依托化学实验培养创新精神

【名师档案】

李德前，江苏省特级教师，从事初中化学教学31年。徐州市中小学教学研究室初中化学中心组成员，江苏省中小学实验教学研究中心特约研究员，教育部“国培计划”专家库第三批人选。1999年参加化学优质课评比获省级一等奖，2012年参加中国化学会组织的现场赛课获全国一等奖。近10年来，主持和参与7项市级以上课题研究，两次获得江苏省教学成果二等奖；在省内外开设讲座和示范课近30次，其中为“国培计划”讲座7次；在《江苏教育》《化学教育》《化学教学》等刊物上发表论文60多篇。

30年前，我刚从事化学教学时就备加喜爱实验教学，当时虽然工作在偏僻的乡村学校，但我以化学实验为抓手，激发了学生学习化学的兴趣，提高了他们的化学成绩。进入21世纪，素质教育的浪潮滚滚而来，此时我参加了首批中学化学骨干教师国家级培训，在导师的指导下，认识到“实验教学不仅要提高学生的应试能力，更要培养学生的创新精神和实践能力”。从此，注重依托化学实验开展创新教育，取得了显著的成效。

一、在实验中引导学生享受，营造创新的氛围

中学化学实验充满魅力，是学生发现化学美、体验真科学的大舞台。不管是欣赏奇妙的实验现象，还是感悟简洁的实验结论，或是体验成功的实验设计，都能让学生产生学习的愉悦，成为学生学好化学、渴望成功的动力。在每带一个新班级的第一堂化学课上，我都会设计简捷、有趣、神奇的小实验，比如用酚酞试液在白纸上写下几句顺口溜，写好后将其放在浓氨水瓶口，白纸上很快就出现了红字：“化学是个创造家，无中生有众人夸，点石成金是假话，变废为宝需要它。”或表演一个化学魔术，如滴水生烟、水火共容、自吹自擂、水往高处流、于无声处听惊雷等，实验现象常常让学生兴奋不已，因而点燃了学生期待学习化学、渴望学好化学的激情。

化学教学要重视引领学生关注化学实验的内涵，而不仅仅是停留于造型与声光色上，从而激发学生为巧妙的设计而折服，为出乎意料的现象而惊喜，为简明扼要的规律而赞叹，进而为探索物质世界的奥秘而愉悦。比如利用长柄V形玻璃管，将“火柴头爆炸”实验与“检验二氧化硫”实验组合，只要微热火柴头，火药就会爆燃，同时左边的橡皮塞被爆飞，紫红色的高锰酸钾溶液褪色。这个巧妙的组合实验，体现了化学实验的内涵美和创造美。

二、在实验中引领学生探究，把握创新的途径

化学实验是学生从事创造性活动的重要途径和手段。当学生具备了一定的基础知识和操作技能后，教师可以适时开展实验探究活动，通过真实直观的探究情境，引发学生产生认知冲突，激发学生探究欲望，引领学生通过理论探讨、实验验证、反思与评价、表达与交流等方式，提升化学素养。例如在教学“碳酸钙”的内容时，可以做如下的实验探究活动。

问题情境：2008年汶川大地震后，正通过“宝成铁路”109号隧道的一列运送燃油的火车脱轨并燃起大火，救援人员历时两天终将大火扑灭。但是火烧水浇，严重破坏了原本坚固的隧道，造成这段铁路只好重新选线。

提出问题：为什么火烧水浇会破坏石灰岩隧道呢？

学生猜想：石灰石在煅烧、浇水后会发生化学变化；产生的新物质不再具有坚硬、难溶的性质。

实验验证：（1）用锤子用力敲打一块石灰石，不易破碎；将这块石灰石投入水中，不溶。（2）再取一块与上述大小一样、质地相同的石灰石，将其在酒精喷灯上灼烧1～2分钟；冷却后用锤子轻轻敲打，立即变碎。（3）将敲碎的白色固体放入水中，又“粉身碎骨”；再向其中滴入几滴酚酞试液，立即变红。

拓展反思：（1）我国古代劳动人民很早就知道利用火烧水浇的方法开渠、修路，如李冰修建都江堰、张九龄开凿梅岭古道等。请学生写出有关的化学方程式。（2）传统的奇石加工，多采用机械凿磨的方法，这不仅费力劳神，且产品不易达到要求。若用氧炔焰灼烧石灰岩表面，则能随心所欲地将石头打造成理想的形状。这其中包含了哪些化学原理？

