化学实验教学中的创新思维和创新能力培养

化学实验教学中的创新思维和创新能力培养 龙 恩 权 （荣昌县直升镇初级中学 402460） 摘要 当前中学化学实验教学中存在着为赶教学进度，迎接升学考试,对实验 这一块知识的教学处理过简，特别是把教材中的某些探究性实验做成了验 证性实验，重现象轻结果、轻过程、轻本质；甚至有人认为实验是靠讲、 靠练出的。这些教法或观点对学生的创新思维及创新能力的培养存在一定 的局限性，某种程度上厄杀了学生的创新学习，影响创新人才的培养，与 当今人才的培养目标差距过大。因此，本文就结合对创新能力、创新活动 的探索方向，创新思维等方面的理解与培养，从教育学、心理学、认识论、 教学法的不同视角初步讨了中学化学实验教学中创新能力培养的思路和途 径。遵循创造学原理，从实验教学的目的、教师的主导作用等挖掘教材、 人为创新素材；重点从实验教学中探讨观察能力的培养、实验动手能力的 培养、数据归纳整理综合能力的培养、创新思维能力的培养、创新品质的 形成等方面探索教学途径，从而揭示了创造学在中学化学实验教学中的具 体运用。 关键词 实验教学 创新思维 创新能力 培养途径 实验教学不仅能提供给学生认识化学规律的感性材料，同时还能培养学生 的观察能力、思维能力和实验技能。特别是创新能力的培养，创新品质的形成， 创新思维的构建，创新方法和技能的掌握等都与实验教学有着密切的、内在的 关联。教学的实施者 -教师，无凝是通过实验教学，培养学生创新能力的主导 者，起着桥梁的作用。教师积极创造条件强化实验教学，认真做好演示实验， 从科学态度、规范的操作给学生以示范、启发学生从生动直观的现象上升到抽 象的思维 ,从感性的材料提炼出理性的理论。重视学生实验，帮助学生养成预习、 设计、动手、观察、记录、思考、报告等良好习惯和实事求是的科学态度。注 重引入一些探究性实验，创设问题情境，调动贮备的知识和已有经验，提出各 种假设，查阅资料，进行实验论证，从而强化学生的创新意识，培养创新能力， 形成科学的创新品质。 一 .什么是创新能力 创新能力是一种促使人们的活动产生新成果的能力。包括自学能力、发现 能力、评价能力、语言能力、审美能力、完成能力等富于创新品质的相关能力 和创新思维能力所构成。创新能力的核心是创新思维能力。创新思维必须改组 原有的知识结构和思维方式，而表现出主动的创造性地发现新事物、提出新见 解、研究新方法，其结果有明显的新颖性。从创新活动的探索方向来看，创新 思维是直觉思维与逻辑思维的综合，是发散思维与集中思维的综合。创新能力 最强的发散思维，它是从一点出发，运用全部信息进行放射性的联想，探索多 种可能性来讨论同一个问题；或者从多个起点，沿着多个方向、角度去探讨问 题的多个答案，说明发散思维具有灵活性、广阔性、独创性等创新思维品质， 这在创新思维活动中起着核心作用。形象思维表现为把感性形象按人们的意象 重新组织排列、整理加工，创造出新的形象。其基本形式是表象、直感和想象。 从认识论角度看，形象思维是发散思维的基础，所以，创新思维能力是一个以 发散思维的核心，以形象思维和直觉思维为关键的动态结构的能力系统。培养 学生的创新能力，基点应培养学生的发散思维和形象思维，显然，由于化学实 验的独特作用，因而化学实验教学是形成创新能力的重要途径。 二 .实验教学中的创新思维及能力 化学实验是化学科学的基础，也是化学教学基础，化学教学的基本目的是 把人类已有的化学科学知识，通过教学过程变成学生的认识，并进一步转化为 发现、研究、解决新问题的能力。所以，教学教程是一种认识过程，应当遵循 认识论规律 “从生动的直观到抽象的思维，并从抽象的思维到实践 ”的辩证认 识途径。由于实验教学的独特作用，特别是培养学生观察能力、分析综合能力、 抽象概括能力、解决实际问题能力有着重要意义。因此，直观的实验教学对于 培养学生形成研究问题的科学方法、创新能力和开拓精神具有特殊的作用。由 此看来，化学实验不仅能使学生形成正确的基本概念、基本理论和元素化合物 的基础知识，训练学生的实验基本操作技能和培养运用实验解决实际问题的能 力，而且对学生的创新能力提高、科学精神培养和良好思维品质的形成起着动 力作用。直观教学符合学生的认识规律，按照学生认知心理特点，丰富学生的 直觉思维，为学生完善和发展其抽象思维，再造想象提供必要的丰富的感性材 料，从而奠定创新能力的基础。