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摘要：实验探究既是学生获取知识的手段与技能，也是培养学生科学精神与科学思维的重要载体。文章以人教版九年级化学“空气”等部分实验教学为例，介绍了如何进行实验探究教学，以及如何在探究教学中引领学生不走寻常路，启迪学生的创新思维，培养学生敢于创新、勇于创新的科学精神。
关键词：实验探究;创新意识;科学精神
文章编号：1008-0546（2019）10-0089-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.10.024
学生既是教育教学的对象，又是学习的主体，更是现实社会的成员之一。因此，叶澜教授认为，学科教学的最终目的就不仅仅是“为学生提供认识现实世界的理论知识”“更应为学生建设与改造现实世界进行思维与策略、方法与技巧上的训练，使学生形成特有的运算符号和逻辑工具”。
作为课程重要内容的化学实验，兼具趣味性、探究性、思考性、创新性于一体。因此，在平时的实验教学中，若结合不同的教学情境，适当地开展实验探究性教学，不仅可以让学生体验知识的产生与形成过程，在体验的过程中培养理性思维，获取分析问题、解决问题的基本技能，形成良好的思维方法，以学科思维发展推动知识学习，而且，在对实验方案的设计、评价、交流、反思的过程中，可以进一步增强学生的团队合作意识、客观公正的科学态度;实验方案改进的过程，既是对所学知识或能力的一次检阅，更是一次对学生创新意识的培养。下面，我们就人教版九年级化学“空气”的相关实验内容，与大家一起探讨如何基于实验探究与创新意识开展课堂教学。
一、挖掘素材，培养学生的探究能力与创新意识
化学学科起源于实验，又依赖于实验，化学实验大致可分为数据测量类实验、探究性实验，以及结论验证性实验。并非所有化学实验都有探究价值，唯有在教学的过程中，带着发现问题、解决问题的初衷，才能发现和提出极具探究价值的化学问题，并且借助于此，培养学生的综合发展能力，同时对原有实验进行进一步探究、客观评价，进行实验改进的设想，最终形成独立思考、敢于质疑和改进的创新精神。
具有探究价值的素材的挖掘可以是多方面的。在日常教学中，可以借助科学史话、资料卡片等形式加以渗透。如通过瑞利对稀有气体“氩”的发现史;借助波义尔、罗蒙诺索夫、拉瓦锡等对质量守恒定律的探究等，教育学生养成严谨求实的科学态度。还可以在概念教学中加以挖掘，如对于饱和溶液定义的教学，采用探究式教学，层层递进，让学生在不断的认知冲突中获取新知识。另外，对人教版初中化学教材中100多个课内外实验筛选后会发现，可以加以利用并培养学生探究与创新意识的实验还是很多的。
如人教版九年级化学第二单元《课题1空气》中有关“空气是由什么组成的”教学，如果按照正常的教学设计，可以让学生有一定的知识性收获，知道空气不是一种纯净物，是由氮气、氧气等气体组成的混合物，氧气约占空气总体积的1/5。但当多年以后，学生不再从事化学这一行业之时，有多少学生还记得化学这一学科？有多少学生还记得1/5这一数据？即使记得，又有什么特别的意义？思维能力是学生发展核心素养的重要组成部分，所以在此内容的学习中，孩子们学会的应该是从化学课程中获得基本的分析、解决问题的能力，以及在解决问题的过程中养成的尊重事实和证据、不迷信权威、独立思考、敢于质疑和批判的精神。对此部分实验内容，我是这样设计的：
【自主学习】自读教材，思考以下问题并交流：
1.日常生活中的哪些现象可以证明空气的存在？
2.空气中含有哪些物质？哪些事实可以证明它们的存在？
【活动一】感恩前辈，感悟方法
