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如何在化学实验教学中培养学生的创新精神
广东省清远市第一中学 姚建新 邮编511500
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摘要：化学是一门以实验为基础的自然科学，实验教学能为学生正确认识物质的性质及其变化规律提供依据，它具有目的性、探索性、现实性和易感知性。化学实验是化学教育的一种最有效的教学形式，它可以帮助学生建立和巩固化学基本概念和基本理论，获取化学知识，在实验中通过质疑、探究、创新来达到培养学生的创新精神，最终达到培养和提高学生能力的目的。
关键词：实验 探索 质疑 创新
化学实验是化学教学的基础，通过实验教学，不仅可以使学生学习系统的化学知识，还能使学生掌握科学的认识方法，著名化学家戴安邦教授评价化学实验的一句名言：“化学实验是实施全面的科学思维和素质教育的最好场所”。在我国，如何在中学化学教学中开展创新教育，拓展学生的创造力，培养学生的创新精神和实践能力已成为当今中学素质教育的中心。在中学化学教学中，只有改进教学方法注重实验的创新与探究，才能培养学生的创新精神和创造能力。而化学是一门以实验为基础的自然科学，实验教学能为学生正确认识事物及其变化规律提供实验依据，又能培养学生观察现象、分析问题、解决问题的能力，在培养学生创新精神方面发挥其独特的功能和作用。如何在化学实验教学中培养学生的创新精神，下面谈谈笔者的看法。
一、注重实验的探索性，培养学生对科学知识的创新
中学化学实验多注重实验功能的验证性，即按课本所给条件及步骤来验证某些物质的性质或验证某个化学反应原理、某种物质的制取方法。在验证前人成果的同时，提高自己的实验能力，这对于学生学习知识来说是很必要的，但科学实验的重要功能是它的探索性，科学的发展需要经过不断探索才能实现。任何旧知识中都蕴藏有新知识，实验的探索性就是要挖掘验证性实验中的新内容，或通过设计探索性实验把学生带入科学探索的情景中，让他们亲自探索新知识，使自己成为发现者。长期训练会使学生的创新意识得到培养。
1、在实验中探索新知识，发现自己的新亮点
为了让学生理解科学知识是在不断更新和向前发展的，在学习新知识时教师可从与之相关的旧知识入手，设计一个相应的实验，使学生在惊讶中反复对比思考，发现旧知识的局限性和片面性，从而在探索中一步步更新自己的知识。例如学生知道了燃烧是指可燃物与氧气发生的剧烈的氧化反应。在高中更新这一概念时，可设计一个镁条在二氧化碳中燃烧的实验，学生一定会惊讶：不燃烧也不支持燃烧的二氧化碳怎么会使镁条燃烧呢？此时抓住时机问：前面的结论是否错了？启发学生思考：（1）燃烧是否必须有氧气参加？（2）燃烧的现象是什么？燃烧的本质又是什么？通过分析对比，学生终于自己得出正确结论：通常讲的燃烧一般是要有氧气参加的，但一些特殊情况下的燃烧可在无氧的条件下进行。如镁条在二氧化碳中的燃烧、氢气在氯气中的燃烧等。通过探索，广义的燃烧定义很容易就让学生总结出来了：燃烧是指任何发光发热的剧烈的化学反应。这样，学生对燃烧的新概念一定会深深地印在脑子里。
2、在实验中探索新规律
在教学中结合具体的教学情景，把一些验证性实验改为探索性实验，即先做实验后作结论，改一语道破为由表及里、层层深入、逐步推导，结论从实验中得出，再应用到实验中去。这有利于培养学生严肃认真的科学态度，使学生思维一直处于积极探求状态，通过实验寻求答案。例如在学习盐类水解规律时，先让学生自己测定物质的量浓度相同的Na2CO3、CH3COONa、Na3PO4溶液的pH值，要求学生仔细观察、认真分析，通过比较其对应酸的酸性强弱，学生自己归纳盐的“越弱越水解”的规律。