学生经历了知识的形成过程，提升了实验能力，增强了探究意识。还可以将实验探究延伸到课外活动中，通过寻找实验替代品，指导学生设计并演练一些因地制宜、联系实际的探究活动，如检验地窖里二氧化碳的有害浓度、探究暖宝宝的成分、验证深水炸弹糖里产生二氧化碳的物质、制作番茄电池等。

三、在实验中倡导学生质疑，培养创新的思维

明朝学者陈献章说：“学贵质疑，小疑则小进，大疑则大进；疑者，觉悟之机也。”陶行知说过：“发明千千万，起点是一问。”法国化学家拉瓦锡建立的“氧化说”，中国近代化工专家侯德榜发明的“联合制碱法”等，无不起源于“疑问”。所以，质疑是除旧布新的桥梁，是发明创造的先导。

每一个化学实验都包含仪器装置、实验原理、操作流程、实验现象、实验结论等，这些都是质疑的对象、问题的源头、创新的起点。在实验教学中，教师要有意识地示范质疑，使学生愿意问；有目的地教给学生质疑的方法，使学生会问；注重创设问题情境，使学生想问；倡导学生不迷信权威，大胆发表不同见解，使学生敢问；引导学生自主寻找实验中的疑问，使学生善问。

在做“测量空气中氧气的体积分数”实验时，可以引导学生思考如下6个问题：（1）实验前，为什么要检查装置的气密性？（2）实验中，乳胶管上为什么要夹个弹簧夹？（3）红磷为什么要过量？（4）为什么不能用木炭代替红磷？（5）实验结束，为什么集气瓶里能吸入约占其容积1/5的水？（6）读数时，为什么集气瓶与烧杯里的水面必须持平？学生明晰了这一系列问题，不仅摸清了这个实验的来龙去脉，也提高了学生的思维层次。围绕化学实验的质疑，不仅要求学生“知道为什么”，还要注意启发学生从身边“发现为什么”，如游泳池里的水为什么是蓝色的？铁制品锈蚀的速率为什么夏天比冬天快？烤羊肉串为什么使用木炭而不用煤炭或焦炭？银碗盛放马奶为什么不易腐坏？等等。只要学生的学习是在生疑和质疑的循环往复中，是在发现问题、提出问题和解决问题的矛盾运动中，那么学生就会积极思维、主动探究、追求创新。

四、在实验中鼓励学生创造，熟悉创新的技法

教师在实验教学中要重视让学生参与化学实验的改进，要利用学生喜爱化学实验的心理，引导学生由观察现象到动手操作，进而上升为质疑创新。实验创新首先要从课题的选择开始。在完成课本实验的基础上，引导学生理性质疑，分析哪些实验不够合理需要改进，哪些仪器可以使用替代品，哪些地方还可以增加实验等。通过思维碰撞、信息搜集，从而捕捉实验创新的最佳课题。教师可以运用缺点列举法、组合法、移植法、替换法等，指导学生开展实验创新活动。

例如课本上“探究微粒运动”实验，就有如下明显的缺点：（1）用3个烧杯进行实验，装置不能固定，操作不方便。（2）氨水用量大，且氨气极易大量逸出。师生探讨，得出三次改进的思路。第一次：（1）将浓氨水装在细口瓶里，将酚酞试液固化（滴在纱布条上）后装入玻璃管。（2）用导气管将细口瓶和玻璃管连接起来，并在导气管上增加开关（内含玻璃球的软胶管），以控制氨气的运动。这样不仅操作方便，只要轻捏乳胶管内玻璃球，纱布条就会从下往上逐渐变红，而且绿色环保，便于连续使用。第二次采用缩小省略法改进：（1）把盛有浓氨水的细口瓶与盛有酚酞纱布条的玻璃管，压缩为一个广口瓶。（2）在广口瓶里盛适量的浓氨水，在单孔橡皮塞反面固定酚酞纱布条。（3）将上述实验用品上下组合。学生很快就能看到酚酞纱布条逐渐变红，从而说明分子不断运动。这样操作更简洁。第三次：利用数字传感器探究微粒的运动性，将氧气（或二氧化碳）传感器的探头，放入敞口正立的充满氧气（或二氧化碳）的集气瓶里，数据采集器上就会直观显示氧气（或二氧化碳）浓度不断下降，从而说明氧气（或二氧化碳）的分子在不断运动。这样也体现出实验走向了现代化的方向。

鉴于中学生有限的认知水平和知识储备，教师在实验创新活动中应该采取边扶边放的策略，既适时指导和服务，又敢于放手，并注意及时倾听学生的意见，力争实验设计科学，装置组合简洁，实验操作简单。

（作者单位：江苏省徐州市西苑中学）