1.实验回顾：介绍科学家（拉瓦锡）对于空气组成的探究。
2.方法感悟：从拉瓦锡的实验中感悟其思路与方法，品味其严谨的科学态度。
3.客观评价：从拉瓦锡当时的时代背景，以及现代人的角度客观评价拉瓦锡实验的成功与不足之处。
评价1：迈出了从定性到定量这关键性的一步;
评价2：实验装置太复杂;
评价3：实验时间过长;
评价4：实验用品为汞，不安全、不环保;
评价5：现象可能不太明显;
评析与说明：踏着前人探究的脚步前行，不失为一种快速学习与成长的捷径，相信但不迷信权威又是科学研究以及学习必须具有的科学态度。通過讨论交流，对前辈的研究进行客观公正的评价，不仅是对前辈的尊重，更是自身进步的源泉所在，于是这就有了以下的“活动二”。
【活动二】实验模仿，学会超越
1.实验方案设计
要求：利用所学知识，以及所提供的实验仪器与用品（亦可使用生活中的器具替代），以学习小组为单位，借助小组的优势，参照拉瓦锡的实验思路与方法，设计出安全高效、简易可行的实验方案。
实验用品：集气瓶、烧杯、导管、燃烧匙、小木条（燃烧会生成二氧化碳）、蜡烛、铁丝（燃烧需要高浓度的氧气;生锈也能消耗氧气，但需要较长时间才能显现。）、红磷（可在空气中燃烧，生成白色五氧化二磷固体）、硫（可在空气中燃烧，生成二氧化硫气体。）
2.方案交流与评价
各小组设计方案的交流与互评。
3.分组实验
评析与说明：在学生们确定实验方案，并进行实验后，绝大多数选用红磷进行实验的小组汇报：所测氧气体积普遍不足空气的1/5，在对实验各环节逐一分析后发现，都没有明显的问题。“氧气的体积小于空气的1/5”属于系统误差，还是偶然误差？此时学生们又一次陷入迷茫：如若放弃对此误差的分析，科学探究也将失去其本真的意义，同时失去的也将是学生严谨求实的科学精神。因此，我增加了以下环节，将“再探究”实验作为“活动三”布置为课外实验加以完成。 【活动三】空气中氧气含量测定的再探究（课外实验）
1.查阅资料：
（1）当空气中氧气的体积分数降至约为7%以下时，红磷不再燃烧。
（2）常见的脱氧剂有铁粉等，常用于食品包装中的脱氧，减缓食品变质。
（3）铁粉脱氧的原理为铁与氧气、水同时作用，生成铁锈。为了加强铁粉脱氧的效果，常在铁粉中加入适量活性炭、氯化钠、水等物质。
2.实验方案的设计
3.实验结果反馈与交流
评析与说明：在后续教育教学的过程中，作为教者的我们，除了传道、授业、解惑，更要把严谨求实的科学态度与社会责任作为学生的基本素养加以培养，它是科学探究得以成功进行，以及学生敢于超越、敢于創新的重要保证。
二、批判接受，在实验改进中提高学生的创新素养
创新人才是国家的人才战略核心，创新不在于复杂，创新之本不在“创”，而是“生长” “发现”，创新的“生长”，首先要有创新的“种子”与培育创新的“土壤”。创新之“土壤”，完全可以借力课内外师生之间、生生之间的相互协作，充分优化并调动各方面资源的综合运用，发挥教师的指导作用、学生的主体作用、以及生生之间的优势互补，借助于小组内学优生进行补差，起到传、帮、带的作用，为创新创造优质的“土壤”。而创新“种子”的培育，可从创新精神、创新意识人手，有了创新意识，其创新就能不断地在“土壤”中“生长”，并“壮大”。
如：人教版九年级化学第五单元《课题1质量守恒定律》，其规律的得出，是借助于对红磷在空气中的燃烧、铁与硫酸铜反应、碳酸钠与稀盐酸反应、镁在空气中燃烧四个实验的对比、归纳并总结而得出的。
