化学探究性实验研究与学生创新能力的培养

1、化学探究性实验研究与学生创新能力的培养新一轮国家基础教育课程改革的一个重要目标，就是要改变我国当前科学教育中普遍存 在的学生被动接受、大量重复练习的学习方式，倡导学生主动参与、体验的探究性学习。探 究性的学习方式在学生获得科学知识、掌握科学方法、体验科学过程、培养科学态度和思维 习惯等方面具有其他学习方式（如授受式，指教师讲授、学生听讲）不可替代的作用。化学 是一门以实验为基础的自然科学。因此，国内外课程改革中出现的各种理科（科学）教材中， 都有一个共同的趋势：走向实验。过去教材中的实验大多数为验证性实验，验证性实验强调 演示和证明，注重实验的结果（事实、概念或理论），而不是实验的过程。验证性

2、实验有利于 培养学生的实验操作、数据处理和计算技能，但在验证性实验中，学生往往“照方抓药”，处 于被动的接受地位。“化学新课标中的科学探究，是学生积极主动获取化学知识、认识和解决化学问题的重 要实践活动。它涉及到提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结 论、反思与评价、表达与交流等要素。”而化学探究实验是指探索研究对象的未知性质，了解 它具有怎样的组成，有哪些属性和变化特征，以及与其他对象或现象的联系的一种实验。其 特点是根据实验的目的，利用已知的、外加的因素去设计实验，进行探究实验，研究实验对 象，看它会发生什么样的变化，出现什么样的现象，产生怎样的结果。中学化学探究实验

3、的 模式可概括为以下五个步骤：提出问题-实验事实-假说及其验证t归纳结论-实际应用探究性实验能够帮助学生获取基础知识和基本理论，能够激发学生的创新欲望和兴趣， 能够发挥学生的积极性、主体性。在探究实验过程中学生始终处于不断探索的情境中，主动 实验，认真操作，仔细观察，积极思维，充分发挥学生的潜能，培养学生创新精神，发展学 生创新能力。下面探讨的是从探究性实验的设计的不同形式和内容，教师应该怎样去培养学 生的创新能力。一、探究物质性质：认识身边一些物质的性质是初中化学的重要内容，运用探究实验的方法可以加深对物质 性质的认识、了解或掌握。如对家庭中使用的在碳钱化肥（nh-hcoq产物的探究，用图1

4、实验装置来进行探究其性 质，对a加热一段时间后，发现b中白色粉末变蓝色，c中出现浑浊，d中石蕊试纸变蓝色。又如对二氧化碳密度的大小的探究，可以用测量空气、二氧化碳质量的方法，如图20 也可以用图3在大的烧杯里盛二氧化碳气体，用蘸有肥皂水的导管在烧杯中吹空气泡，看见 吹的空气肥皂泡向上漂浮。再用蘸有肥皂水的导管在烧杯的空气中吹二氧化碳气泡，看见吹 的二氧化碳肥皂泡沉在烧杯底部。图2实验装置图3实验装置二、探究实验装置：一般情况下，一个实验有一种固定实验装置，但是一个实验也可以用多种不同的实验装 置来完成。有的实验装置简单，有的实验装置复杂；有的实验装置能够说明某一种性质，有 的实验装置有某一种特

5、殊的功能等等。如二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应可以用多种实验装 置进行。图4实验衣置图§实验装置图&实验装置如图4将充满二氧化碳气体的试管倒扣在氧化钠溶液中，氢氧化钠溶液进入试管。向图 5中盛有二氧化碳的锥形瓶中滴入氢氧化钠溶液，小烧杯里的水倒流到锥形瓶中。向图6盛 有二氧化碳的烧瓶中挤入氢氧化钠溶液，振摇烧瓶一会后，打开弹簧夹，就能形成喷泉。三、探究微型实验：微型实验是近20年发展较快的一种新的化学实验，微型实验节约药品，节省时间，操作安全，污染少，学生可以自己动手自制仪器，自行实验，积极参与，激发兴趣，培养创新精 神。如水和酒精混合的体积变化实验。取一干燥带大胶头（如图7）

6、的胶头滴管，倒置，从 导管口向滴管中加入显红色的水，水面约占总体积的一半（a处），再从导管口向滴管中加入 无色的酒精，加满滴管（b处）。用拇指按住管口，上下颠倒滴管两三次，红色的水和无色酒 精混合，有少量气泡产生，橡胶头稍稍变“瘪”。松开拇指，液面下降23cm （c处）。仪器易得，操作简便，用料很少,图7实验装置同常规化学实验相比，微型化学实验具有以下一些特点: 节省实验经费：实验表明，微型实验的试剂用量比常规实验节省90%,且采用代用品 作实验，在仪器上花费也很少，故微型实验大大节省了实验经费。 操作安全、污染小：微型实验药品用量少，反应产物少，实验中不会造成危险；同时, 生成的污染性物质的

