以微型实验装置探究为载体培养学生的创新思维能力，本文主要内容关键词为：培养学生论文,思维能力论文,装置论文,为载体论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
科学的核心是探究，科学探究的过程就是解决问题的过程；创新思维能力是产生新想法、发现新事物的能力，而新想法的产生和新事物的发现过程，从某种程度上说，就是发现问题、探究问题的过程。因此，创新能力总是在问题解决中发展起来的。
化学教材中安排了许多演示实验、分组实验和实验习题等，但在教学中却发现许多问题。如，做“喷泉”实验时很多学生不明白为什么能产生喷泉；Cu与硝酸反应时产生很多有害气体，严重影响师生健康；制备
时，副反应影响实验，现象不明显等等诸多问题。另外还有常规实验装置庞大、浪费药品、实验时间长等缺点。而微型实验仪器价格低，易于实现人手一套，方便人人动手、时时动手、处处动手，从根本上解决了学生动手机会少的问题。此外，微型实验节省经费、缩短时间、操作简便安全、现象明显、污染小，有利于提高学生的学习兴趣，增强了学生的动手能力和分析问题的能力；有利于培养学生的创新思维和环保意识。
探究性学习是学生自主地获取知识和技能，体验和了解科学探究的过程、方法，形成和提高创新意识，树立科学的价值观的活动过程。开展探究性学习，如果使用常规的实验仪器，由于仪器规格已经定型，比较大，组装麻烦，占用空间大，所需药品量多，操作复杂，实验时间长，一般是分组实验，难以实现人人动手和随时随处做实验来进行探究性学习，这就给探究性学习带来一定的局限性。相比之下，微型实验具有仪器小巧、简便、快速、节约、安全等优点，方便每位学生随时随处遇到问题就可以设计实验、做实验，从实验中思考并探讨结论，开展探究性学习。由此看出，微型化学实验设计是开展探究性学习、培养学生思维能力的有效方法和途径。
一、增加实验的学科内综合，培养思维的广阔性
思维的广阔性是指思维的广度，化学实验思维的广阔性表现为思路开阔，既能纵观实验的整体效果，又能兼顾问题的操作规程细节；既能抓住实验的关键，又能兼顾有关的其他问题；善于归纳、总结、分类，形成知识结构层次。化学思维的广阔性是多层次、多角度的立体型思维。
图1 实验装置
化学知识体系的综合性特点要求学生的思维品质要有一定的广度，这样才能在微型装置设计中用全面的、综合的观点看问题。克服学生思维的局限性、片面性、孤立性，使学生把实验过程中各种要素相互联系起来进行综合的思考。如在“喷泉”现象的形成原理及微型实验验证装置探究中，提出“喷泉”现象是由于研究体系与环境中的气压不同造成的。通过“喷泉”现象可研究物质的溶解性、压强及温度的变化等。学生进行了以下探究并设计了对应的装置。
1.用物理方法减小上部空间压强产生喷泉
按图1连接仪器，把注射器的活塞向外拉出使干燥管内的气压减小，在外界大气压的作用下把水压入到干燥管中。
2.用物理方法增大下部空间压强产生喷泉
按图2连接仪器，在锥形瓶中装入乙醇，用沸水浴加热，因乙醇的沸点为78℃，所以在锥形瓶上部的乙醇蒸气的气压逐渐增大，最终把锥形瓶中的乙醇压入到干燥管中。
图2 实验装置
3.用极易溶于水的
或HCl使上部气压减小产生喷泉
按图3连接仪器，在小药剂瓶中装入氢氧化钠固体，用注射器向药剂瓶中注入浓氨水，产生的进入干燥管（必须是干燥的）后，由于的密度比空气的小，所以整个装置中的空气由下部导管排出，当充满整个装置后也由导管排出并进入烧杯和水接触，由于极易溶于水，水沿导管进入干燥管产生喷泉。
图3 实验装置
由于HCl的密度比空气的大，所以不能采取上口进气的方法，而改为图4的装置进气（干燥管上部封口）。图3与图4的区别为：①为了使干燥管内的空气顺利排出，图3中干燥管内的导管短，同理在图4中的导管应长一些。②由于和HCl的密度不同，分别采取了上口进气和下口进气的方法。
图4 实验装置
4.通过化学反应使气压降低产生喷泉
如图5连接仪器并装入药品，用注射器a向试剂瓶中注入浓盐酸，产生的
气体进入干燥管，通过向下排空法排出干燥管中的空气并充满整个干燥管，再由注射器b注入NaOH溶液和反应，使干燥管内的气压降低，当打开止水夹后就可以形成喷泉。
图5 实验装置
二、分析、鉴别设计实验，培养思维深刻性
思维的深刻性就是思维的深度，是发现和辨别事物本质的能力。化学思维的深刻性表现在：善于抓住化学反应的特殊性，善于洞察化学反应的本质属性和内在联系，善于挖掘隐含的条件和发现新的有价值的因素，能迅速确定化学反应与微型装置之间的关系，组合成各种有效的实验方法。如Cu与硝酸反应时产生很多有害气体，严重影响师生健康。在教学中引导学生分析铜与浓硝酸和稀硝酸反应时的内在联系和规律性，认清反应的本质特征，设计如下的微型实验。
由于没有尾气处理装置，在实验过程中产生的
和NO对师生的健康造成一定的影响。同时教材中安排了NO与
反应和与水的反应等，但没有安排对应的演示实验，而本节内容又是高中化学的重点和难点，在教学中我们发现学生对这些内容理解困难且难以掌握。因此，我们在教学中对该部分内容进行了以下改进与安排。