实验改进缘起：1.本节内容四个实验均用到了托盘天平，由于托盘天平误差较大，且调节时间过长，所以从实验精准与实验效率角度考虑，存在改进的必要。2.红磷与氧气反应的实验装置及操作较为复杂，而且玻璃管多次使用后容易堵塞，存在一定的安全隐患;同时该实验一般仅由教师演示，不太适宜于学生实验，从这个程度来看，既减少了学生实验的机会，又为其推广增加了一定的难度。3.碳酸钠与稀盐酸反应的实验设计，对学生一下子造成不守恒的假象，虽可以借此引导学生去加以分析，但总觉得跨步太大，如果能让学生真切地观察到这种不平衡背后的原因，并为后续的从定性到定量研究作准备，那岂不更好？所以在每周一次的兴趣小组活动中，我们引领学生对此处实验中的前三个，进行了如下改进尝试。
实验改进计划：
1.利用化学兴趣小组时间，借力师生、生生之间的协作共进关系，分析出教材装置的优点及不足之处，找出其可创新之处，作为创新改进的出发点。
2.以小组为单位进行实验创新方案的设计与评价。
实验改进过程：
经过全班同学的讨论，以下两种改进方案得到了全班的一致认可。
1.红磷燃烧实验的改进方案（如图1）：
（1）将托盘天平均改为电子天平，使称量更为方便、快捷。
（2）将少量红磷直接放在试管内，用橡皮塞塞紧，用烧杯稳定，并放在烧杯内称量，得质量为m反应前。
（3）实验时，将试管在酒精灯上稍微加热，红磷即可燃烧，看到明显的火焰与白烟，待试管冷却，再次放在烧杯中称量，得质量为m反应后。
（4）比较M反应前、M反应后的大小。
2.盐酸与碳酸钠反应的实验改进方案（如图2）：
（1）将托盘天平均改为电子天平。
（2）将反应容器改为试管，在试管口套一气球，实
验前将少量碳酸钠放在气球内，试管内盛放稀盐酸，然后放在烧杯内称量，得质量为m反应前。
（3）实验时，将气球内的碳酸钠倒入试管内反应，再次称量，得质量为m反应后。
（4）比较m反应前、m反应后的大小。
实验再改进：
针对部分同学的创新设计，有学生提出质疑：
（1）图1红磷燃烧时橡皮塞有可能会冲开;
（2）图2碳酸钠与稀盐酸反应实验中，同学们发现气球变大后会产生一定的浮力，引起误差。
对此，学生们经过讨论后进行如下第一次修整：减少药品的用量。
减少药品既可以起到节约药品的目的;另外，对于红磷燃烧的实验，使用极少量红磷，在观察到明显现象的同时，可避免橡皮塞冲开的可能;对于盐酸与碳酸钠反应的实验可减小其误差。
然而在本实验中，学生们使用的是能精确到0.001g的电子天平，在多次实验过程中，同学们发现：实验二中只要气球的大小发生变化，就不可避免地产生浮力，引起误差。同学们经过思考后，进行如下第二次修整：
用Y形管和气球设计了如图3所示的实验装置。
在讨论中，还有同学建议利用物理所学的真空装置进行实验，可彻底消除浮力的影响。这样，通过对多个实验前后质量的对比分析，可总结出质量守恒定律。
实验改进优点：
1.实验所用仪器较少、操作简便、现象明显、易于推广，并可将教师演示实验改为学生实验，为学生创造更多动手机会，提高学生的探究能力。
2.随着社会的进步、技术的发展，在实际实验的过程中，托盘天平正逐步被电子天平所取代。实验改用电子天平，体现与时俱进的理念，使实验更方便、结果更准确、实验效率更高。
3.实验所用药品相对较少，更安全环保。
4.通过实验改进，培养学生相信权威，但又不迷信权威，敢于质疑的创新精神。
评析与说明：通过以上实验内容、或实验方法、或实验装置的改进，学生在参与设计的过程中，体会到了实验成功的乐趣;而且学生们还会因为自已对实验小小的改进与创新而自豪，这不仅使学生的创新思维有了整体的提升，更使学生团队协作的意识与能力得以提升，磨砺了学生的细心与耐心，使学生增添了一双“生长”与“发现”创新的眼睛，为其更快地融入社会大家庭，并助力社会的发展埋下了素养的种子。
