中学化学实验教学中学生创新能力的培养1

1、中学化学实验教学中学生创新能力的培养 潮安县庵埠镇中心学校李益民化学摘要 化学实验以其独有的优势,在创新能力的 培养方面有着其它任何教学手段不可替代的作用。本 文认为创新型人才风采、化学实验学术魅力的完善结 合,是培养学生创新精神的有效途径;引导学生进行 实验创新、加强化学实验深层次教学功能开发是培养 学生创新思维的关键;增加做实验的机会是培养学生 创新技能的必要途径。中学化学实验教学中学生创新能力的培养诺贝尔奖获得者杨振宁博士曾说过:“中国留学生的学习成绩往 往比一起学习的美国学生的学习成绩好得多, 然而十年以后, 科研成 果却比人家少得多。 原因就在于美国学生思维活跃, 动手能力和创造 精

2、神强” 1。此话一语中的,道出了中西方在教育观念上的差异。 我国教育重视书本知识传授, 而美国教育重视创新能力的培养。 因此, 全面提高全民族的素质和创新能力, 教育和科技事业要走改革创新之 路2。培养创新能力,化学学科有着得天独厚的条件。众所周知,化学 是一门以实验为基础的自然科学、 是 “核心、 实用、 创造性” 的科学。 化学实验是验证、探索、发现新事物最重要的手段,是一种最有效的 直观教学方法,是形成化学创新能力的必由之路。因此,应该把培养 创新能力作为化学教学改革的核心, 把科学实验教学视为培养创新能 力的主要途径3。一、利用实验学术魅力与展示创新型人才风采培养学生的创新精神 创新精

3、神属于非智力因素, 是创新性活动的内部动力机制。 培养 创新精神是实施素质教育最根本的目标之一。 提高化学实验的学术品 味转变学生观念,破除他们对创新的神秘感,提供范例和榜样、引导 学生向创新型人才学习,是培养学生的创新精神的有效途径。(一 提高化学实验的学术品味诱发学生的创新情感在化学实验的教学中,恰当地运用对比、放大、背景、空白等实 验技巧和实验设计, 来强化化学实验的学术品味, 使各种实验结论的 产生无懈可击;研究探讨各种正常和“反常”的实验现象,以渗透学 术研究和科学意识, 使学生的学习愿望得以满足, 最终转化为学生健 康的创新情感形成与发展是非常重要并且十分有效的。例如:在讲解乙烯制

4、备原理时,化学反应方程式为:浓硫酸CH 3 CH 2 OH CH 2 =CH 2 +H 2O170然而,实验现象却是烧瓶中的液体逐渐变黑,生成黑色固体,产 生的气体有刺激性气味。 教师应不失时机地把握这一机会, 通过解释 这一“反常”现象,激发学生的探索热情。首先引导学生回忆浓硫酸的脱水性, 得出黑色不溶物是乙醇脱水 碳化的结果,而生成的碳又可与浓硫酸发生反应:C +2H 2SO 4(浓 =CO 2 +SO 2 +2H 2O刺激性气味是生成二氧化硫气体的结果。 如何证明这些推断呢? 此时, 教师应引导重新设计一套实验装置, 确定反应后的气体中含有 二氧化硫和二氧化碳,从而有力地解释了实验中的“

5、反常”现象(实 验装置略 。在这套装置的设计过程中, 学生的学习兴趣高涨, 并且被化学知 识使用的科学性、 变通性和选择性所征服, 这种化学问题的解决所创 造的学术氛围也使学生深切地感受到了科学的魅力, 从而诱发了他们 健康的创新情感。(二 发挥教师的示范作用激发学生的创新动机所谓创新动机就是指一个人对已知结论或解释感到不满意, 对已 学的理论和技术感到不满足, 而主动去做深究或更新的工作, 并力求 达到完美地步的一种内在推动力量。只有创新型的教师才能培养出创新型的学生。 教师新颖的实验设 计、对实验装置的改进与创新,对学生有很强的感染力,会不知不觉 地在学生的心田中播下创新的种子。 例如氯化

6、氢的喷泉实验是一个典 型的演示实验,但通常的教学方法缺乏创意。若注入创新探索问题, 引导学生思考:(1形成喷泉实验的原理是什么?若实验失败,其主要原因是 什么?实验成功的关键是什么?(2喷泉实验对气体和溶液有什么要求?下列哪组试剂能形成 喷泉?为什么?说明理由。 氯气和饱和氯水 氯气和氢氧化钠溶液 氯化氢和氢氧化钠溶液 二氧化碳和氢氧化钠溶液(3喷泉装置中胶头滴管有什么作用?在实际操作中,此胶头 滴管吸满水欠方便且需用双孔塞, 易造成装置漏气致使实验失败。 若 不用胶头滴管, 其它部位不变, 能否形成喷泉?若能形成喷泉应怎样 操作?显然第(3问是富有挑战性的创新课题。操作方法有两种:一 是将连