3、在实验中探索新问题
在实验教学中，常常会出现似乎与课本记述不符的“反常”实验现象，作为教师应教育学生首先要尊重实验事实，然后通过仔细观察、认真分析、深入探索，揭示出这“反常”现象后面所隐藏着的新东西，使学生通过实验找到一块知识的新天地。如讲Fe(OH)2的制备和性质时，可先讲清楚Fe(OH)2的色、态及溶解性，然后演示新制的FeSO4与NaOH溶液反应，结果学生当然不能观察到白色絮状沉淀，而看到的是灰绿色的沉淀。这一“反常”现象立即引起了学生的思考，有的学生认为未将滴管伸入液面下。可照此操作一遍后还是以失败告终。为什么呢？这时及时引导学生探究原因：为何将滴管深入液面下？久制的NaOH溶液中溶解了什么物质？当大家悟到是氧气作怪时，换一瓶已煮沸后的NaOH溶液再操作，先是得到了白色沉淀，但过一会儿就转变为灰绿色，以后逐渐变为红褐色，这一现象又引起了学生的惊奇，我进一步引导讨论：怎样才能使生成的Fe(OH)2氧化速度减慢？经过这一系列的观察与思考，学生探索新知识的热情已被激发，提出了许多改进实验的方法，师生一起讨论比较各种方法，最后选用在新制硫酸亚铁液面上滴加几滴苯，将滴管深入液面下滴加煮沸过的NaOH溶液，终于制得了白色Fe(OH)2沉淀，并保持了较长时间。
在实验教学中，教师不仅要圆满完成规定的演示实验，更为重要的是要在已有实验的基础上，根据教学需要和学生在学习过程中出现的实际情况，善于利用和改造已有的演示实验，进行实验探索研究。这样做不仅使学生更有效更容易掌握有关化学知识，而且能更有效地培养他们用科学的方法进行创新的精神。
例如，在学习课本规定的NH3喷泉实验时，就可以通过以下步骤培养学生的创新精神：1．鼓励学生认真学习和讨论其实验原理，并提出新问题。在上述实验装置中，假如我们不去挤压胶头滴管，还有哪些引发喷泉的方法？请同学们讨论后自己设计实验，并亲自动手验证自己的设计方案，寻求正确答案；2．鼓励学生做探索实验──“你能把Zn和HCl反应设计成喷泉实验吗？如果能够的话请同学们自己设计实验进行验证。”
二、鼓励质疑，培养创新精神
创新精神是培养创新能力的前提。爱因斯坦说：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要、更困难。因为解决一个问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，却需要有创造性的想象力”。可见，提出一个问题，对教材上的某部分知识或教师讲授的某些内容，尤其是对作业及习题中有些条件、问题的设置或解题方法大胆质疑、发问，都是创新精神的具体体现。
1、要放下教师的架子，民主平等的对等学生；废除教师一言堂、满堂灌的传统的教学思想和方法，建立良好的师生关系，为学生营造一个宽松、和谐、自然、民主、平等学习环境。这样学生才能敢想、敢问、大胆质疑、猜想，畅所欲言。这就要求教师要谦虚，对于学生的发问和大胆质疑，要加以肯定，及时表扬，让学生经常有享受成功的心理体验。 
2、学生提出问题的过程就是创造的过程，即使有时是不恰当的甚至是荒唐的或错误的，也不能批评和任意抹煞。要善于发现其中的闪光点并加以肯定，在肯定其思考问题的主动性、积极性的基础上引导学生分析认识上不合理的原因，再由其本人换一个角度去思考，让学生自悟自明。这样既保护了学生创新、质疑的积极性，又培养了学生良好的科学思维品质。
3、在鼓励学生发问、质疑和创新的过程中要注意教育的平等性，人人都有创造的潜能，后进生的创造潜能同样深厚，关键是你怎样去开采、挖掘。教师不能只关注优等生的创新意识及创新精神的培养，而忽视对中、下学生的培养，要善于发现其优点、特长及创新的潜能。鼓励他们发现问题、提出问题，多表扬，不讽刺挖苦，做他们的良师益友。鼓励他们树立我能学好化学的信心，不断提高自身的学习品质和创新精神。
