化學創新實驗平臺對學生創新能力培養的研究與實踐

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、生動的實驗現象，能夠引發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，化學實驗發揮著不可替代的作用。化學創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新能力，在學生創新能力的培養中能夠發揮重大作用。

一、化學創新實驗平臺簡介

化學實驗創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，其以科學發展觀為指引，秉承自主性、開放性、服務性3大原則，著眼培養基礎扎實、專業精通、素質全面、特長突出的高素質人才。目前，化學創新實驗平臺主要下設基礎知識模塊、實驗技能模塊、科技創新模塊以及應用發展模塊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新實驗，進而將生活中客觀存在的化學現象進行實驗解析，結合生活實踐和實驗現象進一步鞏固學生的學習成果，提升創新能力。

二、化學創新實驗平臺的主要功能

1.自主學習

化學創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節，學生可以通過虛擬實驗系統在絕對安全的情況下體驗完全真實的實驗過程，系統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、節約的實驗方案。

3.項目申請

化學創新實驗平臺不僅強調實驗過程的自主性，激發學生參與化學實驗興趣的同時鍛煉學生的創新能力，更加注重對學生創新思維的培養，著力提升學生對創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，以化學創新實驗平臺為依托的化學實驗項目研究，能夠極大激發學生的自主性和積極性，端正嚴謹的科學態度，熟悉科學研究的流程，對培養學生的創新能力和科學素養具有較大優勢。

三、化學創新實驗平臺對學生創新能力的培養

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

1.創新思維

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

創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”，采用創新性的思維方式分析實驗中出現的“不尋常”的實驗現象，從而得出創新結論。在傳統化學實驗教學中，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，束縛了學生的創新意識，這樣培養出來的學生缺乏創新意識和實踐能力，難以滿足培養學生創新思維的要求。因此，化學實驗創新平臺對開發創新思維具有明顯的優勢，在實驗操作過程中，學生通過自主操作，對得到的實驗現象進行分析，對出現的問題進行質疑，在這個過程中學生能夠對現有知識體系進行整合并在此基礎上得出具有創新意義的心得，最終使得自身創新思維得到鍛煉。

2.觀察能力

化學實驗能培養學生的基本科學素養，在實驗過程中，學生被要求細致地觀察實驗現象，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現實驗問題的能力。

觀察并提出問題是進行創造性思考的前提，而細致的觀察是進行開創性工作的基礎，通過在化學創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象，并以此為基礎進行創新思考，最終解決創新型問題。可見，化學創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新的方法觀察實驗結果；同時，由于化學創新實驗平臺設計的科學性和微型化，學生也能夠對在傳統化學實驗平臺上一些不易觀察到的實驗現象進行準確觀測，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，經常會發現無法按照某些資料上的要求開展化學實驗，有時甚至沒有現成的資料可供參考，這時就要運用創新的方式來進行實驗設計，充分利用現有的實驗室條件，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新能力。

化學創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新，開拓思路，發揮實驗平臺現有的儀器優勢，設計組合出需要的實驗裝置；另外，化學創新實驗平臺也允許學生對部分實驗裝置進行“再開發”，在確保實驗效果和安全的前提下引導學生創造性地使用實驗裝置，通過“自由組合”和“一器多用”等方式進行化學創新實驗平臺本身的改造，并在此過程中培養學生的實驗設計能力和創新能力。

4.綜合分析能力

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

化學創新實驗平臺對學生綜合分析能力的培養也基于該平臺具有的自主性和參與性，由于在化學創新實驗平臺上進行的實驗能夠擺脫傳統實驗平臺驗證實驗為主的實驗模式，開放式的實驗將激發學生的開放性思考，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現這一問題時，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。該實例中充分體現了化學創新實驗平臺在培養學生綜合分析能力方面的優勢，學生發現問題之后結合現有知識進行綜合分析，提出了創新的防氧化方法，在提升實驗效果的同時也鍛煉了自己的創新能力。

綜上所述，化學創新實驗平臺為學生提供自主進行化學創新實驗的條件，不僅強化訓練了學生的創新思維、觀察能力、實驗能力以及綜合分析能力，而且能夠激發學生的興趣，樹立其嚴謹、誠懇的科學態度，培養學生的創新能力。為充分發揮化學創新實驗平臺的功能，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，從而切實做到發揮實驗平臺的最大功用，引導學生運用創新思維，進行自主創新。

參考文獻：

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

[2]王振宇.創新思維與發明技法[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新思維方式[J].甘肅聯合大學學報（自然科學版）.2006，20（4）：41-42.