7、有胶管的导管弯成 U 形注满水并用止水夹夹在胶管中部, 带胶 塞一端即相当于胶头滴管; 二是将烧瓶冷却 (如滴少量乙醚于烧瓶外 壁上使烧瓶内压强暂时变小,溶液会沿导管进入烧瓶形成喷泉。改 进后的喷泉装置更美观、 更富有吸引力, 最重要的是大大激发了学生 的创新动机。因此, 教师应下大功夫把中学化学教材中的全部实验内容进行不 断深入的研究和改进, 切实提高自身的化学实验创新能力, 使自己成为创新型的教师、 实验创新的典范, 才能充分发挥出化学实验对培养 创新精神的教育功能。创新型教师在化学实验中教学中应表现出出色的驾驭能力。 具有 规范、灵巧、优美、安全的实验操作技能和绘画技能;善于创造鲜明 直

8、观、奇异精彩的实验现象,极高的实验成功率,具有敏锐的洞察能 力、丰富的想象力和灵活运用实验解决化学问题的能力;善于启发、 点拨、 指导学生圆满完成实验的能力; 善于发现和提出富有挑战性和 创新性的实验课题,具有改进和创新实验的能力并不断取得新成果; 使趣味中充满哲理,平淡中表现新奇;和缓的洞察细微,激烈的从容 不迫;安全的不失严谨,危险的不乱方寸;简单的绝不潦草,复杂的 确保成功。二、引导实验创新与开发实验深层次教学功能培养学生的创新思维 创新思维是指发明或发现一种新方式用以处理某种事物的思维过 程,是整个创新活动智能结构的关键,是人类思维的最高层次,是创 造力的核心4, 5。创造过程中提出创

9、新思想的思维活动,是创 新能力的核心。创新思维作为能力,包括创造性想象、直觉能力、洞 察能力和捕捉机遇的能力等,具有新颖性和积极主动性两个根本特 点,是创新教育要着力培养的最可贵的思维品质。实验与思维紧密结合6。 引导学生进行实验创新与加强化学 实验深层次教学功能开发, 旨在原有知识经验的基础上, 注入创新性 探索主题, 促使学生通过分析比较, 运用各种创新思维找出旧知识与 新问题之间的联系与区别, 并根据新问题的条件和需求, 进行联想和 想象, 对原有的知识结构进行改造和重新加工组合, 形成新的见解和 设想, 找出新的途径和方法, 从而高水平地获取知识并能广泛迁移到 新的领域,即创造性地学习

10、新知识并能应用知识进行再创造。(一 引导实验创新培养学生的创新思维实验创新具有新颖性、 灵活性等特点, 它能激发学生的参与意识、 活跃学生的思维, 它要求学生以新奇、 独特的角度去发挥自己的创新 思维能力。实验创新既包括根据一定的目的和任务,从零开始,通过 探究确定实验仪器、药品、 装置和操作方案,也包括对原有的实验从 新的角度给予新的思考、审视,找出缺陷和不足给予修正和扬弃。 实验原理创新。 如抽取氧气的实验, 要求学生尽可能用挑剔和批 判的眼光去发现教材中用氯酸钾和二氧化锰来抽取氧气所存在的缺 陷,如装置复杂,反应条件要求较高(需要加热并伴有副反应使制 得的氧气不纯净。然后根据实验原理,设

11、计更为合理的实验方案。 实验装置创新。 如铜与硝酸的反应,放在试管中反应,药品浪费 多, 且产生的有毒气体污染环境。 通过让学生联想块状固体和液体反 应制气体的装置,设计出原理跟启普发生器相类似的简易气体发生 器。这样可以防止药品浪费(思维模式:联想、组合、类比、迁移思 维等 。实验操作创新。 如氢气与氯气的光照反应, 反应成功的关键是要以足够强的光源引爆。 由于是爆炸反应, 学生往往不敢把镁条靠近集 气瓶,而镁条离集气瓶太远,又使光照不够强烈,导致实验失败。学 生自然便非常希望有一种能代替镁条的光源, 经过大胆设想, 终于会 找到一种既安全又方便的光源日光灯(思维模式:替代、类比、联 想、顿

12、悟思维等 。实验方案创新。对教材中没有的实验,鼓励学生勇于开拓创新, 在遵循科学、 安全、 可行的原则下, 让学生各自发挥自己的聪明才智, 探索各种合理的方法, 设计各种可行的方案。 如设计区分食盐水和酒 精溶液的实验方案,可以利用密度、气味、沸点、导电性、挥发性等 物理方法来区分, 也可以根据可燃性及硝酸银等试剂对溶液的特殊反 应现象来区分, 还可以根据生物细胞对溶液的反应等去设计 (思维模 式:发散、对比、综合、求异思维等 。(二 开发实验的深层次教学功能培养学生的创新思维化学实验的教学功能,不能只停留在用化学实验创设教学情景、 突破教学难点等浅层次上, 不能只局限于化学认知的范围去考虑如

