享受化學實驗 激發創新思維

時 穎 李德前

“享受學習”的核心是把學習當成一種享受，使學生直接感受到當前學習的滿足和愉快。筆者吸收“享受學習”的教育理念，結合化學課的特點，提出了“享受化學實驗”的觀點。

近幾年來，筆者注重在化學教學中引導學生充分享受化學實驗的現象美、變化美、內在美和應用美，學生在享受中產生愉悅，進而激發求知欲望和創新思維。

一、在實驗中讓學生學會享受，營造創新的環境

在實驗中，欣賞奇妙的實驗現象，感悟簡潔的實驗結論，體驗成功的實驗設計，都會使學生心情愉悅，從而使思維進入恣情奔突的空間。

1.在學習中感受“實驗美”

化學實驗充滿美麗和魅力。實驗裝置的造型美、實驗現象的神奇美、實驗設計的思想美、實驗結論的和諧美、實驗應用的創造美等，都能夠促進學生的思維活動更加活躍。

例如，在序言課上，筆者一直拒絕照本宣科，總是想方設法設計一些趣味性實驗，像自制“氣體爆炸實驗器”(如圖1所示)，只要滴入1～2滴酒精，蓋好橡皮塞，按下電子打火器，妙不可言的爆炸就能瞬間發生(橡皮塞被彈向遠處)。還有，像燒不壞的棉手帕、水火相容(白磷在水下燃燒)、水往高處流(利用鐵生銹原理)等趣味實驗，教師只要舉手之勞就可以演示。毫不夸張地說，很多學生愛上化學就是因為第一節化學課、第一個化學實驗。

圖1

教學一段時間后，筆者注重引領學生追尋化學實驗的意蘊，而不再是僅僅停留于造型與聲光色上，使學生為實驗所蘊含的規律而贊嘆，為探索到事物的奧秘而愉悅。

例如，在復習二氧化碳性質時，筆者設計了“三通管”實驗(如圖2所示)。只要將干燥的二氧化碳緩緩通入三通管，很快就可以看到，僅有中下部的濕潤紗布條緩慢變紅；再將燃燒著的火柴放在玻璃管下口，火焰立即熄滅；停止通入二氧化碳后拿出變紅的石蕊紗布條(暴露在空氣中，無需加熱)，紅色會很快褪去。筆者不僅引導學生欣賞這個實驗的造型美、內涵美、科學美、創造美，而且注重引導他們明晰其中的物理知識和化學原理。

圖2

2.在實驗中體驗成功

化學實驗的快樂經歷，有利于學生汲取知識，體驗成功，形成健康的人格。所以，筆者注意以鼓勵性評價為手段，以低起點、小步子、多元性為原則，以化學實驗的創造性為目標，真誠激發學生的成功體驗。

例如，在教學中只要發現學生憑借自己的智力活動解決了一道實驗習題、發現了一個問題、制作了一件用具、改進了一個實驗等，哪怕只有一點點新意，筆者都及時給予鼓勵和贊許；對于學生別出心裁的想法、標新立異的構思、獨具匠心的創新等，更是倍加贊賞。

二、在實驗中倡導學生質疑，培養創新性思維

任何一個化學實驗都包含許多學問，如儀器裝置、實驗原理、操作流程、實驗現象、實驗結論等都是問題的源頭，可以利用追因求果、逆向思維、聯想類比等方法，指導學生質疑問難、引發創新。

1.改變實驗條件質疑

化學實驗總是受到諸多客觀條件的限制，其中的實驗條件也是質疑思辨的落腳點。筆者注意在條件的改變中提出問題，在問題的解決中誘發創新思維。

例如，在實驗室制取二氧化碳的實驗中，筆者請學生思考“為什么用稀鹽酸而不用濃鹽酸？”搞清緣由后，學生自己就會追問“為什么要用塊狀的石灰石而不用粉末狀的？”；釋疑后，筆者又提出高難度的問題“若用粉末狀碳酸鈣，實驗裝置該做怎樣的改進？”一番討論后，學生知道將長頸漏斗換成分液漏斗可以控制滴加稀硫酸的速度；隨后又有學生反問：“用雙氧水制氧氣時能否把分液漏斗換成長頸漏斗？”“用雙氧水制氧氣時如果堅持使用長頸漏斗，發生裝置該怎樣改進？”……

這一系列涉及改變條件引發的問題，促進學生認識了反應條件的重要性、實驗裝置的可變性、化學原理的相對性，也培養了學生勇于追求真理的懷疑精神和創新思維。

2.抓住實驗現象質疑

對實驗現象的觀察能直接引起質疑，尤其是超出預期的異常現象，理論與實際不一致的現象，不同實驗的相似現象，同一實驗的不同現象等，更使學生驚奇不解，這正是啟迪思維、看清本質的最佳時機。