7、量少，对环境的污染也就小。 节省实验时间：微型实验同常规实验相比，具有仪器简单、用剂量少、反应速率快、 现象明显的特点。所以，演示实验微型化能节省实验时间，提高课堂教学的质量。 激发学生化学学习的兴趣：微型仪器来源广泛，可以做到人手一套。在实际教学中, 教师只要积极引导，就能实现人人动手的目标。学生可以通过自制仪器和动手做实验，既训 练了动手能力，培养了创新思维，同时较强的参与意识及微型实验内在的魅力，又大大地激 发了学生进行化学实验的兴趣，培养了学生创新实践能力。四、探究实验条件：由于实验条件的不同，往往得到不同的现象或不同的产物。如铁在潮湿的空气中的生锈实验。将小片废旧的铁丝石棉网剪成宽约

8、2cm,长34 cm的网片，去掉上面的石棉放入锥形瓶里，加入少许稀盐酸，除去铁锈，露出光亮的铁丝，倒去盐酸，加水冲洗，再加入少许食盐水，塞上单孔塞。如图8所示，35min后可见在玻璃导管中形成一段液柱。说明铁丝与食盐水红色水空气中氧气反应，使瓶内压强减少，从而形成红色液柱。铁丝网图8实验装置五、探究生活中的实验：作为化学课程与教学内容的一个重要组成部分，化学实验尤其要注意联系学生的生活实际和社会实际。化学实验要贴近生活、贴近社会，探究生活、社会中的化学问题，解释、解决日常生活中的实际问题，拓宽化学实验的功能，培养学生创新能力。如自制天然酸碱指示剂。把一些新鲜植物的花瓣、花冠、果皮等洗涤干净，凉

9、干，加入适量的95%的酒精浸泡1 2h。然后将浸出液过滤，向所得溶液加入1/3体积的水，即可使用。几种不同植物色素在不同酸碱性溶液里的变色情况如表1所示。表1不同植物色素在不同酸碱性溶液里的变色情况表:代用指示剂植物色素在酸性溶液中在中性溶液中在碱性溶液中墨菊（花冠）红色紫色蓝色牵牛花（花瓣）红色紫色蓝色紫萝卜皮红色紫色黄绿色月季花（花瓣）浅红色红色黄色美人蕉（花冠）浅红色红色绿色喇叭花（花冠）紫色紫色黄色又如石灰石的转化探究实验。取一小烧杯，盛少许蒸馆水，加入23滴酚駄试液，溶液 显无色。将一小块洁净的石灰石放入溶液里，溶液颜色不变化。从溶液中取出石灰石，用堆 锅钳夹住它在酒精喷灯火焰上鍛烧

10、，约58min石灰石烧红，可听见轻微的炸裂声，将它放 入烧杯的溶液里，烧杯里的溶液立即变成红色。通过玻璃导管，让学生用嘴向上述溶液里吹 气，一会后，溶液变浑浊，红色退去。通过探究实验，使学生掌握碳酸钙、氧化钙、氢氧化 钙之间的关系。此实验让学生主动参与，贴近生活，联系实际，能很好地培养学生的创新实 践能力。六、探究实验方法：相同的实验，相同的实验药品，采用不同的实验步骤，会使实验成功或失败，或形成危 险。在做实验时，尽管严格按操作规程进行，但有时也会出现“必然”的意外。对意外事故 的处理，不仅反映了教师的应变能力，还能反映教师心理素质的稳定性。处理的好，不仅不 会影响教学及实验效果，反而是印证

11、正确结论的好教材。例如有一次在做白磷与红磷着火点 高低的实验中，我先用蹑子夹取一块白磷，并放在有水存在的表面皿上切割（因白磷易自燃）, 并告诉学生切割后小刀、蹑子及表面皿均要用滤纸擦干净，而滤纸不能乱扔，否则会引起火 灾。我把它放在桌边，准备稍后处理。谁知，正在讲课中，滤纸忽然着火燃了起来，学生顿 时惊叫起来，唏嘘声一片。经过分析讨论，学生明白了其中原因，一颗好奇心才安稳下来。 这时由无意注意引起的记忆更深刻，更牢固。适时对学生思维点拨，更能激发学生的创新灵 感，培养学生的创新意识。在探究浓硫酸的吸水性实验时，可以设计出以下三个不同的装置进行对比实验（如下图）。yk硫酸图9方法一：（如图9）在

