化學創(chuàng)新實驗平臺對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究與實踐

王雪梅++++晏華++++王帥++++喬建仙++++雷猛

【中圖分類號】G642.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）34-0255-02

化學實驗是學生認識了解化學學科的重要渠道，通過直觀、生動的實驗現(xiàn)象，能夠引發(fā)學生對化學學科的興趣，同時也能引導學生主動積極思考，促進其對所學化學知識的消化吸收，培養(yǎng)學生運用所學知識實際解決問題的能力。著名化學家戴安邦認為：“實驗是培養(yǎng)全面人才的場所”[1]，可見，作為化學教學中最重要的部分，化學實驗發(fā)揮著不可替代的作用。化學創(chuàng)新實驗平臺就是以化學實驗為基礎建立，能夠極大地促進學生的創(chuàng)新能力，在學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)中能夠發(fā)揮重大作用。

一、化學創(chuàng)新實驗平臺簡介

化學實驗創(chuàng)新平臺是以我院化學實驗中心為依托建立的新型化學實驗平臺，其以科學發(fā)展觀為指引，秉承自主性、開放性、服務性3大原則，著眼培養(yǎng)基礎扎實、專業(yè)精通、素質全面、特長突出的高素質人才。目前，化學創(chuàng)新實驗平臺主要下設基礎知識模塊、實驗技能模塊、科技創(chuàng)新模塊以及應用發(fā)展模塊4大主要功能模塊，在強化學生的基礎知識和基本實驗技能的基礎上引導學生開展創(chuàng)新實驗，進而將生活中客觀存在的化學現(xiàn)象進行實驗解析，結合生活實踐和實驗現(xiàn)象進一步鞏固學生的學習成果，提升創(chuàng)新能力。

二、化學創(chuàng)新實驗平臺的主要功能

1.自主學習

化學創(chuàng)新實驗平臺搭載大量化學基礎知識數據庫，能夠滿足學生在化學實驗過程中理論知識的及時獲取，同時，學生還可以在實驗過程中隨時查詢相關的實驗步驟、方法以及相關實驗儀器和化學試劑的使用方法和注意事項。通過平臺的知識點查詢功能，能夠引導學生在實驗過程中自主地學習相關化學知識，豐富知識理論體系，規(guī)范實驗操作步驟，為開展化學實驗打下良好基礎。

2.虛擬實驗及實驗設計

在化學實驗教學中，確保化學實驗的安全性是一個常談常新的話題：一方面要確保化學實驗的安全，另一方面又要不影響實驗教學的效果。為解決這一問題，化學創(chuàng)新實驗平臺搭載了虛擬化學實驗模塊，學生可以在進行化學實驗之前在計算機系統(tǒng)上對實驗過程進行虛擬操作，待操作步驟完全熟悉之后再正式開始實驗。

虛擬實驗系統(tǒng)能夠精準模擬學生從進入實驗室開始直至實驗結束的各個環(huán)節(jié)，學生可以通過虛擬實驗系統(tǒng)在絕對安全的情況下體驗完全真實的實驗過程，系統(tǒng)將引導學生嚴格按照預定的實驗步驟進行實驗，并指出學生操作不當的相關步驟，經過虛擬實驗系統(tǒng)的反復糾正，學生就能在正式開始實驗之前完全掌握實驗的步驟及操作方法，從而大大降低實驗的不可預知性和危險性。同時，通過在虛擬實驗系統(tǒng)上進行操作，學生可以進行大膽嘗試，自主開展實驗設計，并觀察實驗結果，隨后，計算機會輔助評估該實驗設計方案的危險性，并協(xié)助學生進行調整，降低實驗的危險性，最終制定出安全、易操作、節(jié)約的實驗方案。

3.項目申請

化學創(chuàng)新實驗平臺不僅強調實驗過程的自主性，激發(fā)學生參與化學實驗興趣的同時鍛煉學生的創(chuàng)新能力，更加注重對學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，著力提升學生對創(chuàng)新點的敏感性以及獨立開展化學實驗研究的能力。為滿足以上要求，化學創(chuàng)新實驗平臺提供了一套完整的化學實驗及科研項目申報和驗收的流程。