化学课程在培养学生核心素养、引领其科学探究的过程中，唯有不断地挖掘值得探究的素材、淡化演示实验与学生实验的界限、突出实验的探索性与研究性，让学生不断地亲历探究的过程，发挥团队的力量，才能让学生感受到团队的力量、体验到探究的乐趣、享受到成功进行实验改进后的喜悦、从而品味到无穷的化学生态。
关键词：实验探究;创新意识;科学精神
文章编号：1008-0546（2019）10-0089-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.10.024
学生既是教育教学的对象，又是学习的主体，更是现实社会的成员之一。因此，叶澜教授认为，学科教学的最终目的就不仅仅是“为学生提供认识现实世界的理论知识”“更应为学生建设与改造现实世界进行思维与策略、方法与技巧上的训练，使学生形成特有的运算符号和逻辑工具”。
作为课程重要内容的化学实验，兼具趣味性、探究性、思考性、创新性于一体。因此，在平时的实验教学中，若结合不同的教学情境，适当地开展实验探究性教学，不仅可以让学生体验知识的产生与形成过程，在体验的过程中培养理性思维，获取分析问题、解决问题的基本技能，形成良好的思维方法，以学科思维发展推动知识学习，而且，在对实验方案的设计、评价、交流、反思的过程中，可以进一步增强学生的团队合作意识、客观公正的科学态度;实验方案改进的过程，既是对所学知识或能力的一次检阅，更是一次对学生创新意识的培养。下面，我们就人教版九年级化学“空气”的相关实验内容，与大家一起探讨如何基于实验探究与创新意识开展课堂教学。
一、挖掘素材，培养学生的探究能力与创新意识
化学学科起源于实验，又依赖于实验，化学实验大致可分为数据测量类实验、探究性实验，以及结论验证性实验。并非所有化学实验都有探究价值，唯有在教学的过程中，带着发现问题、解决问题的初衷，才能发现和提出极具探究价值的化学问题，并且借助于此，培养学生的综合发展能力，同时对原有实验进行进一步探究、客观评价，进行实验改进的设想，最终形成独立思考、敢于质疑和改进的创新精神。
具有探究价值的素材的挖掘可以是多方面的。在日常教学中，可以借助科学史话、资料卡片等形式加以渗透。如通过瑞利对稀有气体“氩”的发现史;借助波义尔、罗蒙诺索夫、拉瓦锡等对质量守恒定律的探究等，教育学生养成严谨求实的科学态度。还可以在概念教学中加以挖掘，如对于饱和溶液定义的教学，采用探究式教学，层层递进，让学生在不断的认知冲突中获取新知识。另外，对人教版初中化学教材中100多个课内外实验筛选后会发现，可以加以利用并培养学生探究与创新意识的实验还是很多的。
如人教版九年级化学第二单元《课题1空气》中有关“空气是由什么组成的”教学，如果按照正常的教学设计，可以让学生有一定的知识性收获，知道空气不是一种纯净物，是由氮气、氧气等气体组成的混合物，氧气约占空气总体积的1/5。但当多年以后，学生不再从事化学这一行业之时，有多少学生还记得化学这一学科？有多少学生还记得1/5这一数据？即使记得，又有什么特别的意义？思维能力是学生发展核心素养的重要组成部分，所以在此内容的学习中，孩子们学会的应该是从化学课程中获得基本的分析、解决问题的能力，以及在解决问题的过程中养成的尊重事实和证据、不迷信权威、独立思考、敢于质疑和批判的精神。对此部分实验内容，我是这样设计的：
【自主学习】自读教材，思考以下问题并交流：
1.日常生活中的哪些现象可以证明空气的存在？
2.空气中含有哪些物质？哪些事实可以证明它们的存在？
【活动一】感恩前辈，感悟方法
1.实验回顾：介绍科学家（拉瓦锡）对于空气组成的探究。
2.方法感悟：从拉瓦锡的实验中感悟其思路与方法，品味其严谨的科学态度。
3.客观评价：从拉瓦锡当时的时代背景，以及现代人的角度客观评价拉瓦锡实验的成功与不足之处。