12、一大试管内注入15 ml的浓硫酸，放入装有2-3 ml饱和硝酸钾溶 液的小试管，用橡皮塞塞紧试管口，静置约lomin后，可以观察到饱和硝酸钾溶液中有针状 的硝酸钾晶体析出。方法二：（如图10）切一块富含水份的瓜果（萝卜、雪梨、苹果）块，在天平上称量其质量，用塑料绳固定，放入盛有30 - 40ml浓硫酸的试剂瓶中，使瓜果悬于距浓硫酸液面1 1.5 cm上方，塞紧试剂瓶口静置约20 min后，取出瓜果观察到有些萎缩，放在天平上称量，其 质量明显减少。方法三：（如图11）往试剂瓶中注入3040ml的浓硫酸，用塑料绳象系称盘一样系一小塑料瓶盖，在瓶盖上放一块蓝色的硫酸铜晶体，悬放在距浓硫酸液面1 l5

13、cm上方，塞紧试 剂瓶口静置约5 min后。可见蓝色硫酸铜表面有白色斑点出现，随着时间的延续，白点会越 来越大，再放置23天，蓝色硫酸铜晶体会全部变成白色粉末。又如用加热过氧化氢溶液的方法制取氧气的实验，按课标要求让学生将装有5%的过氧化 氢的溶液试管加热，当学生把带火星的木条放在试管口时，只发现火星闪亮而不复燃。教师 立即问学生：为什么会产生这种现象？你能说出可能的原因吗？我归纳学生回答主要有下列 几种可能：是生成的氧气不够多；生成氧气含量较低；加热时有水蒸气产生使火星难 以燃烧；过氧化氢的浓度不够高等。有学生提出改进意见，将5%的过氧化氢的溶液改成15%, 并在试管口加装一个干燥管后，加热

14、试管1 2min后再在上方放入带火星的木条后，木条就 能复燃。（如图12）图12实验装置七、探究实验的趣味性：化学实验具有机动功能，可以激发学生的化学学习兴趣，启迪学生思维，开拓创新精神, 这是我们的共识。但是过分强调“学科中心”的化学课程与教学，使化学实验的“学术化” 倾向十分明显。国内外的各种调查显示，很多中学生对化学学习的兴趣正在明显降低，甚至 一些学生放弃了化学学习。导致这一状况的原因是多方面的，但做了化学实验，是否就一定 能够激发和保持学生的化学学习兴趣问题引起了教师们的思考和研究。因此，如何增加探究 化学实验的趣味性，成了化学教学密切关注和研究的一个问题。初中常见趣味实验的设计内

15、容如表2所示：表2趣味实验的设计内容:实验内容探究活动实验目的探究红砖粉末对过氧乙酸 消毒液是否起催化作用探究实验原理、方法和 步骤提高学生的学习兴趣，培养学生 的创新意识和应用知识的能力用废干电池锌片制备硫酸 锌探究实验原理和步骤激发学习兴趣，巩固所学知识自制天然酸碱指示剂探究实验方法和实验现 象提高学习兴趣，激发学生对知识 的渴望和自制“软皮鸡蛋”探究实验方法和原理激发学习兴趣，巩固所学知识测定雨水或校园内土壤的探究实验方法和现象激发学习兴趣，培养学生分析问酸碱度题和解决实际问题的能力自制碘酒消毒液探究实验方法和原理提高学生的学习兴趣，激发学生 的创新意识和应用知识的能力又如在学习气体的溶

16、解性大小时，已知氯化氢是一种极易溶于水的气体。若烧瓶中装满的是干燥的氯化氢气体（如图13）,具体操作方法是将胶头滴管的水挤入瓶内，轻轻振摇烧瓶，然后打开弹簧夹，烧杯中的水进入烧瓶内,呈喷泉状喷出从而形成美丽的红色喷泉（如水弹簧夹/翱鶴图14实验装置图 14）。图13实验装置八、探究实验的安全性和环境保护：探究实验的安全性，避免、减少事故的发生。探究实验要减少环境污染，让学生建立起 对社会的责任感，处理好实验中产生的废液、废气，尽量减少废液、废气的产生，进行“绿 色化学”实验的研究等。“绿色化学”体现了化学科学、技术和社会的相互联系和相互作用， 是社会对化学科学发展的新要求。它对于保护人类赖以生

17、存的环境、实现人类社会的可持续 发展具有重要意义。因此，建立绿色化学的理念，现应成为化学课程与化学实验教学改革的 重要指导思想。如氢气的爆炸实验：方法一：在小烧杯里加入洗衣粉配成的水溶液，约占体积的1/30用两根玻璃管，同时 等量向烧杯溶液中通入氢气、空气，液面上产生很多小气泡。撤掉两个导管，用燃着的木条 点燃气泡。气泡立即产生爆鸣声，无任何危险。方法二：（如图15）制取氢气、验纯。取一带肚的胶头滴管（去掉橡胶头），将滴管大口 与橡皮管连接。点燃，氢气在导管口处安静燃烧。左手拿住滴管，用右手把通氢气的橡胶管 拔掉，可见氢气继续燃烧且火焰增长很多，约34s后，可听到爆鸣声，同时看到管下端喷 出火

