在化学实验中培养学生的创新能力

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在化学实验中培养学生的创新能力
王启葵
化学是一门以实验为基础的自然学科，化学实验教学不仅可以培养学生的科学态度，训练学生科学方法，提高学生素质，而且对培养学生的规范性、探索性和创造性有着重要作用，所以在化学教学中，应充分挖掘实验的创新内容，有意识引导和设计学生的创造活动，培养创造思维，发掘他们的创新意识。
一、 创设教学情境，激发学生的创新意识
课堂演示实验中，为了培养学生的创新意识，在教学实践中经常根据教学内容创设问题。
情境以调动学生思维活动的积极性、自觉性，使学生的学习过程成为一个积极探索新事物的过程。如学习苯的物理性质时，苯和水都是无色液体，当它们取量差不多时，搞不清苯在哪一层，怎样通过实验来确定呢？有同学提出继续加苯或水，也有同学提出加碘水，还有同学提出加入有色溶液，如CuSO4溶液等。又如，做喷泉实验时，在观察分析完毕后，可让学生分析H2和H2O、Cl2与H2O、Cl2与NaOH、CO2与NaOH是否也可以产生喷泉现象。
另外，应根据课堂内容，适当适时地补充演示实验。如讲钠的性质后，可补充钠在盛有煤油和水的试管中反应的实验，实验前让学生预测可能出现的现象，学生都能答出在界面上反应，但钠是上下运动，还是在界面上游动着反应，学生简单以为与钠在水面上反应一样，老师引导钠的游动情况与H2逸出的方向有关，经过分析，学生排除了在界面上游动反应的可能性，而是上下往复运动。又如，Na2CO3溶液与CO2反应，学生单凭记忆很难记住，如果补充下面的实验，学生印象一定很深。如图，现已用瓶底烧瓶收集得到一瓶CO2，在瓶内有一支扎紧在玻璃管末端的气球，打开塞子，迅速往瓶里加入Na2CO3溶液，立即塞紧塞子，一段时间后，气球自动膨胀起来。学生经过思考，明白了气球膨胀的原因，只能是Na2CO3与CO2反应后，烧瓶内气压减小，外界大气压大于瓶内气压引起的。
二、 学生实验中培养学生创新能力
演示实验一般以老师为主体，边讲边演示，学生只是边听边观察，虽然能让学生掌握知 识和实验的要领，但学生只是被动参与，没有动手机会，难以调动学生的积极性，不利于学生创新能力的培养。如果能将部分演示实验改为老师指导下的学生实验，增设开放性实验，让学生亲自动手，把学生由“观众”变为“演员”，让他们在实际操作中品尝成功的喜悦与失败的遗憾，将大大激发学生的探索兴趣和创新精神。如，把Al(OH)3的制备实验改成学生分组实验。①Al(OH)3中分别滴加过量的氨水和NaOH溶液，现象如何，解释原因。②Al(OH)3中分别通CO2和滴加盐酸至过量，现象如何，解释原因。这时每个学生发挥各自的动手动脑能力，从现象到本质进行观察分析总结，从中获取第一手信息，与此同时，老师不适时机的提出实验室制Al(OH)3有哪些方法，学生由实验不难得出，实验室制Al(OH)3的方法有两种，A、由Al3+与氨水反应制；B、在含AlO2-的溶液中通CO2，并对Al(OH)3的两性有了更深刻的理解，Al(OH)3只溶于强酸强碱，不溶于弱酸弱碱。
三、 大胆改进实验，培养学生的创新能力
教学过程中，不能一味依赖教材，而要大胆探索，不断改进，尽可能使演示实验操作简便，现象明显，更安全，污染更小。如做铜与硝酸反应的实验时，利用启普发生器原理，设计了如图装置。实验时从长颈漏斗中加入硝酸，打开活塞，硝酸流入试管中，开始反应。如是浓HNO3，当红棕色气体上升到试管口时，关闭活塞，HNO3在气体压力下，流回长颈漏斗，反应停止。这样，不会有有毒气体排入空气中，这个装置操作简便，效果明显。做铜与稀HNO3反应实验时，关闭活塞，产生的气体为NO，但部分NO与试管中的氧气反应生成NO2，现象受到干扰，这时老师应鼓励学生排除试管中氧气的干扰，提高可视效果。学生提出用H2和CO2气体来排除氧气的干扰，通过对实验的反复设计修改，提出了如下方案：在试管中加入一些石灰石，再加入稀HNO3，待石灰石溶解后，再加入铜片，效果明显，观察到了无色的NO，最后打开活塞，让少量NO气体从导管口逸出，看到一丝明显的红棕色气体。既增强了学生的环保意识，又锻炼了学生的实验能力和创新能力。

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四、 实验设计中培养学生的创新意识
化学实验设计对学生的基础知识与实验技能都提出了较高的要求，老师在进行实验设计前，只需将实验目的提出，接下来，实验中有关化学知识和技能运用、方法的采用、仪器的选择、装置的连接、实验顺序等，都要学生自己解决。通过实验设计，让他们积极开动脑筋，充分发挥主观能动性，培养学生的探索精神，对发展求异思维、发散思维十分有益，同时还提高了学生解决实际问题的能力。如，学过CO2、H2S的制备以后，让学生设计一个随开随用的简易装置，部分学生能组装出装置①图，然后老师可以提供仪器，加以提示，根据启普发生器的反应原理，学生又陆续设计出②③④装置，之后，让学生用石灰石与盐酸反应加以印证，学生十分投入，效果明显。
