大学化学实验对学生思维能力的培养

2014-02-06曹晓群姜洪丽林晓辉

中国现代教育装备 2014年11期

陈震曹晓群姜洪丽林晓辉

泰山医学院化工学院山东泰安 271000

化学是一门以实验为基础的自然科学，化学课程的教学不仅要使学生掌握物质的组成、结构、性质及变化规律等基础知识，还要培养学生的化学实验操作技能和化学思维能力。化学思维能力是在对化学事物的感知、知觉、表象基础上，间接地概括地认识物质及其组成、结构、性质和相互转化以及运用获得的化学知识构思、拟定化学实践计划、方案的能力[1]。化学实验是现代科学研究中，认识主体获得直接的感性经验和事实材料的根本途径和重要手段，是检验和发展假说的实践基础，是使化学科学知识达到真理标准的基本方法[2]。我国著名化学家戴安邦指出：“只传授化学知识和技术的化学教育是片面的，全面的化学教育要求既传授化学知识和技巧，又训练科学方法与思维，还培养科学精神和品德，学生在化学实验中是学习的主体，在教师指导下，进行实验，训练用实验解决化学问题，使各项智力皆得到发展。”[3]然而在实际的教学活动中，很多教师对化学实验存在误区，在教学中只注重知识的传授和操作技能的锻炼，忽视了思维能力的培养，这不仅不利于调动学生的学习积极性，也不利于学生在智力上的充分发展。思维能力的培养是成为素质全面的创新型人才的非常重要的环节，在大学的实验教学中，教育工作者可以也有必要采取多种措施促进学生的思维活动。

1 利用有趣的化学实验现象和与生活相联系的实验内容激发学生的思维兴趣

在配位化合物的教学中，如果只有理论教学，缺少相对应的“配合物的生成和性质”实验就会显得比较枯燥。在“配合物的生成和性质”实验中，学生可以自己制得深蓝色的硫酸四氨合铜沉淀，把血红色的异硫氰合铁配离子转化为无色的六氟合铁配离子再转化为黄绿色的三草酸合铁配离子，这些有趣的实验能在人的大脑中留下深刻的印象，刺激大脑积极思考。当思维活动变得活跃时，不仅使知识的记忆变得容易，而且进一步探索和创造的想法也容易出现。很多化学实验可以和生活联系起来，如“油脂的提取和肥皂的制备”“乙醇的蒸馏和沸点的测定”等实验都可以和生活中的现象、知识结合起来进行教学。在“乙醇的蒸馏和沸点的测定”实验教学中，教师可以介绍中国古代的酿酒和大名鼎鼎的“二锅头”。古代酿酒时采用分段取酒的方法，《本草纲目》中所说的“头烧酒”就是蒸馏时首先流出来的酒。古代取酒，一般为二段取酒，头烧酒质量较好，第二段取的酒，质量明显较差。可以提问学生为什么会这样？这样的教学会给学生留下深刻的印象，有利于学生积极思考和掌握混合液体蒸馏的原理。还可以这样提问学生：如果穿越到古代，你怎样用你掌握的化学知识和技能发家致富？喜欢穿越小说的学生听到这样的问题更是兴致勃勃。

2 设计问题，让学生在实验中积极思维

在合适的问题情境中，学生思维的积极性容易被调动起来。教师提出问题后，可以让学生先作一番思考，必要时教师可适当的启发引导。教师的启发要遵循学生思维的规律，因势利导，循序渐进。实验教师不需要也不应该在实验前的教学中把实验结果告诉学生，而应该以问题的形式提醒学生在实验中注意观察哪些现象，为什么会出现这些现象。这样不仅有利于学生进行认真和有目的的实验操作，也有利于调动学生进行积极和深入的思考。如果不做这样的设问启发，很多学生的实验会成为无目的的“照方抓药”。当把实验过程变成一种探究活动后，实验将变得生动有趣，这样的“发现式教学”更符合学习规律。这正如英国著名教育家斯宾塞所指出的，“在教育中应该尽量鼓励个人发展的过程，应该引导学生进行探讨，自己去推论，给他们讲的应该尽量少些，而引导他们去发现的应该尽量多些”。

在“常压蒸馏和沸点的测定”实验中，可以让学生对比蒸馏95%的乙醇和50%的乙醇的不同。实验前，教师可以提出如下问题：这两个蒸馏样品的温度时间曲线会有什么不同？最后停止实验时哪一个温度计的读数高？开始有液体蒸出时哪一个温度计读数高？为什么会这样？很多学生在实验前并不知道答案，这个实验就变成了一个积极探索的过程。

