中学化学实验教学中创新思维的培养.doc

中学化学实验教学中创新思维的培养海宁市第一中学 高国花摘要：化学实验教学是培养学生创新思维的一条有效的途径，然而传统实验教学中存在着许多弊端，不利于学生科学素质和创新能力的培养，有必要加以改革、完善、发展。本文试从实验基本操作，实验改进、设计，实验内容方式三个方面，对如何在实验教学中培养学生创新思维谈几点看法。关键词：创新 实验教学 创新思维Bring up the innovation thinking in chemical experiment education in high schoolAbstract: Chemical experiment education is an effective approach to foster students innovation ideas in high school. However, there are many drawbacks in chemical experiment education in tradition to be disadvantage for students to foster scientific spirits and innovation abilities, so it is necessary to reform, consummate and improve it. In my article, I will talk about how to foster students innovation ideas in middle school in three aspects. They are basic experiment operation, improvement or device, contents .Keywords: innovation thinking, chemical experiment education, bring up化学是一门以实验为基础的自然科学，是实践与理论相结合的学科，化学教育离不开化学实验，是培养创新精神和创新能力的主要场所。将化学实验作为教学的一种手段，不仅能激发学生兴趣，帮助他们形成科学的认识，还能培养科学精神和创新意识，训练创新思维和创新能力。第三次全国教育工作会议强调：“面对世界科技飞速发展的挑战，我们必须把增强民族的创新能力提高到关系中华民族兴衰存亡的高度来认识。”创新能力的培养，除了必要的基础知识外，更应具有创新的思维方法和良好的思维习惯，作为基础教育的中学化学，应立足实验，发挥实验在学生知识构建、能力培养、思维训练、兴趣激发等方面的作用，努力培养能适应终生学习和未来发展需要的创新型人才。本文试从分析传统实验教学的弊端入手，对如何在实验教学中培养学生的创新思维作一些探讨。1 传统实验教学中存在的一些不足之处1.1 传统实验教学体系中验证性实验比例过大，而探索性实验、开放性实验比例较小。据统计，中学化学实验中验证性实验比例高达85%，而探索性实验却不足10%，这样的比例严重失调，导致各自作用发挥受到限制。1.2 传统实验内容陈旧，有些内容远离社会生活，自然很难激发学生兴趣。1.3 传统实验教法单一，大多采取传授式教学，学生简单的“依样画葫芦”，学生主体性无法体现，主动性无法发挥，严重阻碍学生创新思维的发展。1.4 传统实验教学对实验不够重视，主要表现在以下几个方面：1.4.1 对实验资金投入不够。无论学生实验还是演示实验，都要消耗大量药品，实验室的设施建设和维护更需大量资金，有些基础条件较差的中学更加不愿意在这方面投入，造成正常实验也受影响。1.4.2 实验课时安排不够充分。一般来说，每个学生实验都安排一课时，大约45分钟，老师讲解实验就花掉了十几分钟，学生再匆匆忙忙的开始做，哪有时间思考，实验失败了也不可能仔细分析，学生完全是在应付实验任务，且大多学校实验室都不开放，学生没有机会补做，实验质量难以保证。 