精心设计化学实验 培养学生创新能力

史青云

从当前高考命题改革中实验试题的设计趋势看,以实验教学为载体,丰富实验教学功能,培养和提高中学生的创新能力,将是今后我们实验教学中要积极探索和研究的方向。在新的形势下,教师必须转变教学观念,深入挖掘教材实验内涵,以课本中的实验为载体,进行整合、拓展和创新设计。

化学实验是化学学科的灵魂。通过实验,不仅可以帮助学生形成概念,理解和巩固化学知识,获得比较熟练的实验技能,而且通过有计划地、周密细致地观察实验现象,以及分析、推理、判定等思维活动,也有助于培养学生的科学态度和创新精神。因此,实验教学是培养学生创新思维的重要环节,是一块培养学生创新能力的重要基地。为了适应知识经济时代对创造型人才的需要,在中学化学教学活动中,必须在实验准备、实验设计、实验改进、实验探究等方面有意识地加强对学生创新能力的培养。

一、作好课前准备

首先教师应做好实验的预试。与演示实验、边讲边实验的预试相比,对学生实验课的预试要求应更高一些。除掌握实验成败的条件和关键外,还要估计学生独立进行实验时可能发生的困难,拟出上课时向学生交待的注意事项,并作好课中巡视指导计划。指导计划应包括重点指导的实验内容和操作技能,重点指导的学生以及巡视指导的路线等。 其次,应充分准备好仪器和药品,并将仪器、药品等放置有序,保持实验室的清洁、整齐。 最后按实验内容的多少和难易程度,以及实验室的设备情况将全班学生合理分组。尽量照顾人人都有动手的机会,防止形成某些同学只能作“观察员”或“记录员”状况。还要拟订实验思考题,指导学生课前预习实验教材和学习有关章节内容,要求学生在预习中做到明确实验目的、搞清实验内容、并理解基本原理、操作步骤,实验装置和注意事项(包括操作、仪器的使用和安装、药品用量、观察现象、废物处理、安全防护等各方面的注意事项),扼要地作好笔记,为能自觉地、有目的地、独立地进行实验打好基础。

二、整合课本中的简单实验,引发学生的创新意识

可采用横向串联和纵向延伸把简单实验设计成综合实验、系列实验。横向串联可使知识系统化、条理化、层次化,形成知识网络。如在复习乙烯的性质时,将乙烯的制备、净化、乙烯与溴水、酸性高锰酸钾溶液作用、收集、点燃等组合成系列实验。纵向延伸可使知识程序化。例如于Cl-、Br-、I-、S2-还原性强弱的复习,可以将单个实验整合成一个综合实验:在一支试管中加入少量氯水和苯,然后依次滴加适量的溴化钠溶液、碘化钾溶液、硫化钠溶液,充分振荡、静置,观察有机层和水层的变化。整合简单实验,迫使学生对原贮存的知识进行重组,寻找这些实验之间的交叉点和结合点,使知识融会贯通,训练学生的创新思维,引发学生的创新意识。

三、将定性实验改变为定量实验,发展学生的创新能力

定性实验只要求通过实验验证某物质是否有或物质间能否反应,定量实验不仅要知道是否有或能否反应,而且还要确定有多少或物质间按怎样的比例关系发生反应。

如乙醇和钠的反应─→定性实验,可改为利用该实验原理推断乙醇的结构─→定量实验。

如在复习极易溶于水的气体HCl、NH3的喷泉实验时,我们通过下列过程对实验进行了探索和拓展:

【提出问题】

(1) 多大溶解度的气体才能做喷泉实验?

(2)喷泉实验成功的关键是什么?

【计算探讨】

在喷泉实验的装置中,假定烧瓶容积为250ml,玻璃导管顶端到烧杯液面高度H为35cm,胶头滴管B能挤出0.5ml水,则在0.5ml水中要溶解多少体积的气体,水才能从导管尖嘴喷水?

【得出结论】

(1)常温下:气体的溶解度大于或等于17,就能做成喷泉实验。

(2)喷泉实验成功的关键是减小瓶内压力。

【拓展】

减小瓶内压力,除了气体溶解于水外,还可采用哪些途径?

分析讨论得:还可采用气体与溶液反应或物理方法来实现。如气体为CO2、溶液为NaOH;在烧瓶外包冰块,通过降温而使压强减小等。

【创新应用】

以上讨论的喷泉实验,都是由于容器内压力小于大气压造成的,那么反过来能否形成类似喷泉实验呢?

学生通过讨论、分析设计出了相应装置。

将定性实验改为定量实验,需要学生积极运用已有知识,从多角度、多方位、多层次地进行创新分析,用尽可能多的方法来设计实验方案,并对各方案从操作的可行性,实验结果的准确性进行分析评价,选择最佳方案,可培养学生思维的深刻性。

四、将定性实验改变为探索性实验,强化学生创新能力

对课本上的演示实验、学生实验进行改变,变定性实验为探索性实验,结合实验层层设问,创设培养创造性思维的环境。实验→观察现象→分析、推理→结论。如在“原电池”教学中,将教材上的演示实验改为学生分组实验,并将实验的过程设计如下:(1)分别将锌片、铜片插入稀硫酸中,观察铜片、锌片上的现象;(2)用导线将锌片和铜片连接并插入稀硫酸中,观察锌片、铜片上的现象;(3)在导线上连接灵敏电流计,观察电流计指针的偏转方向;(4)用干电池与灵敏电流计连接,确定电子流动的方向。 围绕实验现象创设以下问题情景:(1) 电子为何从锌片流向铜片?(2) 铜片上为何有气泡产生?该气体是什么气体?为什么会产生这种气体?(3)锌片的质量有何变化?(4)从氧化还原反应的观点分析两极上发生的变化?(5)从能量转化的观点来分析原电池是何种装置?(6)原电池的正负极如何判定?围绕上述问题,引导学生对实验提供的感性材料进行分析和综合,抽象概括出原电池的工作原理、装置特点、能量的变化,并最大限度地调动学生敢想、善思、勇于创新,联系实际提出下列问题:(1)为什么粗锌比纯锌与稀硫酸的反应速率快?(2)电工操作中规定:不能把铜线和铝线拧在一起连接线路,试分析其原因?在实验的过程中,发挥学生的积极性和主动性,激发学生的求知欲,教学中这种情景的出现会引起学生的思考和探究行为,是培养学生创新思维能力的原动力。这样既发挥了学生的联想能力和知识迁移能力,也增强了学生的创新意识。

总之,化学实验是中学化学教学内容的基础和核心,是培养学生创新精神和实践能力的重要途径。在教学中,通过精心设计化学实验,把探索性实验作为启发学生学习兴趣,引导学生进行探索问题、解决问题的重要手段,这样,学生的创新能力和实践能力就会得到提高,为学生以后走向社会、走向工作岗位打下了坚实的基础。