创新化学实验教

　　摘 要： 无论是教师课堂演示还是学生实验，只要采用合适的教学方法，就能唤起学生强烈的求知欲，进而培养学生的学习兴趣，增强学生的探究能力，将“苦学”变为“好学”、“乐学”，这正是当前高中化学新课程改革所追求的教学理念。本文从把验证性实验改为探索性实验，培养学生的探究能力；彰显实验探究的过程性，培养学生的猜想能力；增加设计性实验，培养学生的创新思维能力；探索实验异常现象，提高学生的问题解决能力等方面探讨了创新高中化学实验教学，培养和提高学生能力的问题。
　　关键词： 高中化学教学 实验教学 化学能力法
　　
　　“以实验为基础”不仅是化学学科的基本特征，而且是化学教学的基本特征。直观感性的实验现象，可刺激学生的学习兴趣，启迪学生的思维，开拓学生的创新精神。这样的刺激最好是新鲜生动的，而不是学生通过自己的预习已经设想好的或教师直接告知的。如果灌以生硬的结论和充满符号的题目游戏，化学课就会变得索然无味。教师应积极创造条件，让学生有更多的机会在实验探究活动中来学习化学；通过典型的化学实验，帮助学生认识物质及其变化的本质和规律；利用化学实验，帮助学生了解化学概念、化学原理的形成和发展，认识化学实验在化学学科发展中的重要作用；引导学生综合运用所学的化学知识和技能，进行实验设计和实验操作，分析和解决与化学有关的实际问题，促进学生学习方式发生转变，使学生的创新精神和实践能力得到培养。
　　一、把验证性实验改为探索性实验，培养学生的探究能力
　　在现行的实验中，许多实验是验证性实验，学生只是为了获取知识而去观察，始终处在观众的位置上，只是实验的旁观者，结果的接受者，思维被牢牢地束缚，不能够积极、主动地去思考，同时，由于思考的被动性，对于部分实验细节无法全面感知，准确描述。教师把一些验证性实验改为探究性实验，就可以让他们在探究的过程中迸发出创新的火花。例如，在学习原电池的原理时，首先演示“番茄原电池”（由铜片、锌片、导线、音乐卡和西红柿组成）趣味实验。设问：这个简单构造为什么能使音乐卡发出声音？在激发学生探究欲望的同时，鼓励学生讨论并质疑：音乐卡发声肯定有电流通过，电流从何而来，若用茄子或黄瓜代替番茄行不行，直接用稀酸代替番茄效果是不是更好，什么原理？通过对这些问题的讨论，引导学生积极思维，大胆想象，使学生始终处于探究之中。增强实验的探索性，不仅可以有效激发学生的学习兴趣和求知欲，而且可以帮助学生经历认识规律的过程，为模拟科研思路奠定基础。
　　过多的验证性实验使实验成为知识灌输的附庸和点缀，严重影响了学生学习的积极性和学习质量。实验既是探究的基本环节，又是探究的有效载体，让学生通过实验来认识物质、学习化学是落实课程目标的有效途径。新课程从“提高学生的科学素养”出发，倡导“从实验中学习化学”。苏教版教材设置了“观察与思考”和“活动与探究”等栏目，旨在为学生提供更多的实验探究的机会。在“蛋白质”的教学中，为研究蛋白质的性质，可以设置以下实验进行探究：
　　实验1：取两支盛有新鲜鸡蛋白的试管，分别加入蒸馏水及饱和硫酸钠溶液。
　　实验2：取3支试管，各装入3mL的鸡蛋白溶液，一支加热，一支加入少量乙酸铅溶液，另一支加几滴浓硝酸溶液后微热。
　　实验3：用两把镊子分别夹一小块凝固的蛋白质与一根头发或一根棉纱线，在酒精灯上灼烧，闻其气味。
　　在化学教学过程中，我们可将这样一些典型的验证性实验改为探索性实验，让学生在直接参与知识形成的过程中，亲自体验通过实验探索规律的乐趣。当然，在探究过程中要讲究方法，有时教师需要加以恰当的引导。比如观察探究镁与二氧化碳反应的产物，学生很容易观察到瓶口的白色物质，却往往忽视了集气瓶上有黑色的碳。老师没办法，只能强调提示学生仔细观察一下“瓶壁”，再或甚至直接问“瓶壁上有没有看到黑色的物质”这种实际已经给出答案的问题。如果这时引导学生从“质量守恒”的角度来检验反应物各原子的变化情况，氧元素和镁元素在产物中都有了，而碳元素还没确定，再来进行观察集气瓶，就不难发现瓶壁上黑色的碳了。