1.4.3 教师对实验不够重视。由于高考不考实验现场操作，所以有些教师大搞“黑板实验”、“口头实验”，取消了许多学生实验，严重损害了学生的动手能力和思维能力。 针对传统实验教学中存在的种种不利于学生创新思维发展的因素，笔者认为可以从以下几方面着手，在实验教学中培养学生的创新思维能力：1 加强常规实验教学，培养创新思维 1.1 注重基本操作，改变讲授方式中学实验的基本操作是实验的基础，在长期的实践过程中形成了一套规范，因此中学教师往往要求学生按规范操作，单纯地强调注意事项，这种教条式的教学方式容易使学生产生厌学情绪。事实上，每个基本操作背后蕴含一定的道理，教师在教授过程中不仅要让学生知道怎么做，更须让他们明白为什么这样做的道理。比如：在“酸碱中和滴定”实验中，装标准液的滴定管水洗后要用标准液润洗，否则会造成待测结果偏低。1.2 分析成败原因，领会实验要领在实际的实验操作过程中，影响实验结果及成败的因素很多，当条件控制不当，极易造成失败。教师如何处理这类突发事件，将会产生不同的结果 。如做“银镜”反应，有时得不到银镜，这时教师要沉着冷静，引导学生分析实验失败的原因，巧设一系列问题：如原本应该看到什么现象？现在为什么没有出现这样的现象？怎样才能制得银镜？这时学生的思维就会被激活，开展创造性的思考，老师顺势引导学生通过分析讨论得出以下几点可能的原因：（1）银氨溶液配制不当，加碱过量；（2）乙醛失效；（3）试管不洁。按照以上几点假设，分别改变实验条件，重做实验。当实验成功后，学生就会有意外的收获，也就更好地掌握了实验成功的关键，印象更深刻。可见，抓住“失败”因素分析的反面教学，也是训练学生思维的重要环节，是培养思维能力的一种手段和契机。1.3 努力创造条件，注重学生实验有时由于课堂实验时间过短，学生实验时只能“走马观花”地应付一下，印象不深，遇到实验失败也来不及补救。因此老师应尽可能给学生充裕的时间，在目前不增加课时的情况下，可以考虑开放实验室，在课余时间里，允许学生到实验室，巩固基本操作，补做失败实验，尝试自己设计的新实验，满足学生的求知欲，并进一步提高他们的实验技能。1.4 创设实验情境，引发创新思维当代建构主义者认为，学习者不是知识的被动接受者，而是知识的主动建构者。所谓认知，就是学习者对经验建构可行的解释，对新的现象和观念建构自己的理解，而建构过程总是在一定的社会情境中，通过新旧经验的相互作用实现的。古语说“授之以鱼，不如授之以渔”。作为教师，不是知识的传授者，而是帮助学生进行知识构建的促进者，教师通过自己的教学活动，创建一定的教学情境，唤起学生已有的经验，主动建构新的知识，例如，在学习分子这节内容时，可设计如下情境： 用一根玻璃棒蘸一下浓盐酸，用另一根玻璃棒蘸一下浓氨水，然后在空中把两根玻璃棒靠在一起，发现有大量的白烟生成。再引导学生展开分析、研究实验情境的设置，能为学生提供生动直观的学习材料，有效地促进学生主动的学习，使学生深入实际，理论联系实际，帮助学生学习化学知识，引发创新思维。2 开展实验改进、设计，培养创新思维 实验的改进和设计是培养学生创新精神和创新思维十分有效的途径，学生对实验进行评价、设计、重新实践直至取得理想的结果。这一过程，培养了学生分析和解决问题的能力，同时使他们产生成功的体验，调动了学生创新的积极性。2.1 开展实验评价，培养求异思维 书本上的演示实验装置大都是可行的，但是未必都是最好的。传统实验教学过分强调实验操作的规范性和实验结果的统一性。这种“照方抓药”式的教学模式忽视了学生追求完美的内心需求，阻碍了求异思维的发展。他们不敢挑战书本的“权威”，一味遵从，这也是束缚学生创新思维发展的因素之一。因此我们有必要引导学生开展实验评价，善于用批判的眼光去看待问题。