从学生认识和创新关系讲，发散思维具有创见 性、辐射性和发散性。如： “实验 现象 结论 创新实验 创新能力 ”。一 个实验得出多个现象，多个现象产生多个结论，结论作用于实验本质、原理、 推动着知识的迁移与创新。知识的新颖性淀放创新能力。 教师是教学过程的主导，学生是教学过程中的主体。化学实验教学重在启 发学生的思维，培养学生的能力上，鲜明的现象只能给学生以生动的直观，而 通过形象思维、抽象思维，抓住变化的本质，才能完成认识的飞跃，达到教学 的目的。为此，在演示过程中，教师的讲述、板书和操作现象应密切配合，以 调动学生的多种感观和神经系统的协调作用，为理解知识和发展智能创造良好 条件。 三 .实验教学中创新思维和创新能力的培养途径 人类社会的创造发明活动中，创新意识、创新精神是基础，而创新能力是 核心。广博的知识、敏锐的观察、丰富的想象、严密的思维和不断的实践有助 于创新能力的形成。培养学生的创新能力，关键在教师对学生施以创造性的教 育，只有创新型的教师，才能培养出创新型的学生，这是当前教育改革的核心。 笔者认为，中学化学实验中，创新思维和创新能力的培养途径主要是从培养学 生的观察能力，实验动手能力，数据归纳整理综合能力，思维能力和创新品质 等几个方面来实施。 （一）观察能力的培养 观察是一切知识的门户、周密、精确、系统的观察是一切科学实验、科学 新发现的基石。中学化学实验是培养学生观察力、形成创新能力的重要渠道， 要加强和补充课堂演示实验、学生实验、兴趣实验、探究实验、验证性实验等。 实验教学中教师精心设计，指导学生观察什么，如何观察。要求学生从实验的 仪器、操作、现象等不同视角仔细观察，善于发现共同现象与不同现象，共同 的仪器与不同仪器，相似操作与不同的操作，形成良好的观察习惯。例如：在 H2 还原 CuO”、 “CO 还原 CuO”和 “C 还原 CuO”实验教学中共同现象是有黑 色变成红色；不同现象是 H2 还原 CuO时试管中有水，而后两个则有使澄清石 灰水变浑浊的现象；这些现象正好说明 H2、 CO、 C 既有相似的化学性质 - 还原性，又有不同的特殊性，为抽象思维打下坚实基础。同时， H2、 C、 CO 既 相似又不同性决定了其还原装置的差异。从而提炼出研究还原性气体的实验， 还原性固体的实验，形成 “实验 观察 分析综合 结论 创新 ”的教学模式。 （二）实验动手能力的培养 国家教委制定的 全日制中学在学教学大纲 中明确指出： “培养和 发展学生的观察能力、思维能力、实验能力和自学能力 ”、 “以培养学 生的创新精神和实践能力为重点，面向全体学生，培养学生的基本技能和能 力 ”。实验是学生获取双基知识形成创新能力的重要途径，在实验教学中， 要留 “空白 ”、 “开发区 ”让学生去发现、去探索、去创新，锻炼他们的实践创 新能力。例如： “CO2 的实验制法 ”，教师提供实验药品、仪器，让学生自行设 计 CO2 的发生、收集装置、检验方法、验满要领，留出学生动手操作、亲自实 践的空间，使其领略 “创新 ”成功的滋味。 （三）实验数据的归纳、整理和综合能力的培养 实验的结果数据是学生由形象到抽象，由直观到本质的桥梁。实验结果既 要抓住主要现象，又要关注关注异常现象；不同的现象可能产生不同结果，异 常现象有时恰恰使人有新的发现，甚至出现新的发明或新的创造；实验数据是 从量的角度研究物质的变化，从统计学可知：实验数据总是反应物质变化的内 在规律。对实验数据要记录准确，归纳数据特点，研究数据变化趋势，综合分 析数据的内在关系，从而才能揭示变化的规律，为创新能力的培养积累详实的 感性材料。 （四）创新思维能力的培养 创新思维一般包括准备、假设、顿悟、验证四个阶段，它具有求异性、灵 活性、独创性和灵感等，其主要体现在灵活性。一是思维方向灵活，善于从不 同的角度和方面思考；二是思维过程灵活，从分析到综合，从综合到分析，全 面灵活地进行综合分析；三是迁移能力强，能举一反三，触类旁通，进行发散 式的思维。因此，在实验教学中要善于科学而巧妙的观察、设问，有目的地、 经常地训练学生不依常规，寻求变异与逆向的思维的能力，冲破 “思维定势 ” 逐步形成学生良好的创新品质和创新思维能力。