在化学实验探究教学中培养学生创新能力

刘国平   青岛一中

内容提要：初中化学新课程中，化学实验为素质教育的重要组成部分，实验教学既能为学生正确认识事物及其变化规律提供实验事实，又能培养学生观察现象，分析问题，解决问题的能力和方法。更以其生动的魅力和丰富的内涵在培养学生创新精神方面发挥其独特的功能和作用，提高了学生的创造能力，打下坚实的基础。

关键词：化学实验    创新      探究      情景教学

     创造是人类一切活动中最高级，最复杂的一种活动，是人类智力水平高度发展的一种表现。创造的特点是创新，而不是重复。创造力是推动社会进步的真正动力，是一个国家繁荣强大的推动力和根本保障。江泽民总书记指出：“创新是一个民族的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力，一个没有创新的民族，难以屹立于世界民族之林。”全面深入地强化国民的创造意识，发展民族的创新精神，激发学生的创造性潜能，培养杰出的创造型人才，是学校教育的奋斗目标。
    创造并非高不可攀，也不是神秘莫测的。正如创造教育先驱者陶行知在《创造宣言》中所指出的：“处处是创造之地，天天是创造之时，人人是创造之人”。极为精辟地道出了人们的创造精神和创造活动是无处不有，无时不存，无人不备的了。笔者作为一名中学化学教师，在理论学习和教学实践过程中，通过加强化学实验教学，在提高学生的创造能力方面作了一定的努力。
    在初中化学新课程中，化学实验为素质教育的重要组成部分，实验教学既能为学生正确认识事物及其变化规律提供实验事实，又能培养学生观察现象，分析问题，解决问题的能力和方法。更以其生动的魅力和丰富的内涵在培养学生创新精神方面发挥其独特的功能和作用。下面结合自己的教学，在加强化学实验探究教学中，提高学生创造能力方面所作的探索。
一．改进课堂演示实验，培养学生的创造性意识