1.铜与浓
的反应
(1)把粗铜丝弯成如图6的铜圈形状，使它的直径比注射器内径略大。（铜丝要留有一定的缝隙，这样在压缩时有一定的弹性，以便在放入注射器后能与注射器内壁结合在一起而不能自由移动。）
图6 铜圈
(2)吸入浓后，关闭止水夹。
(3)横放（如图7），浓与粗铜丝接触发生反应。
图7 实验装置
(4)当生成一定量后，竖放，浓与粗铜丝分离（如图8），反应停止。
图8 实验装置
2.铜与稀的反应
(1)重复上述(1)至(4)步（要吸入稀），注射器内生成五色的气体（如果反应慢可以在热水浴中加热）。
(2)在另一注射器内吸入一定量的空气。
(3)把两支注射器用导气管按图9连接。
图9 实验装置
(4)打开止水夹，把生成的NO气体压入到另一支装空气的注射器中，可观察到气体由五色变为红棕色。
3.NO与的尾气处理
在100mL注射器中吸入5mol/L NaOH溶液15mL，把实验1得到的与实验2得到的NO分别推进到100mL注射器中，关闭止水夹，振荡注射器，观察，红棕色褪去。
4.铜与浓反应后溶液的颜色变化
实验1中残留的液体为绿色而不是蓝色，向注射器中吸入水稀释并振荡，溶液变为蓝色，说明绿色为蓝色铜离子和红棕色的复合色。
三、克服思维定势的束缚，培养思维的灵活性
思维的灵活性是指能够根据客观条件的变化及时调整思维方向。设计微型实验装置思维灵活性的突出表现是善于发现新的条件和新的因素，在思维受阻时能及时改变原定策略，及时修正思考路线，探索出解决问题的有效方法。思维的灵活性越强，就越容易实现知识的迁移。如氯气的化学性质是高中化学的重点内容，能让学生亲历
的强氧化性、与水反应、次氯酸的漂白性等性质，无疑比任何说教都强，那么应在怎样的微型实验中体现这些原理并减少或杜绝尾气的排放呢？这就要求同学们克服常规思路，解放思想，把所有的反应过程集中到一个反应体系中。如图10所示过程。
图10 实验装置
1.氯气的氧化性及氯水的性质实验设计
在培养皿中放一块九穴点滴板，按图10加入各种药品及用品。在
固体上滴入浓HCl，然后在培养皿上盖一个3cm高、内径比培养皿内径略小的塑料瓶底。观察反应过程及现象。等反应结束后，用一注射器吸入稀NaOH溶液注入培养皿中，吸收尾气以减少对空气的污染。
2.氯气与钠的反应
如图11所示，在培养皿中放一小块玻璃，在玻璃上放固体及去掉氧化膜的小块金属钠，在固体上滴入浓HCl（反应慢可以把培养皿放在石棉网上，火焰对准金属钠用酒精灯加热），然后盖上塑料盖，观察现象，最后用NaOH溶液吸收尾气。
图11 实验装置
3.氯气与氢气的反应
如图12所示，在一注射器中放入几块锌粒，然后吸入稀盐酸，使之反应产生
，在一点滴板上放入固体，并滴入浓HCl，把注射器中的推出并在酒精灯上点燃，然后移到点滴板上方，观察现象，火焰呈苍白色并产生大量白雾。
图12 实验装置
四、增强微型实验装置设计的条理性，培养思维的逻辑性
思维的逻辑性是指正确掌握概念并运用概念形成恰当的判断，进行合乎逻辑的思维形式。化学思维的逻辑性表现在：能借助化学概念，通过判断和推理，反映化学过程的本质，揭示其内在联系，从而获得对化学过程的规律性认识，或者是运用化学概念进行因果分析、概括、比较、归纳，探究化学过程的差异性，得出化学变化或现象的综合特征。例如，对电解饱和食盐水的理解，先树立氧化还原的概念，再建立电解概念。设计微型实验装置必需具有一定的条理性，符合思维的逻辑性。
有些实验装置涉及的化学反应多，知识的跨度大，要求学生具有一定的逻辑思维能力。如电解饱和食盐水的微型实验装置设计。
1.电解饱和食盐水
如图13所示，在培养皿中加入饱和食盐水，在两边分别放入两个电极，在石墨电极上盖一层脱脂棉，在脱脂棉上滴加KI淀粉溶液，在铁棒电极上同样盖一层脱脂棉，在脱脂棉上滴加肥皂水，在饱和食盐水中滴加酚酞试液。
图13 实验装置
按图示用学生电源接电，电解。可观察到石墨电极上的脱脂棉变为蓝色，铁棒电极上的脱脂棉上有气泡产生，用火柴点燃有爆鸣声，同时铁棒电极周围的溶液变为红色。
2.的制备及性质实验
如图14所示，在小烧杯中加入煮沸过的饱和
溶液，在溶液上方加入一层煤油，放入石墨电极和铁电极，通电电解，可观察到小烧杯中部生成白色的沉淀，长时间不变色。
图14 实验装置
把两个电极与电源的正负极反接，可观察到白色沉淀迅速变为灰绿色。
化学是一门以实验为基础的学科，但现行教材中的实验并不是十全十美的，在教学中要鼓励学生善于发现问题，敢于质疑，大胆求证和改进。而微型化学实验是体现绿色化学思想的一种实验类型，它是以尽可能少的化学试剂来获得明显、清晰的反应结果和化学信息的实验原理和技术。因此从常规实验到微型实验装置的改进与设计是开展探究性教学的良好素材，在这一过程中必能开发学生的创造性思维，提高学生的思维品质、创新意识和科学素养。
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