评价1：迈出了从定性到定量这关键性的一步;
评价2：实验装置太复杂;
评价3：实验时间过长;
评价4：实验用品为汞，不安全、不环保;
评价5：现象可能不太明显;
评析与说明：踏着前人探究的脚步前行，不失为一种快速学习与成长的捷径，相信但不迷信权威又是科学研究以及学习必须具有的科学态度。通過讨论交流，对前辈的研究进行客观公正的评价，不仅是对前辈的尊重，更是自身进步的源泉所在，于是这就有了以下的“活动二”。
【活动二】实验模仿，学会超越
1.实验方案设计
要求：利用所学知识，以及所提供的实验仪器与用品（亦可使用生活中的器具替代），以学习小组为单位，借助小组的优势，参照拉瓦锡的实验思路与方法，设计出安全高效、简易可行的实验方案。
实验用品：集气瓶、烧杯、导管、燃烧匙、小木条（燃烧会生成二氧化碳）、蜡烛、铁丝（燃烧需要高浓度的氧气;生锈也能消耗氧气，但需要较长时间才能显现。）、红磷（可在空气中燃烧，生成白色五氧化二磷固体）、硫（可在空气中燃烧，生成二氧化硫气体。）
2.方案交流与评价
各小组设计方案的交流与互评。
3.分组实验
评析与说明：在学生们确定实验方案，并进行实验后，绝大多数选用红磷进行实验的小组汇报：所测氧气体积普遍不足空气的1/5，在对实验各环节逐一分析后发现，都没有明显的问题。“氧气的体积小于空气的1/5”属于系统误差，还是偶然误差？此时学生们又一次陷入迷茫：如若放弃对此误差的分析，科学探究也将失去其本真的意义，同时失去的也将是学生严谨求实的科学精神。因此，我增加了以下环节，将“再探究”实验作为“活动三”布置为课外实验加以完成。 【活动三】空气中氧气含量测定的再探究（课外实验）
1.查阅资料：
（1）当空气中氧气的体积分数降至约为7%以下时，红磷不再燃烧。
（2）常见的脱氧剂有铁粉等，常用于食品包装中的脱氧，减缓食品变质。
（3）铁粉脱氧的原理为铁与氧气、水同时作用，生成铁锈。为了加强铁粉脱氧的效果，常在铁粉中加入适量活性炭、氯化钠、水等物质。
2.实验方案的设计
3.实验结果反馈与交流
评析与说明：在后续教育教学的过程中，作为教者的我们，除了传道、授业、解惑，更要把严谨求实的科学态度与社会责任作为学生的基本素养加以培养，它是科学探究得以成功进行，以及学生敢于超越、敢于創新的重要保证。
二、批判接受，在实验改进中提高学生的创新素养
创新人才是国家的人才战略核心，创新不在于复杂，创新之本不在“创”，而是“生长” “发现”，创新的“生长”，首先要有创新的“种子”与培育创新的“土壤”。创新之“土壤”，完全可以借力课内外师生之间、生生之间的相互协作，充分优化并调动各方面资源的综合运用，发挥教师的指导作用、学生的主体作用、以及生生之间的优势互补，借助于小组内学优生进行补差，起到传、帮、带的作用，为创新创造优质的“土壤”。而创新“种子”的培育，可从创新精神、创新意识人手，有了创新意识，其创新就能不断地在“土壤”中“生长”，并“壮大”。
如：人教版九年级化学第五单元《课题1质量守恒定律》，其规律的得出，是借助于对红磷在空气中的燃烧、铁与硫酸铜反应、碳酸钠与稀盐酸反应、镁在空气中燃烧四个实验的对比、归纳并总结而得出的。
实验改进缘起：1.本节内容四个实验均用到了托盘天平，由于托盘天平误差较大，且调节时间过长，所以从实验精准与实验效率角度考虑，存在改进的必要。2.红磷与氧气反应的实验装置及操作较为复杂，而且玻璃管多次使用后容易堵塞，存在一定的安全隐患;同时该实验一般仅由教师演示，不太适宜于学生实验，从这个程度来看，既减少了学生实验的机会，又为其推广增加了一定的难度。3.碳酸钠与稀盐酸反应的实验设计，对学生一下子造成不守恒的假象，虽可以借此引导学生去加以分析，但总觉得跨步太大，如果能让学生真切地观察到这种不平衡背后的原因，并为后续的从定性到定量研究作准备，那岂不更好？所以在每周一次的兴趣小组活动中，我们引领学生对此处实验中的前三个，进行了如下改进尝试。
