在化学实验教学中培养学生创新精神的理性思考与实践

关键词：创新精神 学生实验 探索性实验 环保教育

化学科在中学阶段诸门学科中最凸现的特点是，它是一门以实验为基础的自然学科。化学实验是使学生由感性认识到理性认识、使之认识物质及变化规律、培养科学态度的重要环节。中学化学教学大纲要求，中学化学教师在教学中“逐步培养和发展学生的观察能力、思维能力、实验能力和自学能力等，重视科学态度和科学方法的教育并注意培养学生的创新精神”。创新精神是在创造革新过程中表现出来的刻苦的、勤奋的、自觉的、坚韧的、实事求是的科学精神，是每位炎黄子孙必备的精神。学生的创新精神的基本内容包括与发现新关系相关的学生的动机因素、情意因素和智慧因素。动机因素是由发现新关系的需要转化成的推动人们发现新关系的力量，具有较大此力量的学生对新事物尤其敏感，认识问题、处理问题有独到之处；情意因素就是在发现新关系上表现出来的肯定的情感体验与坚韧的意志品质；智慧因素包括操作因素和调节因素。操作因素即加工创造对象信息的因素，如记忆想象思维等；调节因素是通过纠正失误等控制操作因素而正常活动的因素，如元认识等。学生创新精神的培养和能力的提高是关乎民族兴衰、国家强盛发展的大课题。如何在中学化学教育教学中开展创造教育，培养学生的创新能力和创新精神，是化学教育“面向世界、面向现代化、面向未来”的重大课题。而创新能力的发展必须在化学教育教学中抓好创新精神的培养。而在化学实验教学中培养学生创新精神，则是摆在每个化学教育教学工作者面前的一项复杂而艰巨的任务。这与化学教师在这方面认识的科学性和实践的正确性、合理性相关甚大。也是关乎教育教学改革成败的重大问题。本人经长期的教学实践和认真的思考，认为抓好如下几个方面是关键：

一、做好演示实验、学生分组实验和家庭实验，培养严谨认真的科学态度和科学方法，打好培养创新精神的基础。

学生掌握化学知识要经历“感性－理性－应用”的科学认识过程。中学化学教学大纲指出：“化学是一门以实验为基础的学科。实验教学可以帮助学生形成化学概念，理解和巩固化学知识，培养学生观察现象、分析问题、解决问题，初步掌握一些常用的化学实验技能，培养学生实事求是、严肃认真的科学态度和科学方法”。

初中化学教材（人教版）编排的演示实验有64个，高一化学演示实验有43个，高二化学演示实验有33个，高三化学演示实验有23个，这些演示实验都有相当的基础性、目的性、典型性、指导性意义的。教师要在熟悉教材和实验内容的基础上组织好演示实验，在演示实验的全过程，一定要求学生明确实验目的、需要的实验用品、实验的操作步骤。并对实验现象进行认真观察和缜密的思考，达到实验的目的和满意的效果。这就需要教师要有熟练的实验的技能技巧、规范标准的实验操作、严肃认真的实验态度去感化、去影响学生。尤其要告诫学生，不严格遵守实验操作规程会带来什么样的反效果，使之形成一丝不苟的治学精神和严肃的实验态度。同时，在演示实验过程中，不应仅仅按规定将实验做完，而应不失时机地在各个环节启发、调动学生的积极思维，并使之在一连串的高度的思维活动中理解教师演示实验的意义，掌握实验技能技巧，准确地观察实验现象和得出正确的实验结论，达到預期的目的。演示实验的功能中，培养学生创新观察能力和创新实践能力，也是一重大功能。观察是进入知识殿堂的门口和窗户，深入细致的、精确周密的、系统的创新观察能力是所有科学发明和科学发现的基础。实践是有目的行动的体现，创新实践能力是将具有创意的思维构想、新颖的精力设计付之实施、见之行动的能力。这就需要教师加强和补充课堂演示实验，并在实验过程中启发学生用不同视觉去观察去思考去发现去总结。本人经常注意留有新“开发区”让学生去探索，如本人在讲授高一第一章“氯气的制法”时，不忙于去“验证”，而是先要学生思考：1、液态物质和固态物质在加热条件下反应的装置应需要什么仪器？2、制CI2的药品是什么？反应原理如何？3、为什么要进行气密性检验？如何检验？4、应如何收集CI2？为什么要用该法收集？5、制取气体时，为什么有的尾气要吸收？如何吸收？并让学生自行设计气体的发生、收集等整套装置。并要求增加如下实验：把CI2通入滴有石蕊试液的水中、CI2通入滴有酚酞试液的NaOH溶液中、CI2通入KI溶液中等性质实验。在教师指导下，让学生动手进行演示操作，亲自实践，品尝“创新”的成功滋味。同时，课堂气氛热烈，人人开动思维“机器”，使学生人人印象深刻，历久不忘。这样，学生的素质也自然而然地提高，创新观察能力和创新实践能力就逐渐培养起来。