一般而言实验评价可以从以下几个角度展开：（1） 实验原理是否清晰可靠（2） 实验装置是否简洁流畅（3） 实验整个系统是否安全绿色环保（4） 实验操作是否便捷（5） 实验药品是否节约易得例如对人教版全日制普通高级中学教科书试验修订本必修化学第二册P15图（1-16）中铜与浓硝酸的反应，学生经过实验评价，就会发现，图中虽然扎了塑料袋，防止了污染，但反应过程不能控制，实验结束后反应还在进行，继续产生有毒的二氧化氮气体，影响师生身体健康，因此不符合（3）、（4）两条标准，应如何加以改进呢？从而激起他们的创新欲望，促进他们积极思维。2.2 引导改进、优化实验，实现创新中学化学教科书中的一些演示实验因装置过于繁杂，操作不太简便，方法不太合适，可见度较低而严重影响教学效果，需要改进方案，重新设计。2.2.1 实验装置创新爱因斯坦曾经说过：“为了满足人类的需要而找出已知装置的新的组合的人就是发明家。”以上面铜与浓硝酸反应为例，对实验全面的评价，为实现创新指明了方向， 即如何设计一个实验，既能防止二氧化氮的污染，又能使这反应随时发生，随时停止？学生自然会联想到启普发生器。这时可引导学生思考：启普发生器的原理是什么；为什么启普发生器能控制反应进行。学生通过分析得出，启普发生器是利用气体产生的压强把液体压入球形漏斗，使反应物间脱离接触，从而使反应终止。老师可再追问：能否利用这个原理解决以上问题。学生通过思考、讨论、交流，最后设计出以下两种方案：(如图一) 为了进一步激发学生思维，教师可再问：除了利用压强使固液脱离接触外，还有其他方法吗？通过进一步引导，学生又设计出以下三种方案：（如图二） 2.2.2 实验原理创新这里的原理是指实验操作原理，而不是实验基本反应原理，一般来说，实验基本原理是不可变的。例如氢氧化亚铁的制备实验，学生通过分析得出氢氧化亚铁极易被空气中的氧气氧化成氢氧化铁，因此不易观察到白色的氢氧化亚铁沉淀，因此实验改进的方向就是如何防止氢氧化亚铁被空气中的氧气氧化。学生很容易想到可隔绝空气，使NaOH和FeSO4反应。因此设计出许多方案，尽管装置不同，但原理类似，都是利用NaOH和FeSO4反应。但是有人却另辟蹊径，利用电解法制备氢氧化亚铁，装置如（图三），这种方法给人以涣然一新的感觉。与之类似的还有用电解水得到的混合气作为爆鸣气，在洗涤剂中鼓泡并点燃泡沫做氢气与氧气的爆鸣实验，简单易行、安全有趣。2.2.3 实验展示方式创新 实验的结果以何种形式展示给学生，将影响到实验效果的好坏，我们经常发现，由于空间的原因，坐在后排的学生很难清楚地观察到实验现象，他们的积极性受到压抑，只能回到书本上找答案。例如金属钠与水反应这个实验，现象非常重要，但老师往往在讲台上，放在小烧杯里做，只有前排几位学生能观察到“浮、游、熔、红”的现象，后面的同学根本看不到，只能“无中生有”，死记硬背书本上现成的答案了。如果改用实物投影仪，把钠放在培养皿中做，则全班同学都能看清楚，而且现象被放大了，更加明显，效果非常好。有些实验，由于现象不够明显，即使坐在前排的同学也未必看得清楚，我们可以以另外一种形式展示。如在研究温度对NO2 、N2O4平衡移动影响的实验，传统的展示方式是通过观察烧瓶中气体颜色的变化来判断平衡是否发生了移动，但是这样有不足的地方，由于距离的远近不同，看到的结果可能就不一样，并且，在温度变化不大的情况下，颜色的变化不是很明显。考虑到这个反应发生时伴随着体积的变化，在烧瓶中又会引起压强的变化，因此可借助于压强的变化来指示平衡的移动，设计出（图四）装置。通过液压计读数的变化，不仅可反应平衡的移动情况，而且还有量的指示，具有较强的说服力，即使坐在后面的同学看不到颜色的变化，也可通过读数的变化来判断平衡的移动情况。还有些涉及微观反应的实验，则利用电脑模拟，形象生动，效果更佳。如反应中化学键变化情况，电子云的概念等。化学实验设计是指实验者在实施化学实验前根据一定的化学实验目的和要求，运用有关的化学知识和技能，对实验的仪器、装置、步骤和方法在头脑中所进行的一种规划。它的主要流程为：提出实验课题设计实验方案讨论方案的可行性实验操作对实验进行分析、比较、评论得出结论。化学实验设计可以激发学生的化学学习兴趣，培养他们分析和解决化学问题的能力和创造力，同时有利于学生科学方法的训练和科学态度的培养。