化学实验设计与创新能力的培养，本文主要内容关键词为：创新能力论文,化学实验论文，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。
众所周知，化学是一门以实验为基础的自然学科。科学实验，是人类认识自然、利用自然、改造自然和保护自然的有力手段。科学技术的发展来自科学实验，因而我们的实验教学不仅仅是激发兴趣、获得知识，更要能启迪思维、培养科学精神和创新能力。中共中央国务院在1999年颁布了《关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》，强调要“培养学生的科学精神和创新思维的习惯，重视培养学生收集处理信息的能力。”实施素质教育，根本目的就是要为学生的终身学习和未来的发展打下坚实的科学文化基础，培养学生良好创新思维的习惯和能力，使之可持续发展以适应时代进步的需要。
创新能力的形成，除了必要的基础知识之外，更重要的是要有正确的思维方法和良好的思维品质，作为基础教育的中学化学教学，要十分重视创设良好的教学情境，利用一切教学手段，调动学生的主体意识，激活学生的灵感，鼓励学生标新立异，在实践中不断探索、评价，从而有所发现、有所创新。从培养思维能力入手，以达到创新之目的，正是我们强化实验教学之宗旨。
1 在化学实验设计中， 要重视思维能力的形成和提高的渐进过程
学生的思维能力的形成和提高，不可能一蹴而就，要有一个发展过程，在这个过程中，教师的作用应是“导师”而不是“教师”。学生在教师所创设的教学情境和思维的导向中，通过自身主体的努力，促进能力上的提高。
例1 苯酚的弱酸性
苯酚和乙醇都是重要的有机物，其分子结构与化学性质，既有相似之处，又有很大的不同。教师首先以苯酚和乙醇分别与氢氧化钠溶液作用的实验，创设教学情境，启迪学生思维，继而激励学生设计实验，使学生的主体作用和创造性潜能得以发挥。
实验目的：理解并掌握酚的概念和苯酚的弱酸性，培养学生的创新精神。
实验用品：试管、苯酚、乙醇、蒸馏水、质量分数为5％的NaOH 溶液、酚酞指示剂、金属钠、镁条以及学生在设计实验中所需用到的物品。
实验过程与思考
问题的提出：苯酚与乙醇都是由烃基和羟基直接相连的化合物，是否属于同一类有机物？化学性质是否相同？（学生静思）。
演示：2支试管各盛2mL NaOH溶液，并滴入一滴酚酞， 其中一支试管中加入0.5g苯酚，另一支加入1mL乙醇，振荡。（可看到加入苯酚的碱液的红色褪去，而加入乙醇者却不褪色），证明苯酚与乙醇在性质上有很大的区别——苯酚有酸性，乙醇无酸性，由此引出酚的概念。
思考：如何检验苯酚的酸性强弱？（引导：从强酸制备弱酸的原理上思考）。
学生实验：在苯酚钠溶液中通入CO[,2]（可看到有苯酚析出），证明苯酚酸性很弱。
激励创新：要求学生设计一个检验酚羟基的氢原子比醇羟基氢原子活泼的实验。（引导：从羟基上的氢原子的置换反应上来考虑）。
分组讨论，设计方案，进行实验。师生共同评议各种实验方案。以下是学生提出的2个典型方案：
①将苯酚溶于乙醇，加入一小粒金属钠（与乙醇比较），发现反应较乙醇激烈。②在苯酚澄清水溶液中，加入一小段去掉氧化膜的镁条（与乙醇水溶液比较），发现反应较乙醇激烈得多。
答案不是唯一的，①与②都是可行的，但②更佳，因为现象反差强烈。最后教师用“诱导效应”从理论上简要解释苯酚显酸性的原因，但不要求学生掌握，仅作开阔视野之用。
2 在化学实验设计中， 加强跨学科的综合分析能力的培养
跨学科的综合分析能力是人的综合素质的反映，只有具备良好的综合素质的人材，才能突破学科的局限，使创新有更广阔的空间。化学实验设计中要尽可能赋予综合的内涵，以培养分析的能力。
例2 氮气和金属镁的反应
实验目的：掌握氮气与某些金属反应的性质，培养综合分析的思维能力。
实验用品：镁条、白磷、截去底部的广口瓶、水槽、带塞子的燃烧匙。
实验装置：如图1所示。
实验过程与思考
思考1 如何从空气中分离出氮气？ （引导：从初中有关空气万分证明的实验中考虑）。
操作1 将截去底部的广口瓶放置水槽中， 然后将盛有白磷的燃烧匙点燃后插入广口瓶中，塞紧瓶塞。（现象：产生大量白烟，继而逐渐消失，广口瓶中液面上升至约占瓶容积的1／5。）
思考2 如何保证当揭开瓶塞时不致使空气进入广口瓶中？ （引导：要学生认真观察广口瓶与水槽的液面高度差，从瓶内外压强应相等来考虑）。
操作2 再向水槽注水使液面与瓶内液面持平， 以保持瓶内外压强相等。
操作3 揭去瓶塞，用点燃的木条插入瓶中。（现象：熄灭， 证明不含氧气）。