    现行教材上化学演示实验安排数量较少，且以老师完成为主，学生参与实验少；从实验的内容上看，验证性实验较多，探索性实验较少，且往往容易出现重结论，轻过程，轻思维能力培养的现象。如果不对教材进行深层次研究，仅对教材进行机械性的教学，那么，学生对化学实验的兴趣就会降低，从而进一步影响学习化学的积极性，想利用化学教学来培养学生，提高他们的创造能力就更不容易了。因此，我采取了以下措施：
1．创设教学情境，增加趣味性演示实验
为了激发学生的学习积极性，从趣味实验中生疑激趣，并通过分析问题，认识物质的变化和性质。例如，在复习空气的有害气体时，增加了一个实验：“测定雨水的PH值”，然后提出问题：（1）为什么PH值小于7？（2）这种雨水是否属于酸雨？（3）酸雨中主要成份是什么？（4）酸雨有哪些危害？在实验和问题的激发下，同学们就会产生强烈的求知欲望，这时，有的同学与同桌讨论；有的同学去翻书查阅资料，个别同学甚至马上回答（当然答案可能并不完整）。片刻后，再让更多学生发表意见，最终得出结论。为了让学生能对结论的感知上升到理性认识，便进一步提问（1）这种雨水说明该地区酸雨情况是否严重？若严重的话，可采取哪些措施减少酸雨，减少损失？由于该问题的答案是多方面的，所以通过问题解决，让学生克服思维定势，提出较多的，具有一定新意的解决方案。如采取用水冲的办法，来稀释农田里的酸雨危害；城市建筑物表面用耐酸雨的稳定材料处理等等，最后，通过讨论他们一致认为最根本的措施要从改进能源结构，改善燃料质量等方面着手，消除或减少污染源。
2．增加探究性实验
中学化学较重视实验功能的验证性，在验证前人成果的同时，提高自己的实验能力。但科学实验的重要功能是它的探究性，科学的发展需要通过不断的探索才能实现，经常把学生带入科学探究情景中，让他们较多体验探索的收获，会使学生的创新意识得到培养。例如，在学习硫酸性质时，学生在初中已知道稀硫酸与活泼金属反应放出氢气的事实，在高中学习硫酸性质时，设计了将铁和铜分别投入浓硫酸中的实验，学生观察后惊讶了：“为什么浓硫酸不与活泼金属铁反应？而浓硫酸却与不活泼金属铜反应？此时，抓住时机提问：实验现象是否推翻了初中的结论？启发学生思考（1）硫酸与金属反应的条件是否相同？（2）硫酸与金属反应的产物是否相同？通过分析对比，进一步探索实践。再做Al与浓硫酸反应探索。学生终于能得到正确结论：不同浓度的硫酸与金属反应情况是不一样的。从而对浓硫酸的特性也有了更深刻的理解。然而还有学生并不满足该结论，有的同学就提出为什么会有这种现象？为什么Fe、Al放入浓硫酸会无现象？真的是不反应吗？这时，我就指导他们去查阅资料，并肯定他们这种敢于创新，追求真理的精神。通过进一步的钻研学习，学生弄清了铁与浓硫酸是反应的，只是由于表面生成致密的氧化膜而“钝化”了。如果再遇稀硫酸仍要反应的，也能进一步明确为什么运输过程中，浓硫酸可放在铁槽车里。
3．增加具有创新性实验
在进行教学时，增加具有创新的实验。如让学生设计新实验，或者是在原有演示实验中设计改进装置。如制取CO2气体时，为了提高教学质量，培养学生提高创造能力，就让学生自己设计CO2的制备、性质、收集等系列装置。让学生在设计中体会出：制备一种气体必须要知道该反应的原理，反应物的状态，反应条件才能设计装置；制备的气体如果是有毒气体，还要考虑防止污染空气，要增加尾气吸收装置。另外在设计时还要考虑反应速度，节能等因素，如有时需要酒精灯加热使反应加快或者原料更充分利用。学生会据此提出多种猜想和假设，设计出实验方案，教师让学生上讲台做相应的演示实验，然后让学生进行实验评价，选出最佳方案。在设计改进实验装置方面，我预先在课上提出问题，如按课本上要求做某实验可见度小，怎样设计改进？气体反应快，不利于添加液体时，怎样设计改进？等等，通过讨论，学生能各抒己见。如可见度小，就有学生提出换大一点的容器进行反应；也有提出用摄像投影放大（多媒体设备）。在讨论用分液漏斗代替长颈漏斗添加液体做实验时，发现实验中途添加液体困难，因为瓶内气体压强大于外面大气压强，这时让学生设计改进，在教师的启发指导下，学生能设计出在发生装置上另接一导管，连接反应容器与分液漏斗，使反应器内压强与分液漏斗液面上压强一样大，便于利用重力添加液体。设计完毕后，再让学生进行演示，取得了较好效果。同时运用多媒体制作图表，细化实验操作要点，创设立体图景等，使化学课生动而有节奏，把学生的听觉、视觉、动觉器官都调动起来，利用好奇心去激发学生学习兴趣的积极作用。
二．改进学生实验，培养学生的创造能力
1．创造条件，使部分演示实验变为学生实验