3 指导阅读实验教材，引导思考实验方案，分析实验原理

很多高校的化学教师认为大学的化学实验教材不是原始的实验文献，在进行简单的讲解后，学生结合教材的描述能够明白实验的原理和过程以及具体操作，这实际上是高估了学生的实验水平。目前我国很多高中没有安排化学实验操作，这使得很多学生无法从实验教材的描述中了解实验的具体操作。因此，实验前要让学生做好充分的预习，认真分析教材中的每一句话，想象自己在实验中应该拿什么样的仪器，进行怎样的操作，为什么要这样操作。对于基础较差的学生，教师可以在关键点上进行启发。如“酸碱标准溶液的配制和标定”实验，教师在布置学生预习时可以提示学生思考这些问题：移取25.00 mL的溶液应该用什么仪器？是量筒还是移液管？为什么？配制近似浓度为0.1 mol/L的酸碱溶液和标定用的碳酸钠溶液所用仪器有何不同，为什么？这样的阅读指导，有利于实验基础差的学生进行思考，可以帮助他们理解实验的过程和原理，也有助于他们思维能力的培养。

在实验课前的简要讲解中，教师也可以提这样的问题引导学生思考，如“黄连素的提取”实验中，可以问学生乙醇回流抽滤合并滤液和利用索式提取器这两种操作有何不同，哪一种实验方案操作更简单；在“乙酸乙酯的制备”实验中，可以问学生教材中除杂步骤里的碳酸钠洗涤、食盐水洗涤、氯化钙洗涤的各步目的是什么。实验教材中虽然有这些实验步骤，但很多学生缺乏“学而思”的学习态度，需要教师做进一步的引导。

4 利用实验中的异常现象引导学生思考

大学化学实验课中因为实验项目存在非控制性因素和学生操作失误，实验结果有可能和预期结果存在偏差，出现不同程度的异常现象，甚至会导致实验失败。在出现这些问题时，很多学生会选择重做实验，而不是认真分析异常现象出现的原因并找出对策[4]。

“乙酸乙酯制备”是一个常规实验，在乙酸乙酯的粗品精制中，需要在馏出液中加入饱和碳酸钠溶液以除去乙酸乙酯粗品中的酸，但在这个实验中常有学生在加入饱和碳酸钠溶液后发现液相中出现了沉淀。这个现象的出现往往是因为学生没有严格按照教材的要求进行操作，将量取的饱和碳酸钠溶液一次性加入到馏出液中导致的。此时，教师可引导学生思考：这里的沉淀可能是什么物质？是什么原因造成的？现在怎样操作可完成本次实验？学生通常能回答出最后一个问题：过滤除去沉淀，继续进行实验。但对前两个问题却不知晓。教师此时可以提示学生：易溶的碳酸钠、碳酸钾相对应的碳酸氢盐溶解度较低，20 ℃时碳酸氢钠的溶解度不到碳酸钠溶解度的一半。这时学生通过思考就可以分析出为什么自己的实验出现了沉淀而慢慢加入饱和碳酸钠溶液并振荡的同学则没有出现异常。这种解决疑惑、寻找问题根源的学习过程，加强了学生对科学知识的掌握，有利于探究思维能力的形成和科学态度的培养。

5 利用开放性实验拓展学生的思维

现在很多大学为学生开设了开放性实验，这些实验有的可以让学生了解和使用一些新型仪器，有些是教学实验的拓展，还有些则与教师的科研相结合。开放性实验内容可以多种多样，能开阔学生的视野，有利于调动学生的激情和创造性[5,6]。开放性实验也往往比普通的课堂实验更复杂，这些实验训练能够进一步锻炼学生的操作能力，同时也可以拓展学生的思维能力。

我校曾为药学等专业的学生开设芳基吡唑腈的合成实验。学生作为教师的科研助手完成相关操作后往往很困惑，完全不了解反应物是如何转变为产物的。但在教师引导和启发下，学生能够理解反应有可能经历了酯的水解、脱羧、加成、环化等过程。学生在完成这一综合性实验的过程中，不仅实验技能得到了多方面的训练，而且通过对反应机理的苦思冥想、纸上推演、资料查阅等锻炼了综合应用所学知识解决问题的能力。对于掌握了扎实的化学知识，具备了较高的实验操作能力的学生，教师还可以鼓励他们开展探索性实验，通过自己查阅资料提出实验方案，再通过实验操作加以验证。化学思维能力中最重要的是用获得的化学知识和经验来构思、拟定实践计划和方案的能力，而这一点在普通的教学实验中是很难实现的，只有开放性实验才能提供这样的机会。