　　二、彰显实验探究的过程性，培养学生的猜想能力
　　没有大胆的猜测，就做不出伟大的发现。探究性实验提供了培养创造能力和创新思维的最佳条件。因此，在实验教学中，教师应通过问题的设计，悬念的制造，营造问题情境，引导学生进行积极的探索，让学生主动地设疑、猜想、寻求解决问题的最佳答案，促进学生的动手与动脑相结合，释放潜能，大胆质疑，发散思维，最终克服困难，解决问题，在体会成功快乐的同时完成潜能的激发和创新意识的培养。如在学习白磷性质时，完成教材中的教学任务后，可引导学生设疑猜想：“怎样让白磷在水中燃烧？”学生分析讨论后，老师演示：将氧气通入盛有白磷的热水中，伴随着氧气的通入，白磷开始在水下剧烈燃烧，黄色的火团在水中上下翻滚，缕缕白烟在水面上四处飘荡。学生完全沉浸在美妙的实验现象之中。这时及时启发和引导、归纳，将观察到现象的喜悦之情转化为探索未知知识的动力，可强化学习的动机，增强学习兴趣，激发创新意识。
　　同一类事物可能具有相同的性质，根据化学现象和资料的某些重要特征，通过分析现象、整理资料也是形成猜想的一种途径。如在“盐类的水解”的教学中，为了探究不同溶液的酸碱性，我们引导学生先对物质进行分类，然后根据已有的知识或认识进行猜想，然后进行实验验证，从而认识“谁强显谁性”的水解结果。
　　对不同类型盐的水溶液酸碱性的猜想：
　　在学生进行猜想时，教师要适当地鼓励学生大胆地猜想，同时要引导学生回忆与猜想有关的已有知识，帮助学生将已有的知识与在猜想中获得的新知识整合起来。在验证后，还应要求学生将事实和原先的猜想进行对照和分析，从而增强学生批判和反思的能力。总之，创新实验可突破学生的思维定势，不仅使学生对知识印象深刻，而且整个课堂充满活力，学习的兴趣和创新的动力能得到充分的发展和培养。
　　三、增加设计性实验，培养学生的创新思维能力
　　照方抓药式的实验能提高学生熟练操作的程度，但不能培养学生的创造性思维能力。以实验引导探究，不仅能创造条件让学生多动手参与实验操作，而且能努力发挥化学实验在探究学习中的作用，激励学生参与实验的设计，引导他们通过实验去发现和探究解决问题的方法，从而在实验探究中培养学生的科学素养，使他们的学习方式实现由被动接受向自主探究的变革。例如：必修1《溶液的配制及分析》，将P23的问题解决改为探究性实验问题。生的思路的前提下，让同学们深入思考，找出这种设计方案的不足之处，最好亲身实验让同学们观察思考，当两种物质混合后，其体积就大于100ml了，不能满足要求，并对操作过程进行改进（即引入容量瓶）。
　　引导学生设计化学实验，有利于培养创造性思维的“多向选择性”。例如在“乙醇”一节教学中，通过探究教学方法，理论上推导出乙醇的结构之后，我要求学生设计一套实验装置，验证1摩尔乙醇与足量钠反应放出11.2L氢气（标况）。鉴于学生现有的认知水平和实验技能，独立设计实验确有难度，因此，允许学生小组讨论并设置两个问题予以引导：（1）如何测定参加反应的乙醇的物质的量？（2）如何测定生成氢气的质量或体积（常温常压）？