如组织课外实验小组，对教材 中演示实验加以改进和创新；组织学生实验，进行实验探究和教学，通过实验 - -分析 -讨论 -归纳结论的教学方法，使学生参与化学教学的全过程，遵循 科学的认识论和方法进行学习。在学生中有意识编写开放性的实验习题。如： “对无机物、有机物的制备方法比较，限用一种试剂或不用其它试剂鉴别多种 物质的习题 ”，均为训练创造思维的实验问题。又如： “用洗净的仪器进 行过滤操作时，滤纸未破损，经过两次过滤后，滤液仍浑浊，可以的原因是 ”。尽管学生对 “两低、三靠 ”背得很熟，若没有实际操作，仍然答不到点子 上。对于学生实验的异常现象不回避，而是因势利导进分析比较并做出科学解 释。例如：在复习课上做（ NH4） 2SO4 和 NH4Cl 的鉴别实验，欲先检出 NH4+ 离子，有个同学进行如下操作：先分别取少量固体配成浓溶液加入碱液后，不 加热就使管口湿润的红色试纸变蓝，接着滴加 AgNO3 液，结果都不产沉淀，现 象异常提出质凝。另一同学在同样的实验中，加热除氨后，接着滴加 AgNO3 液， 结果都出黄褐沉淀，现象也属异常。在教师的引导下，通过课堂讨论，同学们 领悟到前者是形成银氨配离子，后者是在强碱性条件下都生成氧化银沉淀（由 氢氧化银分解而成） 。由此明确了在鉴定、鉴别实验中每步操作都必须另取试 样，以免干扰。同时教师指出，某些配合剂在定性分析中作掩蔽剂就是基于上 述异常现象的应用。因此在实验中作了训练学生的敏锐的观察力外，更要训练 学生科学分析能力。实验的改进有助于创新思维能力的培养。 2001年新版教材 初中化学第五章第九十九页 “CO 还原 CuO的实验改进 ”。该装置是在把握 CO（有毒）不能直接排放到空气中去这个关键进行改进的。为此让学生充分讨 论哪些办法收集处理尾气，经过教师引导，归纳出 排水法收集； 气球收集； 直接点燃； 循环利用；从而进一步分析直接点燃或循环利用注意防止爆炸。 CO 的还原现象中尾气中有能使澄清石灰水变浑浊的气体，进而得出石灰水的 变化可判断 CO 的还原性的结论。实验后的比较分析，综合概括，抽象思维是 形成创新思维能力的关键。从个案实验到一般原理，从感性上升到理性，这就 是由实验收敛于理论；再由理论到实践，进行放射性的应用。例如：实验室研 究气体的制取；从反应原理、药品状态、气体性质等来探讨发生装置、收集方 法、检验（或验满）方法，正是从实验室研究具体物质如 O2、 H2、 CO2 等的个 体实验中，通过比较、分析、综合概括得出的一般性结论，学生把这个结论应 用于某些具体物质的制取就是一种创新过程。例如：如何制取 CH4 气体，提供 药品，让初中学生去分析研究发生装置、收集方法等。他们通过查阅资料了解 CH4 的性质后，就可以实施他们创新过程了。 （五）创新品质的形成 创造过程中的自觉、勤奋的、实事求是的、不折不挠的敢于冒险的精神不 是天生的，是靠后天训练而成的。有创造力的学生不一定具备这种精神。良好 的创新品质应包括创新探索的志向、责任心、追求科学的顽强毅力和坚定意志， 严肃认真的科学态度和敢于冒险、挑战和献身精神。在实验教学中根据教材相 关内容设置一些科学家发明创造的故事，引进化学的新发现、新发明和化学发 展的新前缘，介绍当今世界化学面临的困难，以及化学在工农业、国际市场、 医疗、环保、日常生活等应用。例如：诺贝尔历经自己被炸伤，弟弟被炸死的 多次失败后发明了炸药，增强学生为人类的进步献身精神和勇于创新的顽强意 志。此外对学生可创设要求高、难度大，有一定危险的实验。例如：氢气与氯 气混合光照爆炸实验，要求学生亲自演示，严格按照实验规则准确操作，并对 失败者进行鼓励。从而培养学生实事求是、勤奋、百折不挠的勇敢精神。 好奇心和兴趣是科学研究的驱动力，因此它是创新人才应有的重要素质。 如何培养学生的好奇心和兴趣？普朗克曾回忆道，他在上小学时，他的老师说： “想像一下，一个工人举起一块重石头，奋力顶住它，把它放在房顶上，他做 功的能量没有消失。多少年以后，也许有一天，石头掉下来砸了某人的头。 ” 这个解释能量守恒定理的例子使儿童时代的普朗克对支配着物质世界的规律产 生了浓厚的好奇心，并且从此对物理学产生了浓厚的兴趣。化学实验亦是如此， 更具备着丰富的吸引学生的好奇心的素材，只要教学方法恰当，好奇心和兴趣 的品质是不难得以培养、巩固和加强的。 直觉和洞察力品质的培养是素质教育中一