三、注重实验的创造性，培养学生对科学方法的创新。
目前中学化学实验教学还存在着另一弊端，就是只让学生依照教科书去书写操作过程、描述实验现象、处理实验数据。这样培养出来的学生是八股式的学生。面对一个需要而且可以解决的实际问题时，拿不出切实可行的实施方案，要么一筹莫展，要么半途而废，要么不能到位。这说明教师平时教学中不能忽视科学实验的另一项重要功能即创造性。人类的进步离不开发明创造，而许多发明创造都是在科学实验中产生的，通过实验尤其是让学生自行设计的实验，可使学生的整体思维能力、知识应用能力、实验操作能力、创造能力得到全面的提高。
1、让学生设计实验
照方抓药式的实验能提高学生熟练操作的程度和对固有知识的掌握，但不能培养和锻炼学生的创造能力与创新意识。通过引导学生根据实验目的和原理自行设计实验方案，独立完成有关实验，可以有效地培养和锻炼他们的实验能力，并在具体操作过程中，使他们创造性思维得到发展，才能有所创新，有所突破。比如让学生设计一个以过氧化氢（H2O2）为原料（用MnO2做催化剂）制取氧气的实验。有的学生考虑到这是一个固液反应而选用启普发生器，经实验检验不可行，因为二氧化锰是一种粉末状固体。后来又设计了烧瓶配单孔塞的装置，但是实验证明它最大的缺点是反应不能控制。于是又设计了烧瓶分液漏斗的装置，但滴入过氧化氢后，由于瓶内压力过大，再滴过氧化氢时易受阻，于是设计了在分液漏斗下部用小试管液封的装置，从而解决了问题。
鼓励学生参与实验方案的设计，培养学生的创新能力和动手能力。化学是一门以实验为基础的科学，因此对教材中已有的演示实验，以及可以通过实验来分析讲解的知识点，教师应该尽可能地创造条件转变为学生实验。同时，也可以启发学生大胆设计与课本不同的实验方案，或改进已有的实验，经过教师和学生共同参与讨论修改后，由学生自己动手完成实验。这样教学，可使学生亲自体验到实验的兴趣和获得成功的喜悦，不但可以有效地培养和锻炼学生的实验能力，而且可以使学生的创造性思维在实验过程中得以发展和提高。例如：在讲了碳和浓HNO3反应后，可以请学生自己设计出一套合理的装置证明此反应，并且要同学们注意尾气的处理。从众多的设计方案中选出的两个方案，反映出这些装置有以下优点：操作方便、实验安全、气体吸收效果好。尤其尾气吸收明显优于课本上所介绍的各种尾气吸收装置。加深了学生的环保意识。　　
实践证明，注重实验的创新与探索，给学生留出思维的空间，增加学生独立设计、独立操作实验的机会，是提高学生素质、培养学生的创新精神和创新能力的有效途径之一。
2、让学生改进实验
学生设计实验很少能一步到位，有时甚至是失败的，但“失败乃成功之母”。教师坚持让学生对自己的实验反复修正，合理“扬弃”，学生的实验设计能力才会渐渐提高。为体现科学方法是需要创新而且是能够创新的，教师应鼓励学生对有些实验设计及操作方法的不足之处加以改进，使之更为合理。例如高一课本中关于《碱金属及其化合物的性质》有一学生实验，要求学生收集一试管钠与水反应放出的气体并检验。它的实验操作是：将一小块钠用铝箔（事先用针刺一些小孔）包好，再用镊子夹住，放到装有水的烧杯底部，待反应放气时，用排水法收集一试管气体并检验。此法在具体操作时效果不好，铝箔包得紧，气体放不出来，包得松又影响气体的收集。操作尺度不好掌握。当学生把这些问题反映上来时，我抓住时机，发动大家集思广益改进实验，经过热烈讨论，学生们提出了许多改进方案，最后共同设计了改进的实验装置。