操作4 用铝箔包紧橡皮塞，并插上约8cm镁条，点燃后立即插入广口瓶中，塞紧瓶塞。（现象与思考：可看到镁条继续燃烧，说明什么？瓶内液面迅速上升，为什么？）
讨论分析操作4中各个为什么，并写出有关反应的化学方程式
本实验很精彩，能激发学生浓厚的学习兴趣，特别是结合物理学科知识分析化学现象，学生的综合分析思维能力得到了有效的训练。
3 在化学实验设计中，以发散思维促进创新思维
发散思维，就是从多角度、多方位去思考问题，再在众多的方案中通过评价有所取舍，使新事物脱颖而出。
例3 U型管的妙用（本实验适合课外活动）
U型管在中学化学实验中用得不多，但若将U型管与其他一些简单的实验用品配合使用，却有广泛的用途。本实验要求学生运用已有的知识与U型管的结构特征结合起来，设计一系列的实验装置， 以此发挥学生创造性潜能。
实验目的：利用U型管和一些实验用品，设计实验装置， 培养学生创新能力。
实验用品：U型管、其他可能要用的用品（如导管、 橡皮塞等等）。
实验过程
（1）教师的启发引导
两物质间反应的基本条件就是两物质要互相接触，如果脱离接触则停止反应。启普发生器之所以能使反应随时发生或停止，就是通过反应容器中的压强变化而引起流体的流动，从而使固液两反应物接触或脱离接触。假如用图2所示的简易发生装置制备某种气体， 固液两反应物尚未接触，当然没有反应，若要使之反应，可采用什么措施呢？一般学生会说继续加入液态反应物直至与固态反应物接触为止。教师追问：又要使反应停止呢？学生在教师的追问中进行反思及评价，从而否定这种没有新意的措施。有些学生会拿出已学过的现成的答案——在该装置上加上长颈漏斗和止水夹，此时，教师激励学生不要用现成的答案，要有自己的独到见解，并故意晃动试管以激活学生的灵感。至此，一些观察敏锐、思维敏捷的学生会立即意识到将试管斜放或正放即可使反应发生或停止。接着教师拿出U型管，要学生观察其结构特征——双管连通， 液体或气体可左进右出，若受压强的影响，U型管中的液体可以左下右上，要求学生设计实验装置。
（2）学生设计实验装置
实验要求：用U型管和其他必要的用品， 设计简便实用的气体发生装置或其他实验装置，并说明实验装置的具体用途和优点。
学生综合已掌握的化学原理、反应物状态、反应条件和U 型管结构特征等多方面的知识进行设计和实验。教师参与学生的讨论并进行必要的点拨和指导。
能用U型管组装的实验装置有多种， 下面是学生设计的几种有代表性的实验装置及其使用说明：
装置Ⅰ适用于粒状或块状固体与液体反应物反应制备气体（常温），如制备H[,2]、CO[,2]、H[,2]S等。 液体反应物从左管口注入至塑料档板底部（不能与固体反应物接触），将U型管向右倾斜，即发生反应，正放则停止反应，制备气体就像倒水那样方便。装置Ⅱ适用于粉末状态的固体与液体反应（常温）制备气体，如制备Cl[,2]、（KMnO[,4]＋HCl），O[,2]（Na[,2]O[,2]＋H[,2]O），C[,2]H[,2]（CaC[,2]＋H[,2]O）、SO[,2]（Na[,2]SO[,3]＋H[,2]SO[,4]）。装置Ⅲ是将U型管的右管截去一半，装上带活塞尖嘴导管的塞子，塞子下面插上铝片或镁条、铜片等，也可用大头针将钠粒固定在塞子下面，从左管口注入NaOH溶液或盐酸、稀硝酸、浓硝酸、水等，直至右管内的铝片等金属完全浸没，不留空气。该装置既可用做制备气体，又可用于储备气体，也便于观察和检验气体，尤其是制备NO，由于右管内的空气已被排尽，反应储备的气体为无色，当启开活塞，喷出的气体则变为红综色（尖嘴导管上方倒罩一个用碱液润洗后的锥形瓶，以防污染）。
在学生展示自己的作品中，一些学生从别人的设计中得到启发并给予改进，又产生新的设计，如装置Ⅱ，一位学生提出在U 型管的右管中间塞进一团石棉，并在其上放置Na[,2]O[,2]，U型管底部放入CaCO[,3]，胶头滴管滴入稀HCl如图4所示，用带火星的小木条放在导管口，即可用于检验CO[,2]与Na[,2]O[,2]反应的事实。
这种发散性的实验设计，学生的创新欲望得以极大地发挥，其聪明才智也得到充分的展示（以U型管为主体的实验装置还有很多， 如气体的干燥或冷凝等等，不一一赘述）。总之我们并不要求学生都像科学家那样有伟大的发明创造，但我们要求学生在原有基础上有所突破、有所创新，形成良好的“创新思维的习惯”。正如布鲁纳所说：“发现不限于寻求人类尚未知晓的事物，确切地说，它包括用自己的头脑亲自获得知识的一切方法。”
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