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利用化学实验培养学生的创新能力

2009-1-7 19:50:28  来源:高中化学网  作者:www.gzhxw.cn  【 】  浏览:

摘要:培养学生的创新能力,化学学科有着得天独厚的条件。化学实验则是培养学生创新能力的有效途径。本文谈谈在新课程理念下,在化学实验教学中如何培养学生的创新能力所进行的实践与思考。

 

关键词:化学实验   创新能力   探究性实验   实验设计  

 

培养学生的创新能力,化学学科有着得天独厚的条件。因为化学是一门实验性很强的学科,化学实验教学由于生动、直观、有趣、具有探究性等优势,在培养学生动手操作能力、激发学生对化学学习的浓厚兴趣、促进创造性思维的发展,树立科学的思维方式等方面具有独特的作用。因此,在新课程理念下,如何改革化学实验教学,如何利用化学实验来培养学生的创新能力,本人通过几年的教学实践,认为可从以下三方面入手:

 

1、演示实验的改进创新

 

创新教育需要创造性的教与学。演示实验是化学教学中被广泛应用、最有成效的教学形式。教材的实验设计及操作方法虽然经过反复验证,但实际操作中仍存在一些不足,需要对某些实验进行改进。实验改进本身就是在想象的基础上进行的一种创新。通过改进实验常常可以增强演示实验的效果,为培养学生的观察力提供了更为鲜明直观的感性材料,吸引学生进入创新的殿堂,并能激发学生独立思考和创新思维。教师创新演示实验,不但能使学生掌握有关化学知识,而且更起到一个培养示范作用,从而培养他们不迷信课本,敢于用科学的方法进行创新的精神,激活创新意识,进而达到培养学生创造能力的目的。

 

例如:高一化学中的焰色反应,常用铂丝或铁丝进行实验。但由于酒精灯火焰呈黄色,钾火焰须隔钴玻璃才能观察到,且除铜元素外,其它焰色难以分辨,现象不明显,此时可向学生如实相告:若想亲手试验焰色反应,可以设计出不必使用铂丝的实验方案。让学生查阅有关书刊资料,学生了解到酒精灯的火焰因灯头灯芯不干净、酒精不纯而使火焰大多呈黄色,所以可以在实验中先将洁净脱脂棉用无水酒精湿润,然后用洁净的镊子夹着脱脂棉代替铂丝进行实验;还有一些同学先点燃盛在小烧杯中的无水酒精,然后用药匙或玻璃棒沾少量试样洒在小烧杯的酒精火焰中灼烧。这两种方案的现象非常明显,焰色持续时间长,且钾元素的焰色不需钴玻璃即可观察到。改进后的焰色反应实验更直观、更富有吸引力,最重要的是训练培养了学生的创新思维能力。

 

又如:氨与氯化氢反应的创新演示实验:

 

利用废旧的日光灯管(60 cm左右),在60 cm长的透明胶带纸上紧贴pH试纸,放进灯管内,然后在两端分别塞上内粘含有浓氨水、浓盐酸的棉花团的塞子,一会儿看到现象:pH试纸一端变红向中间移动,另一端变蓝向中间移动,但速度不同,在离浓盐酸这端约1/3处出现斜的白烟圈。

 

学生观察实验后,异口同声说:这实验真棒。它不但可以观察到氨气与氯化氢反应的现象,而且可以看到气体运动速度,气体的酸碱性等。成功的创新演示试验,不但给以示范,而且激励学生的创新动机,培养了创新精神和创造能力。

 

2、改验证性实验为探索性实验

 

有教师指导的学生实验是培养学生的科学精神和观察能力、实验能力及创新思维能力的最佳途径。现行的高中新教材改变了过去教材叙述过于完整的风格,在许多实验中没有给出明确的现象、解释与结论,而是设计一些以问题或学案形式来体现,要求学生在实验观察的基础上去填空、交流、作答,并得出结论,突出强调学生参与实验探究的积极性和独立思考性,引导学生将实验观察和理性思维集合在一起。

 

因此在新课程理念的指导下,更应充分挖掘教材实验中的探索性实验或更多地将验证性实验改为探索性实验,用心组织、潜心研究、创设问题情景,指导学生探究和与学生一起探究学习,展示获取知识的过程。对学生进行的科学方法教育渗透在科学探究的全过程中,让学生在具体的实践过程中,在学习和运用的过程中学习科学方法。可使学生喜欢在未知的情景中探索,寻求发现新途径、新关系、新知识,并运用知识解决问题,从而不断增强他们的创新意识。

 

比如,在讲原电池时,我先提出这样一个问题:"家用手电筒中的电池、蓄电池、宇宙火箭中的高能电池是如何产生电能的?"已具备一定化学知识的学生很快意识到是化学能转变为电能。然后我让学生利用桌上提供的如下药品和材料:铁片、铜片、石墨棒、稀硫酸、硫酸铜晶体、水、蔗糖溶液、电流计、导线若干。要求设计原电池,并验证在外电路(导线上)可获得电流,并观察该装置工作时发生的现象。显然,这是一个富有挑战性、富有创新能力的实验课题。通过学生对实验药品和材料进行尝试选择,并对实验条件进行适当控制,对现象进行仔细观察和记录,接着让学生根据实验事实,对上述几种原电池的电极材料、溶液成份、电极上现象、电极反应进行归纳填空,得出结论:
  
①构成原电池的条件:_____________________________________________
  
②电极判定方法: ________________________________________________
  
③电极反应书写规律:_____________________________________________

 

这样通过创设情景、提供药品和材料进行探究实验,而不是让学生一边看书一边操作,如同照方抓药。学生会认真地思考、操作,仔细地观察、如实地记录、积极地根据实验现象进行分析、归纳,属于创新性探索课题。学生的思维被激活,对促进学生探究能力和创新思维的发展有很大的作用。