2.3 设计探索性实验，培养思维的创造性实验在化学发展史中一直担当着探索问题，获取知识与创新的角色。当前的基础教育要培养学生善于获取知识和创新能力，提高学生科学素养，就不能不发挥实验的探究功能，而传统实验中验证性实验比重过大，而这些实验是用来验证学生已学知识的准确性的，学生处于被动接受知识的状态。其实质上是重复学生从书本上或老师的授课中知道的东西，长期下去会使人感到乏味，学生的积极性也会受到影响，实验的功能也得不到发挥。而探索性实验通过模拟发现知识的过程，使学生处于主动接受知识的状态，从而调动学生学习的积极性。例如，钢铁锈蚀教学过程可设计如下：提出问题 通过有关钢铁锈蚀造成经济损失资料的收集，向学生提出问题：（1）如何防止钢铁生锈？（2）钢铁为何会生锈？作出假设 学生根据日常钢铁生锈的经验及已有的化学知识，作出以下可能的假设：（1）钢铁锈蚀是因为铁与空气中的氧气作用的结果。（2）钢铁锈蚀是因为铁与空气中的水分作用的结果。（3）钢铁锈蚀是因为铁与空气中的氧气和水分共同作用的结果。实验探究 分组，由学生讨论后，设计实验方案验证假设。例如：某组同学设计以下对比实验：1 将第一支试管用酒精灯烘干，放入一枚干燥洁净的铁钉，用橡皮塞塞紧试管口，使铁钉只与干燥的空气接触。2 在第二支试管中放入一枚铁钉，注入刚煮沸的蒸馏水至浸没铁钉，再在上面注入一层植物油，使铁钉只与水接触。3 在第三支试管中放入一枚铁钉，注入蒸馏水，不要浸没铁钉，使铁钉与空气水同时接触。得出结论 由学生观察分析，得出结论：钢铁在潮湿的空气中容易锈蚀。课后延伸 收集资料并交流讨论，得出钢铁防锈的合理建议。变“验证性实验”为“探索性实验”体现了“教为主导，学为主体”的教育理念，最大限度地发挥学生的积极性、主动性和创造性。2.4设计串联实验，培养思维的综合性串联实验是对单个实验的概括、总结、加工、重组的过程，是将物质的不同性质以综合实验或系列实验的形式集中展现出来的一种实验方式。特别在复习阶段，通过串联实验，可以使知识系统化、条理化、层次化，大大提高复习效率，提升解题能力。例如Cl2,SO2,NH3等性质都可设计成串联实验，装置包括气体发生、净化、干燥、与一些物质的反应，以及尾气处理等部分。通过这样的实验设计，能将知识点综合起来，便于记忆运用。又如在比较Cl-, Br-, I-的还原性强弱的实验，可将单个试管实验串联起来，在一张滤纸上先滴一滴NaBr溶液,再在上面滴一滴氯水,可以看到出现橙红色环，再在上面滴一滴KI溶液，则橙红色环变成紫黑色环。现象明显，操作简单，且有一定的趣味性。2.5 设计跨学科实验，培养思维的广阔性 自从2000年开始，高考制度进行了改革，变成了“3+X”，增加了理科综合题，这对学生能否灵活运用跨学科知识的能力提出了更高的要求，尤其是实验，成为高考命题的焦点。例如2002年高考理科综合卷地29（）第四小题，考得就是一道化学、物理综合题，内容是喷泉实验。因此我们在平时教学中立足于书本实验，挖掘教材内涵，与物理、生物教师多交流，共同努力，找到各科知识的结合点，提炼跨学科实验的素材，引导设计实验。例如将生物中植物的光合作用与氧气知识相结合，提出这样一个问题，如何验证绿色植物光合作用的产物是氧气。教师可引导学生设计如下实验（装置见图5）：步骤：按图搭配好装置将装置置于日光下照射直至收集到半试管气体，取出，用带火星的小木条迅速伸入试管在这过程中，学生综合运用不同学科的知识来解决实验问题，培养了思维的开阔性、综合性。3 改革实验内容，培养创新思维3.1 适当增加贴近生活的化学内容，培养学生创新的兴趣中学生最喜欢学习哪方面的内容呢？有人作过化学学习内容受欢迎程度的调查，发现学生最感兴趣的是以下几方面内容：毒品知识（82.19%）安全小常识（78.77%）化学与人体健康（73.97%）家庭小实验（73.29%）由此我们不难看出，学生兴趣集中在与现实生活密切相关以及社会热点问题上，教师可设计一些诸如：如何检验酒后驾车，模拟吸烟的危害性，模拟温室效应，