生科學素養的有效途徑之一。因此教師要充分利用實驗，創設創新氛圍，最大限度地發揮學生的積極性、主動性、創造性，為培養他們的創新意識和創新能力打下堅實的基礎。

（作者通聯：411100湖南省湘潭鳳凰實驗中學）