为了让学生有更多自己动手实验的机会，在设计课堂教学过程中，尽量创造条件，让全体学生进行实验探索。例如，碳酸盐和酸溶液的实验，就让学生分组进行，或让学生从自家的厨房拿来类似的物质（鸡蛋和醋）在实验室中进行实验，能清楚地观察了解到物质间反应的神奇情况。这时，我就利用这个机会教育学生做任何事情要认真仔细，绝不轻易放过一个很小的变化现象，有时，正是这种很小的变化却会带来意想不到的结果。科学的发现和创新也是这样，由于科学家能善于观察，积极思考，所以就有值得我们学习的成果。为了培养学生能有更深入的思考，再提出问题：鸡蛋和酸类物质能否放一起保存？鸡蛋皮中的物质是由哪些元素组成的？他们会马上想到结论，这时引导学生了解，科学的发展还会有更好的方法有待你们去研究、开发。
2．改单一性实验为多层次的应用实验。
在学生实验中，有较多的单一性验证实验。如离子检验，气体的制备和性质的证明等，如果分散做的话，比较费时，且又不利于培养学生的综合分析能力和创造能力。所以有必要对学生实验给予改进。把分散的离子检验（Cl －，SO 4－I ，CO3 －）综合应用在物质的检验课题中，从未知液中成份的分析到自来水中离子成份的测定，让学生在掌握常见离子性质的同时，更掌握了科学研究的方法。为了能使学用相结合，在离子检验中，还让学生思考：如果这些离子要除去怎么办？并请他们设计方案，鼓励一题多解，由于学生在设计时顺序和方法不尽相同，因此，再对各方案进行评价，从中找到最佳方案。通过类似的系列实验，既可以复习，巩固离子的性质，又可以培养学生的综合应用能力和创新能力。
三．利用实验活动课进行化学实验的设计与创新
    实验设计是根据确定的选题由学生运用有关的化学知识和技能，确定恰当的实验方案解决问题的过程。学生通过亲身体验，在设计解决问题的过程中得到成功的喜悦，极大地激发了他们创造积极性。同时，由于在设计、解决问题的过程中需要他们能灵活、综合地运用所学化学知识及相关的实验技能，所以可以在设计过程中培养学生的创造能力。另外，进行化学实验设计还可以培养学生掌握科学研究的方法，具备严谨认真，一丝不苟，实事求是的科学态度，从而进一步提高学生的创造能力。
1．组织兴趣小组，进行实验改进
开展课外实验设计改进，可以激发学生的创造积极性，使一部分具有较强实验能力的学生进一步提高创造能力。同时，通过他们的实验设计改进可以影响周围的同学，让更多的学生体会到创造的乐趣，由于设计改进的实验来源于课堂实验，所以，借助改进实验，还可以起到复习、巩固、提高的作用。例如，学生在学习气体实验室制法时，让学生设计多种装置，以适合不同条件下使用。如果气体制备的量较多，要用怎样的装置？如果气体要能经常使用，最好是随开随用，随关即停，怎样设计？如果气体只需少量，一次性制取，怎样设计？为了达到更好的效果，避免在设计时由于考虑不周而出现种种问题，让学生边设计、边实验，在老师的指导下进一步完善，效果才好。又如SO2等有毒气体的性质实验，让学生设计成合理的连续实验，让有关物质的性质既能明显体现，又能节约材料，加快反应，还能防止污染。这样的实验设计改进，可以让学生在提高创新能力的同时，加强了节能，环保意识。
2．成立化学科研小组，培养学生科学研究的能力
    随着教育改革的不断深入，培养学生具有研究性学习能力越来越重要。作为教师不仅要把基础知识，基本技能传授给学生，更要培养学生会学，善思。实现教育任务的最可靠方法是善于引导学生去发现，去探究，让学生用自己的头脑来想，用自己的眼睛去看，用自己的手来做，使学生的聪明才智用在创造性学习上。为此，化学科研小组的学生必须爱好化学，且具备一定的化学基础知识和技能，在进行科学研究前先让他们明确科学研究的一般过程。即确定课题，查阅资料，实验设计验证，得出结论。在学生设计方案以后，进行实验时，会自己发现这种方法是否行的通。这时，我就告诉他们攀登科学高峰，进行科学研究都不是一帆风顺的，要有艰韧不拔的意志和刻苦钻研的精神，才能攻克难关。于是，让他们再设计，并给予一定的提示，利用化学性质差异也可以进行物质的分离，最终他们摸索到结果。最后，教他们以小论文形式总结该成果。象这种在学生学习、生活中遇到的问题是很多的。只要善于观察，一定会有许多问题值得研究、解决。通过问题解决的全过程训练，即可达到培养学生提高科研能力，创造能力的目的。
    以上是本人在近几年的教学实践中，通过加强化学实验教学，提高学生创造能力的探索。通过实践，学生的学习积极性有了很大的提高，不仅能很好地掌握化学基础知识和基本技能，而且还提高了综合应用的能力，表现在能在近几年的中考中取得优良成绩。更为重要的是学生的创造能力得到了提高。