通过自己改进实验而得到的体会是很深刻的，看到实验改进成功时的心情也是无比喜悦的，这样做不仅加深了他们对科学实验主要功能的认识，也使他们认识到知识来源于课本而不拘泥于课本，勇于对科学方法进行创新。
中学化学有许多体现探索性和创造性的实验，作为教师应深刻领会教学大纲精神，挖掘实验教学的内涵，将实验知识、实验方法与实验操作有机地统一起来。调动学生的学习积极性，使他们始终处于不断探索的情景中，主动实验、仔细观察、积极思维。长此下去，学生的创造性思维必然能得到很好的发展，对待科学的创新意识和态度也将会逐渐地形成。这样培养出来的学生必将是未来具有开拓精神的建设人才。
3、改验证性实验为探索性实验
    化学实验的功能是为学生提供事实根据，使学生正确认识物质及其变化规律，又能在实验过程中培养学生观察现象、分析和判断问题、解决问题的能力，更应在培养学生创新精神和创新能力上发挥更大的功效。然而，目前中学各年级的演示实验、学生实验大多注重实验功能的验证性。课本编排出实验条件、步骤和给出相应的药品来验证某物质的性质、某物质的制取方法或某个化学反应原理，而且学生实验几乎是依样画葫芦照做。而教师的演示实验也毫无创意和新意可言。诚然，验证性实验对于学生巩固、掌握书本理论知识、提高自己的实验能力、熟练地掌握实验技能技巧是必不可少的环节。然而，须知科学实验的重要功能是其探索性。探索是发现问题、寻找规律、利用规律的有效途径。科学发展史表明，任何科学成果的发现和发展都需要经过不懈努力、不断探索才能得以实现。任何旧知识、旧成果都蕴含着新知识、新成果，都需要加以挖掘、提练。美国哈佛大学校长在世界大学校长论坛上说：“如果没有好奇心和纯粹的求知欲为动力，就不可能产生那些对社会和人类具有巨大价值的发明创造”。这就说明了在好奇心和求知欲的动力下进行不懈努力、艰苦的探索而取得发明创造的伟大成就。而探索性的化学实验就是挖掘书本已有的实验内容的新意境、新内容，把学生导入科学探索的新起点、新境界、新高度。让他们亲历其境、刻苦努力地探索新知识、解决新问题、猎取新成果、使自己体会到成功者的喜悦，进一步激发其继续保持旺盛的创新激情，形成创新思维。创新思维具有较强的灵活性、求异性、独创性、灵感性等特色。这“四性”是构成创新思维、培养创新精神的体现，是改验证性实验为探索性实验的首要前提。在实验过程中，其观察方向和思维方向具有灵活性；善于从不同角度、不同方向、不同层次上观察和思考；冲出原有的思维，使之能有较强的知识迁移的能力，使之举一而反三，使其“求异”思维和“求异”能力得以充分发挥，才有创造的灵感和独到的动力。例如在学习高中化学必修一“镁、铝”这章中，可增加下列内容：1、铝在人体中可使人慢性中毒。1989年世界卫生组织将铝确定为食品污染源之一而控制，下列使用是否应加以控制？为什么？①制牙膏皮。②制易拉罐、饮料盒。③制铝餐、炊具。④制电线电缆。⑤明矾净水。2、在一个铝制“健力宝”易拉罐内，先充满二氧化碳气体，加入足量的NaOH溶液后即密封瓶口。观察现象和解释原因。让学生通过讨论和实验，既能掌握铝的性质，又活跃课堂气氛，使学生理解深刻，求异思维得以发展，知识视野得以拓宽。
“创新是一个民族的灵魂，是一个国家兴旺发达的不歇动力。”江泽民主席这句话高度概括了创新能力的重要意义。人的创造能力和创新精神只能通过包括实验在内的实践活动来获得。所以在中学实验教学中，只要老师认真指导，鼓励学生展开想象的翅膀，大胆假设，积极探索，必将有利于学生创新精神的培养。

参考文献:
1、普通高中新课程标准实验教科书《化学》必修一；人民教育出版社 ，2004
2、普通高中新课程标准实验教科书《化学》必修二；人民教育出版社 ，2004

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