　　集中学生的方案之后，挑典型的予以分析。第一个问题较简单，学生提出的方案有：①量一定体积的无水乙醇倒入放有钠的烧瓶中。此方法一提出，马上有同学认为不科学，因为乙醇倒入烧瓶中立即跟钠起反应，部分气体因而从瓶口逸出，会增大实验误差。②用针筒穿透橡皮塞注入一定体积无水乙醇到烧瓶。虽然有同学认为用针头穿透橡皮塞有难度，但总体讨论此方法可行。③用分液漏斗滴加乙醇，通过称量分液漏斗在滴加乙醇前后的质量差，来确定乙醇的物质的量。这种方法也得到大家的一致认可。但是，考虑到实验室现有的仪器，最后选择了第三种方案。第二个问题是关键，学生提出的方案有：①将氢气通入加热的氧化铜，通过称量反应前后固体的质量差计算氢气的量。这种方法马上遭到反对，理由是操作复杂且氢气不易完全反应。②用气球收集气体，然后根据气球的排水量测定气体的体积。这个方案有个缺陷：由于气球的张力，气球内部气体的压强大于常压，会引起误差。③用排水集气法集气体于集气瓶，反应完毕后用玻片盖住瓶口翻转集气瓶，称量，再将集气瓶加满水，称量，从两次质量差测出氢气的体积。第三种方案被大家所认同。至此，同学们似乎认为已经设计出最佳方案，这时我提问：有没有在操作上比这个方案更方便的呢？同学们都愣住了，不知道从何处着手。这时提示：能否设计一装置，直接测量出被气体排出的水的体积？有同学联想到将气体反方向通过洗气瓶，洗气瓶就变成了贮气瓶时，茅塞顿开，因为贮气瓶中所排出的水的体积正是反应生成的氢气的体积。
　　
　　从上面的例子可以看出，设计化学实验要求学生具有多种思维能力，特别是：①“发散思维能力”，即在一个问题面前，能提出多种设想；②“创优思维能力”，即在众多的选项面前，很快找到最佳答案；③“转向思维能力”，即思维在一方面受阻时，马上转向另一方面。同时，在设计过程中，各种思维能力又能得到显著的提高。由此可见，设计型化学实验有利于培养创造性思维的“多向选择性”。
　　四、探索实验异常现象，提高学生的问题解决能力
　　无论是教师课堂演示还是学生实验，由于种种原因，有时会出现一些与预料的正常实验结果不相符合的现象，其中有颜色变化的异常，生成物气味的异常，事故发生的异常，等等。从传统的眼光看来这些情况是实验的失败，但从另一个角度看这可能是好事，它可以转换成为我们培养学生创新精神和实践能力的宝贵资源。例如在做原电池实验时，除了铜片上有大量气泡产生以外，作为负极的锌片上也会有较多的气泡生成。这种现象会引起学生强烈的好奇，可以引导他们课后去探索，其实是由于锌片不纯，含有C、Fe等杂质，且金属表面粗糙，容易产生微小电池，而使氢的超电压减小，最终使得一部分氢气在锌表面析出。这样就能拓宽他们的知识面。
　　化学实验中的意外现象、学生生活中遇到一些化学问题，都是进行探究的好素材。教师若能坦然面对，将问题直接暴露在学生面前，因势利导，促使学生去思考、去提问，组织学生探究实验异常甚至失败的原因，从实验中发现问题、解决问题，就能收到意想不到的效果。例如探究“酸与铝的反应”：
　　又如按化学必修1中P92实验3的图4—6进行实验时，发现当实验刚做完后出现了问题：如果先撤去酒精灯，品红溶液会发生倒吸现象，导致浓硫酸试管破裂；如果先将导管从溶液中拿出，SO又会污染空气；当时在上课时，我迟疑了数分钟，并且把问题抛给了学生，让学生来一起思考探索。最后脑海里跳出了一计：只要将品红溶液中的长导管拉出液面，再将酒精灯撤去，就可很好地解决防倒吸和防污染的矛盾。可见，若能抓住对异常现象原因的探索，充分发挥其教学功能，合理解释异常现象，尽管这些做法本身不是什么发明创造之举，但却是培养学生创造性思维的好题材，同时也可培养学生积极学习的兴趣。
　　因此，教师应通过认真地思考，大胆地创新，积极地改进实验装置和操作，简化复杂的实验过程，提高实验现象的可观性，或设计一些教材所没有的又易于完成的课堂实验，让学生在新奇中产生兴奋，积极探索、研究问题，而不是像在看已知谜底的蹩脚的魔术表演，毫无兴趣可言。在高中化学新课程教学中，教师要准确把握“以实验为基础”这一学科特征，创新实验教学，充分发挥实验的教学功能，培养和提高学生的各种化学能力。
　　
　　参考文献：
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