 

验证性实验为探索性实验,不但能使学生主动地进参与探索,还能帮助学生理解实验的原理,既知其然知其所以然,把感性认识上升到理性高度。探究性实验还提供了理论指导实践、在新情境下解决新问题的机会,培养了学生的创新思维能力。

 

3、引导学生设计实验

 

创新思维是多种思维的综合表现。设计实验创新探索过程,就是在重视训练常规思维的同时,更重视培养创新思维,使学生能善于发现问题并能从新的观点、新的角度寻找新的解决问题的途径,即善于多解、求异、求新,富有灵活性、新颖性、创造性。通过引导学生根据实验目的和原理自行设计实验,独立完成有关实验,不但可以有效地培养锻炼他们实验能力,并在实验操作过程中,使他们创造性思维得以发展,培养创造能力。

 

例如在SO2性质教学时,为了帮助学生认识SO2遇水容易在空气中被氧化的问题,我先启发学生思考:SO2遇水容易在空气中被氧化的产物是什么?如何设计实验验证产物?引导学生采取独立或小组合作形式尽可能多的设计实验方案。学生设计了多种实验方案,经过集体讨论、验证和筛选,认为可行的方案有:

 

方案1:用pH计在不同时间段测定溶液的pH变化[原理:弱酸(H2SO3)转化为强酸(H2SO4),溶液酸性增强,pH值变小

 

方案2:将SO2气体通入BaCl2溶液中,观察现象(现象:若一段时间后有白色沉淀产生,就可以说明H2SO3转化为H2SO4)

 

方案3:向盛有少量NaHSO3固体的试管中加入饱和的SO2溶液,观察现象(现象:若一段时间后固体表面或溶液中有气泡产生,就可以说明H2SO3转化为H2SO4)。

 

通过以上三个方案的设计和选择,学生掌握了一个实验可以有多种实验方案的方法。学生在这种实验创新探索过程中,表现最活跃、学习积极性最高涨,在分析处理众多认知冲突中,不时产生创新的灵感,既很好的掌握了知识,同时又使创新思维能力得到良好发展。

 

在平时课堂教学中还可以运用假说的方法,引导学生设计实验,刺激和保持学生对化学的兴趣和注意力,帮助他们加深对新教材的领会,刺激他们科学创新思维的发展,使学生知道科学上求得知识的方法。

 

例如:在讲铁的生锈时,为了揭示生锈的原因,首先启发学生考虑铁生锈的各种情况,如放在潮湿的地方的铁制品很容易生锈,但放在干燥的地方的铁制品却不是很容易生锈;裸露在空气中的铁制品很容易生锈,但涂了油漆的或镀上了一些不易生锈的金属后的铁制品却不太容易生锈。为什么会出现这种现象?铁生锈到底与哪些因素有关?正当学生感到疑惑的时候,让学生思考网上看到这样的一则消息:外国某化学公司的一家工厂,有一贮存氯化镁的钢质容器,有一次,因容器需要维修而停止工作,厂方排空了容器中的氯化镁,并将容器冲洗了几遍。而后两个工人进入钢质容器维修,一下去就晕倒了,当人们发现后,立即将人救出并送到医院,一人经抢救脱险,另一人不幸死亡。是什么原因导致人员死亡呢?难道容器中含有有毒气体?人们对钢质容器内的空气进行了测定,并没有发现任何有毒气体,但却惊奇地发现容器中空气里的氧气含量远远低于正常标准。为什么容器中会缺氧呢?经分析,发现问题原来出在容器本身,是因为容器生锈的缘故。我们讨论认为:这说明铁生锈需要消耗氧气。但是铁生锈仅仅只和氧气有关吗?潮湿地方的铁制品很容易生锈的原因又是什么?再经过引导或让学生讨论可以提出下述三个假说:

 

1) 铁器生锈是因为和空气接触,铁和空气中的氧气化合;

 

2) 生锈是因为水分子的存在,水和铁起了化学变化;

 

3) 生锈是水和空气对铁共同作用的结果。

 

然后引导学生推论:如果第一个假说正确,则铁生锈仅和氧气有关,铁在干燥空气中就能生锈;如果第二个假说正确,则铁在水中并和空气隔绝就能生锈;如果第三个假说正确,则必须在既有空气又有水分的条件下铁才能生锈。

 

在此基础上,再引导学生来设计实验。第一个实验:将洁净的铁钉放入干燥的试管里,并塞紧;第二个实验:把经过煮沸除去空气后的水装满试管,放入洁净的铁钉,塞紧,不留一点气泡;第三个实验:将洁净的长铁钉放入试管并倒立在盛水的烧杯中,使试管里只有少量水并标明位置,就这样放置一段时间。

 

可以观察到,第一、第二个实验中的铁钉不生锈,而在第三个实验中不仅生了锈,而且试管的水面约上升了原试管容积的五分之一,于是可以得出结论,水和空气(只是其中的氧气)同时对铁的作用是铁生锈的原因。

 

综上所述,培养学生创新能力应该从化学实验训练入手,让学生充分感受和体验实验的价值和作用,不断地提高实验方案设计能力,着力地促进实验探究能力的发展,使学生在过程体验中获得研究方法和实验能力的发展,获得情感态度和价值观的提升,从而提高学生的创新能力。

 

    参考文献

 

1、王祖浩、王磊。《化学课程标准实验(实验)解读》[M]。 武汉:湖北教育出版社,2004

 

    2、李世海、高兆宏、张晓谊。《创新教育新探》[M]。北京:社会科学文献出版社,2005

 

 


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