例谈如何运用中学化学实验培养学生的创新能力

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  创新是当今社会的一大主题,也是一大难题,创新不仅关系到个人发展,还关系着整个国家的未来。因此在新课程改革的背景下,创新应该放在第一位。下面我就结合“化学是一门以实验为基础的科学”的学科特征以及教学中的几个实例,谈谈在中学化学实验教学中培养学生进行实验创新教学的尝试与体会。
  一、在实验装置微型化方面培养学生的创新能力
  在能看清楚实验现象的前提下,实验装置小了,自然用到的药品也就少,节约了药品,还可减少对环境的污染;对有危险性的实验,还可使实验的危险性降低。学生可以自行设计实验方法,甚至可以自己制作实验装置。这可以很大程度地激发学生的学习兴趣,培养学生的创新精神。例如,水和酒精混合体积变化的实验。我就让学生自己设计实验方法,自己选用实验器材,前提是实验装置微型化。学生想到了好多办法,来使这个实验微型化:有的想到用胶头滴管做实验装置;有的想到用实验室最小的量筒;有的自己带来小注射器做实验装置……其中用注射器做这个实验,效果非常好(注射器去掉针头,最好不要超过5ml,否则就起不到实验装置微型化的作用)。先在注射器中吸入2ml 水,再吸入2ml 酒精,用拇指堵住注射口,摇动注射器,先看到有好多很小的气泡产生,然后很小的气泡变成小米粒大小的气泡,最后气泡上升,在注射的顶端产生一段空隙。这个实验还可以用不同体积的水与酒精混合,来比较体积的变化。
  二、在实验思路逆向化方面培养学生的创新意识
  所谓逆向思维即沿着事物的相反方向,用反方向探求的思维方式对现有的实验设计进行逆向思考,从而提出新的实验设计的方法。
  (一)运用逆向思维改进实验
  例如,在做乙醇在铜作用下发生催化氧化反应时,一般的做法是:把下部绕成螺旋状的红色铜丝先在酒精灯的外焰上烧黑,然后趁热迅速伸入装有适量乙醇的试管中,铜丝又变红色。反复多次,闻试管中乙醛的刺激性气味。学生们在做这个实验时,发现乙醛的气味总是受乙醇的影响,不易闻到。我就鼓励学生用逆向思维的方法,思考怎样做既能明显闻到乙醛的刺激性气味,又可以节约药品。我给学生提供了铜的燃烧匙、铜丝,让学生自己找出最佳的实验方法。一开始同学们做这个实验时,是把酒精直接滴到烧黑的螺旋形铜丝上,发现酒精在烧热的铜丝上呆不住,几乎不能反应。后来采用铜制的燃烧匙,把铜燃烧匙放在酒精灯的外焰上烧黑(若不易烧黑,可在稀硝酸稍浸一下)。用胶头滴管滴入一滴乙醇,立即看到乙醇液滴伴随着“嗤嗤”的声响在燃烧匙中晃动,且不断缩小,同时能闻到一股明显刺激性气味,乙醇液滴所到之处又恢复铜的红色。无疑,学生们逆向改进的这个实验不仅节约试剂,而且现象明显,更科学、合理。
  (二)运用逆向思维创新实验
  例如,在做钠与水反应的实验时,我们会观察到钠投入水中能放出巨大的能量使自身熔化,甚至能使周围产生的氢气在水面上燃烧。这个实验现象明显,效果也不错。但我为了培养学生的创新意识,并且不浪费在实验室的时间,就鼓励学生用逆向思维的方法,看看这个实验还可以怎么做,以证明这是一个放热反应。学生们很踊跃,有的用棉花包住一小块钠,后在上滴水,棉花燃烧了;有的把一小块钠放到酒精灯芯上,后向钠上滴一滴水,随着“啪啪”声响,酒精灯点燃了……
  三、在实验过程探究化方面培养学生的创新能力
  在实验教学的过程中,把一些验证性实验改为探究性实验,能够极大地激发学生探索奥秘的欲望和兴趣。边动手边动脑时,思维会处于一种兴奋状态,有利于挖掘学生的潜能,培养学生的创新意识,发展学生的创新能力。例如,在氯水的组成及性质的实验中即可采用探究实验的方法。在做实验之前,我先让学生推测氯水的组成、性质,并设计实验证明,在此基础上写出氯气与水反应的化学方程式。在只有课本做参考时,这个问题有一定的深度和宽度,但很多学生设计出了比较严密的实验方案。其中一个同学设计的方案如下:推测1:氯水中含有Cl2分子。实验:将氯水滴入KI-淀粉溶液中,出现特殊的蓝色。推测2:氯水中有H+,显酸性。实验:氯水使蓝色石蕊试纸变红。推测3:氯水中有Cl-。实验:在氯水中滴加用AgNO3溶液,有白色沉淀析出,再滴加稀HNO3,白色沉淀不溶解。推测4:氯水中含有ClO-,氯水可漂白有色物质,具有氧化性。实验:蓝色石蕊试纸在氯水中先变红后变白。推测5:若氯水中含有HClO,氯水会在光照条件下分解,放出难溶于水的O2 ,具有不稳定性。实验:日光照射盛满氯水的倒置的圆底烧瓶,有气体生成。结论:①氯水中含Cl2、HClO、H2O、H+、Cl-、ClO-分子。②氯水具有酸性、强氧化性、不稳定性。③氯气溶于水发生化学反应,生成HCl和HClO,化学方程式为Cl2+H2O=HCl+HClO。学生边做实验边证明自己的推测,并对各种推测作进一步的探索,很好地培养了学生的创新能力。
  四、尊重实验事实,敢于质疑
  课本上的实验,都是验证性实验,我们在做时,有时不见得出现和书上描述相同的实验效果。我们要培养学生敢于置疑的心态,不要因课本而束缚学生的想象力,当出现实验现象与课本不同时,要让学生以实事为基础,以科学态度对待。起码要让学生这样想:或者是我错了,或者是课本错了。的确,大部分时候是学生没有注意到实验细节,但不要因为这些就打击学生的积极性,要知道出现错误也是改正错误的有利时机,很多科学的突破就是因“错误”而产生。教师要鼓励学生不要因为自己的实验失败而气馁,激发学生继续学习的兴趣和劲头。
  培养学生的创新意识、创新能力有很多的途径和方法。通过做实验来培养,会让学生立刻体会到创新带来的成就感,得到成功的愉悦体验,进而激励他们继续探究的热情。如何通过化学实验更好地培养学生的创新能力,也是我们化学教师需要不断探索的课题。
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