例如，在二氧化碳熄滅燭火實驗中，若傾倒二氧化碳后燭火沒有按預設的那樣“由低到高依次熄滅”，而是上面的燭火先熄滅，這在很多人看來“實驗不能說明二氧化碳密度比空氣大”。筆者抓住這難得的生成機遇，通過層層釋疑扭轉“敗局”：二氧化碳是從高于蠟燭頂端的燒杯口處被傾倒下來的，而且燭火很快熄滅，這能否說明二氧化碳被傾倒后會很快地大量下沉呢？二氧化碳在空氣中能很快大量下沉，這能否說明二氧化碳密度比空氣大呢？答案顯而易見。此時若有學生質疑“密度比空氣小的氣體從高處傾倒后會不會很快大量下沉？”，則引導他們利用密度比空氣小的氮氣做對比實驗。

3.根據實驗操作質疑

規范操作是完成實驗的重要條件，因此筆者重視利用實驗操作引發疑問，從而培養學生的問題意識，促進學生利用化學實驗釋疑解惑、深化思維。

例如，在檢查裝置氣密性時，筆者要求學生思考：手捂密閉的試管后裝置內的氣壓如何變化？學生正確回答后，筆者通過類比又提出新問題：通過增大裝置內氣壓檢查裝置氣密性的方法還有哪些？學生慢慢總結出了向長頸漏斗里注水、用注射器向裝置里鼓氣、將裝置浸入水里等方法；接下來，學生通過逆向思維也提出了自己的問題：能否通過減小裝置內的氣壓來檢查裝置氣密性呢？一番思維碰撞后，又得出了冷卻法、抽氣法等。

僅僅是一個檢查氣密性的操作，就引發了學生很多的疑問，并激活了學生的創新思維。

三、在實驗中引導學生探究，把握創新的途徑

實驗探究是學生從事創造性活動的重要手段和主要途徑，其主要形式有演示探究、分組探究、個人探究和課外探究等。在實驗探究過程中，學生經歷著與科學家相似的探索過程，從而領悟科學方法、培養創新精神。

1.課堂實驗探究活動

當學生具備了一定的實驗基礎知識和操作技能后，筆者就在課堂上適時開展實驗探究活動。在探究過程中，強調以學生為中心，筆者只是引導課題選擇、揭示研究方法、支持交流評判、分享學習成功等。

例如，能否用排水法收集二氧化碳氣體呢？筆者設計了如下的課堂探究活動：首先查閱二氧化碳在水里的溶解度，約為0.8；再利用圖3裝置顯示二氧化碳在水中的溶解速率，1天后水面上升到1/3處，4天后水面上升到1/2處，7天后水才充滿集氣瓶(可提前實驗，課上展示)；最后探尋排水法收集一瓶(125 mL)二氧化碳所需的時間，約1 min。至此，學生根據“二氧化碳的溶解度不大、溶解的速率很慢、排水集滿一瓶二氧化碳所需的時間很短”這些證據，就能水到渠成地得出“能用排水法收集二氧化碳”的結論。

圖3

在這一探究活動中，開闊了學生的視野，培養了學生不唯書的批判精神。

2.課外實驗探究活動

筆者還將實驗探究延伸到課外，鼓勵學生利用家庭小實驗開展一系列的探究活動。這種探究方式不受教學計劃的約束，沒有應試教育的壓力，有助于激發學習興趣，提高操作技能，發展科學素養。

例如，筆者指導學生利用茶葉、月餅包裝盒內的脫氧劑(內含鐵粉、食鹽、活性炭等)，在家中測量空氣中氧氣體積分數。他們根據鋼鐵生銹的條件，并參考磷燃燒法測量空氣中氧氣含量的實驗，自行設計如圖4～圖6所示的實驗裝置，操作起來不僅安全、準確，而且有趣。

圖4

圖5

圖6

另外，像測量溶液的導電性(由紐扣電池和發光二極管組成)、用紫羅蘭測量溶液的酸堿性、土豆片催化雙氧水制氧氣、用注射器測量二氧化碳的溶解度、比較自來水與鹽溶液的凝固點等小實驗，學生都可以在家中自行完成；活動結束，筆者還指導他們通過墻報、博客、QQ空間等形式匯報實驗結果、交流探究心得。

四、在實驗中鼓勵學生創造，熟悉創新的技法

教學中，筆者重視引導學生參與化學實驗的創新。在具體的實驗創新中，學生的創新精神和實踐能力得到加強，熱愛科學和勤于勞動的情操得到陶冶，承受挫折的意志得到了磨煉。

1.運用“希望點列舉法”創新實驗

從個人愿望或社會需求出發，提出發明創造的一種技法，就是“希望點列舉法”。

例如，做“氨分子擴散”實驗時，人們希望氨水用量少，刺鼻氨味不要擴散到空氣中。于是集中師生智慧，列出三點希望：實驗不要完全暴露在空氣中、氨水的用量少、裝置可反復使用。經過多次探索和試驗，師生設計了如圖7所示的方案，只要5～6滴濃氨水就可以看到紗布條從中間向上慢慢變紅，從而說明氨氣密度比空氣小、氨分子在不斷運動。另外，若想加快紗布條變紅，還可以微熱氨水。