13、何 发挥化学实验的作用。 实践表明, 化学实验是促进学生深入思考化学 问题、激发学生思维创新的最佳手段。例如实验:向体积为 10毫升,物质的量浓度为 2摩尔每升的氯 化铜溶液中投入 10克铝片。首先引发联想:(1 金属活动性顺序; (2 有关物质的颜色; (3 盐类水解(有的学生还会联想到更多的内容 。进而作出理性思考:(1铝比铜活泼,金属性更强,可以从氯化 铜中置换出单质铜,所以铝片上会有红色物质积聚; (2正二价的铜 离子水解使溶液呈酸性, 铝会跟氢离子发生反应生成氢气, 铝片表面 有无色气泡逸出; (3由于水解平衡移动,溶液中会产生蓝色沉 淀。 有些学生认为还可能有更复杂的现象, 也有的

14、学生认为只置 换出铜。实验现象观察:(1铝片表面立刻有紫红色铜沉淀,同时产生较 多的气泡; (2溶液绿色变淡,继而产生蓝色沉淀; (3混合液温度 升高,试管壁发烫,产生气泡速度明显加快,铝片上下翻滚; (4混 合液变黑,铝片周围有少量白色沉淀物产生; (5一定时间后,试管 底部有较多红色粉状铜沉积,溶液变成无色透明; (6铝片上继续产 生无色气泡。 实验中观察到的现象既丰富又复杂, 大大超越了学 生实验前的预测结果,因而激发起学生的探索心理。现象解释与思维创新:(1产生气泡加快的主要原因?反应放 热,温度升高,铝铜原电池的形成;正三价铝离子浓度增大,溶液酸 性增强,反应速度加快。 (2混合溶液

15、变黑的原因?生成的氢氧 化铜分解成黑色的氧化铜。 (3 最后溶液变成无色透明的原因? 正 二价铜离子浓度减小, 促使溶液溶解平衡朝正方向移动, 导致氢氧化 铜和氧化铜溶解,溶液变成无色透明。限于知识基础,学生无法解 释实验过程中产生的白色沉淀。有部分学生认为白色沉淀是氢氧化铝，也有学生认为不可能，且都提出了一些理由。这时，教师要积极 引导学生深入思考，大胆推测，鼓励开展思维创新，最终由学生得出 在温度较高时，铜和氯化铜可发生反应生成白色的氯化亚铜沉淀。 通过对该实验的探索，提高了学生综合应用盐类水解、原电池、 化学平衡等化学原理的能力，大大开阔了学生的思维境界，培养了学 生思维的创新性。因此，

16、在化学实验教学中应加强实验的深层次教学 功能开发，提高学生学习的积极性和主动性，使学生的智力和思维的 深刻性、严密性、创造性、广阔性、独特性和敏捷性等得到行之有效 的开拓和训练，从而提高学生的创新思维能力。 三、增加做实验的机会培养学生的创新技能 创新技能是反映创新者动作的和智力的活动方式。 尽管科学创新 活动是一种智力活动，但智力活动不仅仅局限于大脑的思维与想象， 还必须有一定的创新技能作保证。 化学教学的创新教育模式中， 关键的一环是必须尽可能地让学生 在课堂上边学边做实验。 目前我国学生对化学实验课的热情和兴趣迅 速下降的状况令人担忧。由于缺少仪器、药品、现行教材实验内容陈 旧、教师对实

17、验重视不够等原因，使学生长期缺乏动手实践的锻炼而 导致实践能力差7 。因此在化学实验教学中，教师积极地创造条 件多让学生动手做实验是培养学生创新技能的一个不可或缺的、 行之 有效的重要途径。 (一 拓宽实验空间 由于我国现行的中学化学教学中，实验所占的比例偏少，且大多 数为演示实验。演示实验习惯上都是由教师在讲台上做给学生看的， 由此导致学生动手机会明显减少，动手能力普遍不高。因而我们有必 要想方设法将演示实验的空间由通常的讲台向学生座位乃至更大的 范围扩展。具体地说可以通过改进一些、改组和改造等方法。其中， 改进是将一些演示实验改为师生合作实验或共同实验。 如对以往的操 作均由教师“承包”的

18、氧气抽取实验可改为教师和学生合作的实验； 改组是创造条件将一些演示实验改为学生分组实验或边学边做实验。 因此，不宜边讲边做实验，可将其改为课外实验。 (二 增加实验时间 增加实验时间，主要是将实验时间由通常的课内向课外延伸。延 伸的办法主要包括课外兴趣小组活动和开放实验室等， 由于课外活动 具有时间比较充裕，形式上灵活多样，并可照顾到学生的兴趣爱好等 特点，因而也便于有针对性的通过实验操作，加强动手能力的培养。 如围绕化学课堂教学，联系生产、生活实际，可成立兴趣实验小 组，小制作研究小组等。让学生深入研究他们周围的物质，不间断地 牢固地发展他们动手操作和实验创新技能。 开放实验室， 就是在规定的时间内将有关实验仪器和药品摆放在 实验室，供学生有选择地进行操作、研究。开放的