通過化學實驗平臺申報實驗項目的步驟主要包括：設立項目，擬制計劃，開展實驗和總結評估四個階段。學生根據興趣和前期籌備，選定實驗研究方向和課題，并制定詳細的項目計劃和任務書，利用虛擬實驗系統(tǒng)模擬評估實驗的可行性和危險性，隨后在指導教師的指導下使用化學創(chuàng)新實驗平臺下設的實驗室進行實驗，最終整理實驗結果和數據形成正式的結題報告書。通過這種以學生為主，指導老師為輔，以化學創(chuàng)新實驗平臺為依托的化學實驗項目研究，能夠極大激發(fā)學生的自主性和積極性，端正嚴謹的科學態(tài)度，熟悉科學研究的流程，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和科學素養(yǎng)具有較大優(yōu)勢。

三、化學創(chuàng)新實驗平臺對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

各國學者一致認為，創(chuàng)新能力不僅通過發(fā)明創(chuàng)造、科學理論的創(chuàng)新、新產品、新成果等形式體現(xiàn)出來，更重要的是體現(xiàn)在人的發(fā)展上，包括人個性的健全，腦力和智力的促進，以及創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和創(chuàng)新技能的鍛煉。因此，創(chuàng)新能力是一個廣義的范疇，培養(yǎng)創(chuàng)新能力需要對學生的創(chuàng)新意識及多方面能力進行綜合培養(yǎng)。通過化學創(chuàng)新實驗平臺，能夠有效地開發(fā)學生的創(chuàng)新思維，鍛煉學生創(chuàng)新的觀察能力、實驗設計能力和綜合分析能力。

1.創(chuàng)新思維

一般認為，創(chuàng)新具有三層含義，一是更新，二是創(chuàng)造，三是改變，三者相互關聯(lián)，但也有顯著的差別，創(chuàng)新思維即是指對現(xiàn)有思維的更新，通過改變既定的思考方式得出創(chuàng)造性的結論。不使用“特殊技巧”的創(chuàng)新思維的確能夠發(fā)生，但具有偶然性和隨機性，所以借助外界進行創(chuàng)新思維是更為普遍的方法，而化學創(chuàng)新實驗平臺就是能夠將偶發(fā)的創(chuàng)新思維有意識地最大化的優(yōu)良載體[2]。

創(chuàng)新思維的基礎是不斷地調查、質疑和分析，因此學生需要轉變觀念，立足化學基礎，在扎實的理論基礎上大膽質疑，將“不理解”轉化為“能理解”，采用創(chuàng)新性的思維方式分析實驗中出現(xiàn)的“不尋常”的實驗現(xiàn)象，從而得出創(chuàng)新結論。在傳統(tǒng)化學實驗教學中，教師往往注重向學生灌輸知識，強調實驗結果，而不注重實驗過程，忽略激發(fā)學生的實驗興趣。在實驗時，學生照方抓藥，不善于思考和探索，束縛了學生的創(chuàng)新意識，這樣培養(yǎng)出來的學生缺乏創(chuàng)新意識和實踐能力，難以滿足培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的要求。因此，化學實驗創(chuàng)新平臺對開發(fā)創(chuàng)新思維具有明顯的優(yōu)勢，在實驗操作過程中，學生通過自主操作，對得到的實驗現(xiàn)象進行分析，對出現(xiàn)的問題進行質疑，在這個過程中學生能夠對現(xiàn)有知識體系進行整合并在此基礎上得出具有創(chuàng)新意義的心得，最終使得自身創(chuàng)新思維得到鍛煉。

2.觀察能力

化學實驗能培養(yǎng)學生的基本科學素養(yǎng)，在實驗過程中，學生被要求細致地觀察實驗現(xiàn)象，如實做好記錄，這是化學實驗課程的基本要求。通過化學實驗創(chuàng)新平臺，能夠進一步提升學生的觀察能力，全面強化學生觀察實驗結果和發(fā)現(xiàn)實驗問題的能力。

觀察并提出問題是進行創(chuàng)造性思考的前提，而細致的觀察是進行開創(chuàng)性工作的基礎，通過在化學創(chuàng)新實驗平臺上自主開展化學實驗，學生可能能夠觀察到教師授課內容之外的實驗現(xiàn)象，并以此為基礎進行創(chuàng)新思考，最終解決創(chuàng)新型問題。可見，化學創(chuàng)新實驗平臺的自主性和可操作性能夠大大促進學生采用創(chuàng)新的方法觀察實驗結果；同時，由于化學創(chuàng)新實驗平臺設計的科學性和微型化，學生也能夠對在傳統(tǒng)化學實驗平臺上一些不易觀察到的實驗現(xiàn)象進行準確觀測，這將有助于拓寬學生的知識面，提升學生的觀察能力。