学生实验是学生在学习化学理论知识和观察老师演示实验后进行动手操作实验的过程。从仪器的使用、药品的取用、操作步骤和操作规程的正确与否、实验目的、实验原理和实验内容的领会、实验现象的观察到实验注意事项和实验结论的书写等。对于中等程度以下的学生来说，经常会出现这样或那样的实验操作上的错误，这就需要教师及时指导和纠正，使学生逐渐做到熟练、规范、准确，把有关的实验基础知识打牢。

新编初三化学教材的特色是安排了13个家庭化学实验，这些实验既活跃学生课余生活，自觉地增长化学知识，又使家长、学生了解到，化学就在生活中，化学现象就在家庭里。化学与生活、生产密切相关，反过来更好地体现化学是以实验为基础的学科。家庭实验既增加学生的人人参与，人人动手的操作能力，又培养学生学习化学的兴趣和创新能力，起着一石二鸟的作用，也是教材改革的新创举和新成果。现试行的高中新编教材也进行该方面的改革和尝试，第一册有8个学生实验，第二册有14个学生实验。第一册有6个家庭小实验，第二册有8个家庭小实验，这样培养学生的动手能力，科学态度和创造精神，起着良好的作用。

按教材要求进行的演示实验、学生实验和家庭实验，这还不够。开展第二课堂加强化学实验教学，是近年来探索出的良好途径。每个年级都组织一定数量的化学兴趣小组，定员、定时间、定地点、定内容进行活动，以化学实验为主要内容，进行化学实验基本操作技能和趣味化学实验等。这样，进一步拓展学生化学知识视野，激活学生思维，获取大量感性知识。在教师指导下进行“抽丝剥茧、去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里”的思维加工过程，实现由感性认识到理性认识的飞跃，为进一步培养解决化学问题的能力打下良好的坚实的基础。

通过一系列的化学实验，培养学生严谨的治学态度、实事求是的科学精神和勇于实践、不断探索的良好学风，为在实验教学中培养学生创新精神营造良好的基础条件。

二、在化学实验教学中培养学生创新精神的方向和做法。

1、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。必须培养学生具有创新思维的“四性”，才能使其在探索性实验中探索出“阿里巴巴”的宝藏来。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。如在学习高二“镁、铝”这章书中，本人增加了下列内容：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。

2、把化学实验教育教学和美育有机地结合起来，营造化学实验美的氛围，培养学生的创新素质和创新精神。

爱美之心人皆有之。化学作为现代科学一门所具有学科美，吸引着千千万万的学子不停地追求与探索。而化学实验美则是架构化学美育的主体，对认识和研究化学知识起着无可替代的作用，化学实验教育的美育，包括向学生展示化学物质美、化学仪器美、实验操作美、实验现象美、实验装置和谐美、化学实验现象描述美等。讲授化学物质美时，我们用幻灯、电视图片等展示桂林芦笛岩、肇庆七星岩、云浮龙宫、阳春龙洞等。巧夺天工、千奇百怪、令人叹为观止的钟乳、石笋、石柱。实际上是下面两个反应的结果：CaCO3＋CO2＋H2O＝Ca（HCO3）2、Ca（HCO3）2＝CaCO3＋CO2＋H2O；而画家描绘出色彩缤纷的至艳至美的画图，则是铁红、锌钡白等化学颜料合理配答的结果；石膏头像和石膏模型精美的艺术品，都是化学物质美的缩影。化学教师开展化学美育教学的重要环节，是在演示实验中和引导学生在分组实验、家庭实验、第二课堂实验中抓好实验装置和谐美、实验操作过程美和实验现象美。如氯气的制法和性质的连环实验，由CI2的发生装置－盛浓流酸的干燥装置－收集装置－滴有石蕊试液的水的集气瓶－盛碘化钾溶液的装置－滴有酚酞试液的NaOH溶液的装置，一整套装置错落有致、和谐美观，而其中的各个装置中的实验现象又各不相同，引起学生浓厚的认识兴趣和探索兴趣；又如氯化铝溶液与氢氧化钠溶液的反应：先把氢氧化钠溶液逐滴滴入氯化铝溶液中至过量，又反过来把氯化铝溶液逐滴滴入氢氧化钠溶液中至过量，反应物相同，而操作不同导致实验现象的不同，使同学们诧异之余，引起其思考和探索；又如做乙醛的还原性实验时，先把氢氧化钠溶液滴入硫酸铜溶液中制得美丽的蓝色絮状物氢氧化铜，然后与乙醛混合加热后得到红色的沉淀氧化亚铜。这一系列变化令人赏心悦目。可见化学实验现象美有着无穷的魅力，更能激发起同学们创造美之欲望，自然而然地培养了学生具有创新意识和创新精神。