又如：工业生产的纯碱中常含有少量的NaCl杂质。设计一个测定产品中Na2CO3质量分数的方案。此题所涉及的反应原理很简单，学生都知道用酸与样品反应，放出CO2气体，测定CO2气体的量就可求出产品中Na2CO3的质量分数。但与以往不同的是该题没有给出实验装置，而要学生自行设计。学生在设计方案前，首先要思考应该选用什么酸与样品反应怎样测CO2气体的质量（称质量还是量体积）。经分析，确定选用H2SO4与样品反应（盐酸具有挥发性，使测量的结果不准确，偏大），用称质量的方法测CO2气体的量，这样学生很容易就设计出发如图1所示装置。
问：这个装置是否存在缺陷？稀H2SO4与样品反应放出的CO2气体中可能含水量有什么杂质？对测定结果是否有影响？经教师提醒，学生发现CO2气体中混有水蒸气，在进入干燥管前必须除去，否则会使测定结果偏大，这样学生又将实验装置修改成如图2所示装置。
再问：这个装置完美了吗？酸与样品反应生成CO2气体可以全部补碱石灰吸取了吗？经教师的进一步引导，学生又发现当反应停止以后，广口瓶中还有CO2气体未被吸收，会使测量结果偏小。怎样才能保证广口瓶中的剩余CO2气体也被碱石灰吸收，对照图中所给的仪器，学生不难发现，只要内装置中鼓入空气，利用空气将广口瓶中的CO2气体排到干燥管中，但要除去空气中的CO2气体，否则会使测定结果偏大。经过教师的层层深入的诱导，最后学生设计出最佳装置，如图3所示。
五、 重视对意外实验现象的分析，培养学生的创新能力
化学实验的目的不仅在于巩固知识，更重要的是通过实验培养学生的探索精神。那么，意外实验现象可作为一条有效的探索途径。实验中若出现意外现象，老师要不失时机的抓着机会，充分利用意外现象引导学生思考。如，高一新教材讲放热反应时，将几小块铝片加入试管，再加入5ml盐酸，几乎没有反应，过了一段时间，开始出现气泡，一旦出现气泡后，反应明显加快，温度很快升高，最后可达80—90℃，为什么过较长时间才出现气泡，学生开始讨论，铝与盐酸一接
触就要反应，说明刚开始铝没有与盐酸接触，那铝片表面是什么呢？老师再展示表面已被氧化的镁条，学生很快能答出铝片表面已被氧化，生成了一层致密的氧化物薄膜，必须将这层氧化物除去以后，铝才与盐酸反应。只要铝与盐酸开始反应，放出的热使反应速度加快，现象十分明显。又如，H2的燃烧实验，H2在尖嘴管口点燃，火焰颜色不是淡蓝色而是蓝中带黄，这是为什么？学生经分析不能回答，老师再引导燃烧是在导管口进行，学生很快明白，黄色是玻璃导管引起的。那么用什么材料做导管呢？有同学回答用铁管、铝管，还有同学用瓷玻管，这个方案得到很多同学的认可。
有时，老师还要将可能出现的错误有意设计成错误实验，通地演示错误实验，让学生直接体会到错误实验所导致的后果，分析原因，在掌握知识同时培养学生的创新意识。如将一块较大的钠投入盛有CuSO4溶液的试管中，钠在水面很快燃烧，试管口出现雾状，并有燃烧现象，同时伴随尖锐的爆鸣声，试管内出现蓝色和黑色沉淀。学生通过实验很快感受到钠与水剧烈反应，放出大量的热，并分析出生成的NaOH与CuSO4反应生成蓝色的Cu(OH)2沉淀，放出的热使钠燃烧并点燃试管内聚集的H2，同时使Cu(OH)2部分分解成氧化铜，生成黑色沉淀。又如，钠的燃烧反应，取一块略大的钠放在一支干燥的小试管中部加热，钠燃烧试管断裂，学生很容易联想到钠的燃烧放出大量的热，还有同学会想到玻璃的熔点不高。
六、 课外实验中培养学生的创新能力
课外实验包括兴趣小组实验和家庭小实验两种，兴趣小组实验一般与生活实际直接联系，如测定雨水的PH值，水质的污染状况，吸烟对人体的危害等，这些实验往往没有现成方案可套，学生要完成必定要具备大面积搜索知识的能力，严密的思维，较强的预见性和灵活多变的解决方法。
家庭小实验是现行教材的一个重要组成部分，不能忽视，这些家庭小实验是课堂化学教学的一个重要补充，丰富了教学内容，是课堂教学的延伸，同时也增添了教材的活泼性、新颖性。家庭小实验题目可由老师布置，也可由学生自己设计与选择。无论哪种形式，只要学生独立完成，就能增强他们学化学的兴趣，又能很好地发挥他们的创新才能。由于家庭小实验没有考查的压力，约束小，学生更放得开、大胆尝试，随意多变，对学生观察力、动手能力及创造性思维等综合能力的培养有着独特的作用。如①检验食盐中碘的存在形式②蛋壳的成份③除去热水瓶及水壶中的水垢。如果学生能把所做的实验写成实验报告或归纳成小论文，那对学生能力的提高将有更大帮助。
创新能力是学生能力体系中极为重要的一环，实验教学又是创新能力最直接、最有效的培养途径，所以教学中不仅要发挥实验教学的优势，而且要不断挖掘蕴藏在实验中的创新因素，并以不同的形式让学生作出反应，以达到更好培养学生创新能力的目的。