3.實驗設計能力

在進行化學實驗的過程中，因實驗條件的限制，經常會發(fā)現(xiàn)無法按照某些資料上的要求開展化學實驗，有時甚至沒有現(xiàn)成的資料可供參考，這時就要運用創(chuàng)新的方式來進行實驗設計，充分利用現(xiàn)有的實驗室條件，設計出新型的綜合化學實驗裝置，以滿足相應綜合實驗的需要[3]。因此，實驗設計能力也是學生進行化學實驗過程中必不可少的創(chuàng)新能力。

化學創(chuàng)新實驗平臺鼓勵學生針對某一問題自主設計實驗，并在允許范圍內自行組裝實驗裝置。在實驗設計過程中，學生需要對實驗步驟進行篩選，確定最佳實驗方案，并在此基礎上進行創(chuàng)新，開拓思路，發(fā)揮實驗平臺現(xiàn)有的儀器優(yōu)勢，設計組合出需要的實驗裝置；另外，化學創(chuàng)新實驗平臺也允許學生對部分實驗裝置進行“再開發(fā)”，在確保實驗效果和安全的前提下引導學生創(chuàng)造性地使用實驗裝置，通過“自由組合”和“一器多用”等方式進行化學創(chuàng)新實驗平臺本身的改造，并在此過程中培養(yǎng)學生的實驗設計能力和創(chuàng)新能力。

4.綜合分析能力

對化學實驗現(xiàn)象和結果進行綜合分析是開展實驗的根本落腳點，結合現(xiàn)有知識體系對實驗現(xiàn)象進行綜合分析是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能的重要環(huán)節(jié)。通過化學創(chuàng)新實驗平臺，能夠促進學生針對實驗現(xiàn)象開展獨立思考，激發(fā)學生的興趣，鍛煉邏輯思維和聯(lián)想能力。

化學創(chuàng)新實驗平臺對學生綜合分析能力的培養(yǎng)也基于該平臺具有的自主性和參與性，由于在化學創(chuàng)新實驗平臺上進行的實驗能夠擺脫傳統(tǒng)實驗平臺驗證實驗為主的實驗模式，開放式的實驗將激發(fā)學生的開放性思考，最終達到鍛煉學生綜合分析能力的目的。

例如，制備Fe（OH）2的實驗中，產物易被氧化，一名學生在自主實驗過程中發(fā)現(xiàn)這一問題時，決定在實驗過程中加入防氧化措施。隨后，該學生結合鈉、鉀、白磷等易氧化的藥品采用液封的方式進行保存這一知識點，在進行反應的試管中先加入少量比水輕且不溶于水的有機物，實驗開始之后有機物形成液封隔絕空氣，從而成功解決藥品易氧化的問題。該實例中充分體現(xiàn)了化學創(chuàng)新實驗平臺在培養(yǎng)學生綜合分析能力方面的優(yōu)勢，學生發(fā)現(xiàn)問題之后結合現(xiàn)有知識進行綜合分析，提出了創(chuàng)新的防氧化方法，在提升實驗效果的同時也鍛煉了自己的創(chuàng)新能力。

綜上所述，化學創(chuàng)新實驗平臺為學生提供自主進行化學創(chuàng)新實驗的條件，不僅強化訓練了學生的創(chuàng)新思維、觀察能力、實驗能力以及綜合分析能力，而且能夠激發(fā)學生的興趣，樹立其嚴謹、誠懇的科學態(tài)度，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。為充分發(fā)揮化學創(chuàng)新實驗平臺的功能，還需要對實驗室的教學設備、實驗儀器和管理進行配套完善，從而切實做到發(fā)揮實驗平臺的最大功用，引導學生運用創(chuàng)新思維，進行自主創(chuàng)新。

參考文獻：

[1]張碧忠.中學化學創(chuàng)新型實驗教學策略初探[D].重慶：西南師范大學.2001.

[2]王振宇.創(chuàng)新思維與發(fā)明技法[M].北京：中國工人出版社，2008.

[3]許力，王九思，沈彤.設計綜合化學實驗裝置時的創(chuàng)新思維方式[J].甘肅聯(lián)合大學學報（自然科學版）.2006，20（4）：41-42.