優化實驗教學 培養創新能力

任雪松

（徐州市擷秀中學 江蘇 徐州 221002）

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

一、優化演示實驗，激發學生創新

在化學教學中，演示實驗對學生掌握基礎知識、基本技能和科學態度有著重要的作用，它通過教師規范的操作和顯而易見的現象向學生直觀的傳授教材中知識。但在教材中，我們不難發現有些演示實驗，存在不少不足，因此我們必須優化演示實驗，使實驗現象更明顯，操作更簡單，能見度更大。在激發學生興趣和全面揭示物質屬性的同時，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化的過程，樹立敢于打破教材的束縛，勇于創新的意識。

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往往仍呈現黑色，這種黑色固體是什么？出現這種結果的原因是什么？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。根據其原因，教師引導學生提出：從理論上，炭和氧化銅的質量比為多少時，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、優化探究實驗，誘導學生探索

探究實驗是在新的教學環境中，培養學生對已知實驗裝置和物質的屬性進行多層次、多角度、多方面探究的實驗，它是培養學生發散思維和創新能力的重要途徑。教師在優化實驗教學的過程中，應善于誘導學生，探索創新，在教材原有的基礎上，對實驗中面臨的新問題、新挑戰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。同學們表現出了極大的熱情，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：不能控制反應的發生和停止。并且經過反復推敲，仔細琢磨和相互間的交流與合作，設計出許多新穎、富有創造性的實驗裝置圖，經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，我帶領學生逐一分析了這四套實驗裝置的優缺點：

實驗裝置1優點：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，以防止產生的氣體沿長頸漏斗逸出。

實驗裝置3優點：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：實驗中即可以添加反應物，還可以隨時控制反應的發生和停止。

在實驗室中，根據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，而且能夠激發學生學習的興趣，全面培養學生的創新意識和實踐能力。

三、優化課后實驗，指導學生動手

在優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，在不同程度上創造性運用知識，有助于學生智力和創造才能的發展。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，不斷完善和發展，養成良好的學習習慣和科學方法，為未來可持續發展打下堅實的基礎。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，通過網絡、生活經驗和各種資料搜尋信息和材料，在家里設計出許多有創意的裝置，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、優化分組實驗，培養學生思維

分組實驗是學生的主要的實踐活動，通過分組實驗，能有效地培養學生自主能力和團結協作的精神，對培養學生的觀察能力和科學創新能力起著決定性的作用。在優化實驗教學的過程中，教師要因勢利導，讓學生根據實驗的原理和操作，充分發揮他們的想象能力，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果的原則，科學創新。

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，可以產生氧氣，但速度很慢，而二氧化錳在加熱條件下，不能產生氧氣的結論。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，我依據優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。所以液態的氯酸鉀很容易倒流與二氧化錳混合，迅速產生大量的氧氣。為了解決這個問題，有的同學根據練習題中曾經出現過的叉型試管，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現：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，其中最有創意的方案是：有個同學根據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，對體現二氧化錳的催化能力有很強的說服力。同時，又節省時間，大大提高了課堂效率。

總之，優化實驗教學是培養學生創新和實驗能力，提高學生化學素質的有效方法。教師在教學過程中，要善于調動學生感官，培養學生動手、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，培養和發展學生的創造性思維能力，使學生在廣闊的思維空間里，發揮自己的才能，創造出更新、更美的圖畫。

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［3］ 李先拴.變廢為寶 一瓶多用［J］.中學化學教學參考，2004，（10）：21-22

［4］ 張雪萍.運用演示實驗培養學生的能力［J］.中學化學教學參考，2005，（4）：27-28