实验改进计划：
1.利用化学兴趣小组时间，借力师生、生生之间的协作共进关系，分析出教材装置的优点及不足之处，找出其可创新之处，作为创新改进的出发点。
2.以小组为单位进行实验创新方案的设计与评价。
实验改进过程：
经过全班同学的讨论，以下两种改进方案得到了全班的一致认可。
1.红磷燃烧实验的改进方案（如图1）：
（1）将托盘天平均改为电子天平，使称量更为方便、快捷。
（2）将少量红磷直接放在试管内，用橡皮塞塞紧，用烧杯稳定，并放在烧杯内称量，得质量为m反应前。
（3）实验时，将试管在酒精灯上稍微加热，红磷即可燃烧，看到明显的火焰与白烟，待试管冷却，再次放在烧杯中称量，得质量为m反应后。
（4）比较M反应前、M反应后的大小。
2.盐酸与碳酸钠反应的实验改进方案（如图2）：
（1）将托盘天平均改为电子天平。
（2）将反应容器改为试管，在试管口套一气球，实
验前将少量碳酸钠放在气球内，试管内盛放稀盐酸，然后放在烧杯内称量，得质量为m反应前。
（3）实验时，将气球内的碳酸钠倒入试管内反应，再次称量，得质量为m反应后。
（4）比较m反应前、m反应后的大小。
实验再改进：
针对部分同学的创新设计，有学生提出质疑：
（1）图1红磷燃烧时橡皮塞有可能会冲开;
（2）图2碳酸钠与稀盐酸反应实验中，同学们发现气球变大后会产生一定的浮力，引起误差。
对此，学生们经过讨论后进行如下第一次修整：减少药品的用量。
减少药品既可以起到节约药品的目的;另外，对于红磷燃烧的实验，使用极少量红磷，在观察到明显现象的同时，可避免橡皮塞冲开的可能;对于盐酸与碳酸钠反应的实验可减小其误差。
然而在本实验中，学生们使用的是能精确到0.001g的电子天平，在多次实验过程中，同学们发现：实验二中只要气球的大小发生变化，就不可避免地产生浮力，引起误差。同学们经过思考后，进行如下第二次修整：
用Y形管和气球设计了如图3所示的实验装置。
在讨论中，还有同学建议利用物理所学的真空装置进行实验，可彻底消除浮力的影响。这样，通过对多个实验前后质量的对比分析，可总结出质量守恒定律。
实验改进优点：
1.实验所用仪器较少、操作简便、现象明显、易于推广，并可将教师演示实验改为学生实验，为学生创造更多动手机会，提高学生的探究能力。
2.随着社会的进步、技术的发展，在实际实验的过程中，托盘天平正逐步被电子天平所取代。实验改用电子天平，体现与时俱进的理念，使实验更方便、结果更准确、实验效率更高。
3.实验所用药品相对较少，更安全环保。
4.通过实验改进，培养学生相信权威，但又不迷信权威，敢于质疑的创新精神。
评析与说明：通过以上实验内容、或实验方法、或实验装置的改进，学生在参与设计的过程中，体会到了实验成功的乐趣;而且学生们还会因为自已对实验小小的改进与创新而自豪，这不仅使学生的创新思维有了整体的提升，更使学生团队协作的意识与能力得以提升，磨砺了学生的细心与耐心，使学生增添了一双“生长”与“发现”创新的眼睛，为其更快地融入社会大家庭，并助力社会的发展埋下了素养的种子。
化学课程在培养学生核心素养、引领其科学探究的过程中，唯有不断地挖掘值得探究的素材、淡化演示实验与学生实验的界限、突出实验的探索性与研究性，让学生不断地亲历探究的过程，发挥团队的力量，才能让学生感受到团队的力量、体验到探究的乐趣、享受到成功进行实验改进后的喜悦、从而品味到无穷的化学生态。