化学实验教学要经常地、不断地营造美的氛围，如利用实验挂图、模型、幻灯、投影、录像、电视、电脑等媒体，展示化学实验的整体美，使之耳濡目染，欣赏感受并熔化在化学美的氛围中，逐步激发学生探索化学的浓厚兴趣，消除其对化学的偏见和误解，提高其对化学创美、审美、赏美的能力，为培养学生的创新意识和创新精神提供条件。

3、把环境教育和化学实验教学有机地结合起来，提高学生的环保意识和环保观念。

在过去的十九、二十世纪中，化学科学和化学技术连锁般的发展，为人类创造巨大的财富，促进了社会的文明发展。化学在科学领域中占有重要的一席之地，成为人们研究的重要对象。化学与社会、化学与环境、化学与生活、化学与技术、化学与健康等，也成为社会的聚焦点。但化学工业的发展，也带来了日益严重的负效应－即对人类生活的环境造成污染，引发一桩桩环境污染问题。如日本水俣甲机汞中毒事件、南极臭氧空洞、温室效应、伦敦光化学烟雾、1995年上海光化学烟雾、1997年重庆地区的酸雨事件，现居住地的水源污染、空气污染等，对社会对人生所造成的危害难以赘述。因此，化学教师对学生进行环保教育须加大力度。利用化学实验教学进行环保教育，增强学生的环保观念和环保意识。而培养学生的环保意识和环保观念，必须把实验课作为环保教育的主战场。如何把课程内容教育和环保教育有机起来，达到一石二鸟的作用，则需要教师的言传身教，而教师的规范、正确的演示实验操作，则环保教育的关键之所在。这就需要教师有扎扎实实的基本功，娴熟的实验操作技能技巧。如固体药品的称取、液体的量取和转移、固体和液体混合物的过滤、装置气密性的检查、有毒尾气的处理等。准确、规范的动作（和操作）可避免污染。教师要经常营造一种让学生探究的氛围。如：“CO还原CuO”的实验中，尾气应如何回收？让学生设计各种方案，然后教师与学生一起分析各种方案的优劣，可行方案中选出最优者用之。这样，既启开学生心智，又拓展其知识视野，并使其领略到设计成功的喜悦，达到培养学生创新精神的目的。同时，使学生们养成对有毒气体防污染、防扩散的习惯意识。如对氯气制取时多余尾气吸收的方法、二氧化硫性质实验和制取的尾气的吸收方法、电石与水制乙炔时杂质有毒气体的除去方法、硝酸生产的尾气吸收方法、煤的干馏和石油蒸馏等实验中的污染消除方法等。由于教师有意识地引导学生注意这一系列的环保问题，学生在解决这类问题也就有板有眼，实验操作起来就能有较强的环保意识，实验室里的“三废”也就大为减少了。同时，加强化学课外活动培养环保意识和环保观念。学生的环保意识和环保观念的提高，除教师的表率作用外，通过第二课堂开展化学课外实验来加强学生的环保意识，也是化学教学不可缺少的一环。由于学生课外化学实验人数多，药品需求量大，推广“微型实验”很有必要。该操作技术是用尽可能少的试剂进行实验而获得较明显的实验结果和准确的反应结论的实验方法。它使学生体现了绿色化学的减量原则（减少化学药品的用量、减少“三废”排放量），教育学生提高环保意识和节约办好事情的方法。

同时，利用活跃丰富的化学课外实验，让学生直接参与环境保护、环境监测等实验，有效地提高学生的环保意识，增强环保责任感和使命感。并培养广大学生具有创新观念和创新精神，为环境治理和环境保护闯出新路。

4、经常地、认真地纠正学生在化学实验操作中的错误，使学生实验规范化。

化学是以实验为基础的学科之一，培养学生的实验能力是化学实验教学的内容之一，让学生动手实验、亲自实践，使学生对千变万化的化学现象的暂时兴趣转化到认识化学规律、探索化学的永久性兴趣上来，形成探索化学规律、探索新事物奥秘的巨大动力。这就需要培养学生严谨的治学态度和科学精神。由于各种条件所限，普遍存在着学生对化学实验基本操作和基本实验技能还未过关，做学生实验和第二课堂实验时，常犯着这样和那样的错误。有时，由于某个环节上出现差错，往往会影响实验的准确性甚至造成相反的结果。例如中和滴定中造成结果的偏高、偏低的因素；银镜反应中AgNO3溶液或氨水浓度过大造成无银镜而产生黑色沉淀物；用量具量取液体时的仰视、俯视造成读数的偏大或偏小而影响反应结果等。

总之，经过多年教学实践后，本人进行一系列的探索和理性的思考，深深地体会到培养学生创新精神和创新能力是当前和今后化学教学中的一项长期而艰巨的任务，是时代的需要，是化学教育教学的新课题，也是实施素质教育的重要环节。因此，教师要更新观念、当好主导，把握新的机遇，迎接好新的挑战，让创新教育结出累累硕果，让学生的创新精神建设好祖国的明天！