18、焰。安全可靠，没有危险。图15实验装置图16实验装置方法三：（如图16）用矿泉水塑料瓶截去1/4,将瓶口夹在铁架台上。塞上带12cm长 尖嘴玻璃管，套上橡皮管，用向下排空气法收集氢气。收集满氢气后，拔去橡皮管，拿走产 生氢气装置。用明火在短导管口点燃氢气，氢气安静燃烧，随着瓶内氢气量减少，空气由下 口进入瓶内，跟氢气混合，火焰越来越小，猛然间“轰”的一声爆炸，瓶内有一团火直冲而 下，产生爆炸声。方法四：（如图17）将废弃的洗发精塑料瓶切去底部，在上端按上圆珠笔金属尖下端套 在带有铁环的塑料筒上，防止塑料瓶上浮，放入水槽制成。使用时如果通入的氢气不纯遇明 火即发生爆炸，将塑料瓶炸开而不会发生危险

19、，而且气体的发生装置也不受影响，因为进气 管处与塑料瓶内的气体隔着一段水柱，安全系数高。经过精心改进的实验不仅增强实验的效 果，而且开拓了学生的视野，大大地激发了学生学习的兴趣和热情，更重要的是增强了学生 的创新意识，培养学生了学生的创新的思维能力。九、探究设计性组合实验：设计性实验是对学生思维能力的高层次要求，它要求学生运用所学知识和一定的实验技 能，通过分析、综合、推理、联想、想象等多种思维活动设计出实验的具体方案，并用实验 加以探究。如在讲到二氧化碳对生活和环境的影响时，已知人体吸入的空气中二氧化碳的体 积分数约为0. 03%.怎么样用实验探究人体呼出的气体中二氧化碳的体积分数呢？有没有

20、可 行的方法？教师可提供出（如图18）所示的装置给学生操作和讨论。水放大的多孔球泡装置图18实验装置 图19实验装置操作（一）：关闭活塞b,打开活塞a,人缓慢吸气；操作（二）：关闭活塞厲，打开活塞 b,人缓慢呼气；上述操作（一）、（二）反复交替进行4至5次。并让学生分组讨论思考下列 问题：（1） a、b瓶各有何作用？各观察到什么现象呢？ （2）量筒d内将出现何现象？为什 么会有水流出呢？所收集到水的体积是什么气体的体积？（3）不设a瓶对实验测定的结果有 何影响呢？（4）b瓶反应前后称量为什么质量会增加？所增加的质量又是什么物质的？（5） 你认为此装置有需要改进的地方吗？如果有请提出改进的书面意

21、见，让学生分组讨论后来回 答。经过学生的讨论我收集到的改进意见归纳如下：能否在活塞b的附近加上一个干燥管， 吸收人体呼出气体中的水蒸气，以免影响测定结果；为了使人体呼出的气体与b瓶中的石 灰水充分反应，提高实验的准确度，可在b瓶插入溶液的导管下端加上一个多孔的球泡装置 （如图19）;要使c瓶中的水压出需较大的压力，此时d处收集到的水的体积与c中气体 的体积应该存在一些误差，能否直接改用排水法收集来测量所收集气体的体积。通过学生分 组讨论对以上设计性组合实验装置的改进，得出了创造性的设计思路，从而很好地培养了学 生敏锐的观察能力、创造性的想象能力及创新思维能力和实践能力。在教学中还可以组织学生测

22、定水体污染等课外实验，对激发学生学习兴趣，提高学生学 习的主动性和自觉性，培养学生学习的合作意识，开发学生的创新能力可以获得意想不到的 效果。创造条件增加学生分组实验内容的探索性，设计探索性的实验，绝不能脱离教材，应 从教材的重点知识出发，与已学过的内容相联系。要做到源于教材，又高于教材，应贴近生 活和生产实际，使学生切实感受到已学知识的实际应用。让他们享受成功的喜悦，更能激发 他们的创新意识，焕发创新精神，培养创新能力。化学探究性实验的要求：实验目的明确，有确定的能力培养目标，科学合理，操作规范。 实验要有可参考的实验方案，设计的实验步骤要科学合理。要认真观察实验现象，正确记录, 分析实验结果，处理实验有关数据，得出正确结论。要注意实验安全，防止污染环境。总之，探究性实验是由学生自己运用实验手段，探究未知的现象或数据，并在获得