圖7

2.運用“缺點列舉法”創新實驗

“缺點列舉法”是通過尋找現有物品的缺陷，并逐一改進的一種創造法。

例如，在做“二氧化碳熄滅燭火”實驗時，師生感到課本上提供的實驗裝置有這樣的缺點：燒杯里上升的熱氣流會阻礙二氧化碳下沉，甚至沖散二氧化碳，致使預設現象不能出現。針對上述不足，筆者啟發學生從“漏斗的功能”中探尋克服缺點的方法，終于設計出如圖8所示的實驗方案：用去底的塑料瓶做一個簡單漏斗，用它引流二氧化碳；由于漏斗里沒有熱氣流上升，二氧化碳傾倒后能順利下沉到杯底，并慢慢上升，使得燭火自下而上依次熄滅。

圖8

3.運用“移植法”創新實驗

移植法就是把已經成熟的原理、方法等引入新的發明項目上，從而獲得新成果。

例如，用內壁涂有石灰水的燒杯檢驗物質燃燒是否生成二氧化碳，該方法現象不明顯、操作不方便，尤其是沒有二氧化碳生成，石灰水也可能變混(因為氫氧化鈣的溶解度遇熱變小)。筆者引導學生分析注射器抽取液體的原理后，就容易想到“用盛有石灰水的注射器直接吸入燃燒產生的氣體”(如圖9所示)，然后輕輕振蕩石灰水，若變渾則說明物質燃燒生成了二氧化碳。該方法極為方便，且現象明顯。

圖9

4.運用“異類組合法”創新實驗

“異類組合法”就是將不同的技術思想、不同功能的物質，巧妙地合并成一個新產品，使其具備人們需要的外觀和性能。

例如，“氣體爆炸實驗器”裝置就是用注射器、電子打火器、導線和橡皮塞等多種物品組合起來的，其制作流程如圖10所示。

圖10

5.運用“替換法”創新實驗

通過更換不同材料，使產品性能發生變化，從而產生更好的效果，這就是“替換法”。

例如，“二氧化碳溶于水”實驗的改進(如圖11所示)。學生容易看出課本實驗的不足是：二氧化碳用量大、不能顯示二氧化碳溶解多少。引導學生思考，如果把塑料瓶換成一種帶有刻度的透明的便于封閉的其他物品，不就改掉了原實驗的缺點嗎？受此啟發，學生很快想到用注射器做實驗：用20 mL的注射器先抽取10 mL水，再抽取10 mL二氧化碳(此時活塞在20 mL刻度處)，封閉針管后用力振蕩幾次，活塞會自行向前推進，最后停在12 mL刻度處，說明10 mL的水約能溶解8 mL二氧化碳。

圖11

當然，改進和研制化學實驗的方法還有很多，如逆向法、模仿技法、分解發明法、廢物利用法等，而且使用起來也多是幾種創新方法的綜合運用。

例如，利用替換法、缺點列舉法、廢物利用法、移植法等，筆者引領學生設計出“測量空氣中氧氣體積分數”的改進裝置。其主要操作是：按圖組裝好儀器，熱的CuSO4溶液很快引燃白磷，燃燒結束再把注射器針頭推下來，注射器會噴出40 mL水，說明空氣中氧氣的體積分數約是40/200。另外，用熱的CuSO4溶液代替水，既引燃白磷，又使現象明顯，還能化解剩余白磷的毒性(如圖12所示)。

圖12

當然，教師指導下的學生改進方案，有些可能不是專業領域的真正原創，但是，他們在實驗改進時經歷了思考、探究、創新的過程，訓練了求異思維，學會了創新技法，促進了有意義學習。

總之，讓學生學會享受化學實驗，更讓他們擁有一份不斷創造的激情。

[1]姚天勇.享受學習:一種教育理念[J].班主任,2005(12):9-10.

[2]李德前.化學實驗教學中培養學生的質疑能力[J].化學教學,2012(2):54-56.

[3]李德前.由燭火熄滅異常引發的思考—兼與何燦華老師商榷[J].基礎教育課程,2008(7):34-35.

[4]李德前,趙紅.指導學生改進化學實驗裝置[J].化學教學,2006(5):1-3.

[5]歐群,李德前.巧用T形三通管探究多種氣體的性質[J].化學教育,2011(8):53-54.

[6]吳星.著名特級教師教學思想錄:中學化學卷[M].南京:江蘇教育出版社,2012.