创新性教学理论与实践研究 —论创新教育在中学化学实验教学中的实施策略 作者：廊坊师范学院化学系2005届 赵铁柱 指导教师：陈金凤 摘要：创新性教学是以培养学生的创新精神和创新能力为基本价值取向的教育实践，在中学化学实验教学中通过实施一系列有效的创新教育教学策略，可以全面提高学生的智能，培养其创新精神和综合实践能力。 关键词：创新性教学 实施策略 前言: 2003年4月教育部组织修改并颁布了《普通高中化学课程标准（实验稿）》及《全日制义务教育化学课程标准（实验稿）》（以下均简称《课标》），在这两部纲领性文件中都明确提出“创新性教学是以培养学生的创新精神和创新能力为基本价值取向的教育实践，以创新性教学思想为指导的创新教育是以培养学生的创造欲望和创新能力为目标，以发掘学生的创造潜能，促进其个性健康发展为宗旨，是素质教育的重要组成部分。” 中学化学教育是实施素质教育的重要组成部分，而实验教学是化学教学的基本特征。在化学实验中从仪器的组装到药品的配置，从物理变化中形、色、味、态的变化到化学变化中声、光、电、热的现象都呈现出极丰富生动的直观形象，这既是本学科的基本特征，又为培养学生的创造性思维提供了广阔空间。因此，在指导学生学习化学基本概念和原理时，通过实验教学来实施一系列的创新教育、教学策略，使他们能够掌握基本的实验原理和手段，学会科学探究的基本方法，学会辩证地认识客观事物，达到全面提高学生能力，发展其智力的总目的。为将来能够独立地、有创造性地进一步学习和工作奠定比较扎实的基础。 按照主体性学习的理论观点，结合《课标》对实验教学的基本要求，本文就创新教育在中学化学实验教学中的实施策略提出几点不甚成熟的见解： 一.用“小实验”来培养学生的观察与思维能力 创新的观察、思维意识是形成创新能力的基础和核心。周密、精确、系统的观察与思考是一切科学实验及科学发现的前提。而在传统的实验过程中，学生往往有枯燥感，造成培养实验能力的切入点不充分。怎样改观这一现象？经研究我认为：可以充分利用化学实验形象、直观、有趣的特征，通过一些有趣的“小实验”来激发学生的实验探究兴趣。同时在演示或操作过程中，指导学生科学、有序地进行化学实验现象的观察，并在问题的启发、诱导下思考。如： ①观察实验装置，思考为何要选用这些仪器并采取这种安装顺序？不遵循此顺序会带来什么不良后果？ ②观察反应条件，思考实验时应选择何种物质状态、变化温度、压强或催化剂？为何要选择这样的条件？ ③观察现象变化，思考哪种物质发生了变化？为何能发生这种变化? 科学观察不是走马观花，必须引导学生学会在观察中思考，在思考中观察。 又如：在做硫的燃烧实验时，同学发现硫在空气中燃烧时产生淡蓝色火焰，于是学生会问：“既然我们学过物质燃烧时有不同的特征，气体燃烧时产生火焰，固体燃烧时产生火星或火花。而硫在通常状况下是固体，可是，它在空气中燃烧时为什么产生火焰而不产生火星呢？”这时教师只要引导学生仔细观察硫燃烧时的特征就能把握其中的奥妙。 原来硫燃烧时，先液化后气化，这样它在空气中燃烧产生淡蓝色火焰的现象就不足为奇了。 再如：在学习铁的性质做“铁钉生锈”这个演示实验时，可以先让学生自己找材料，每人在实验前十天准备三支干净的小玻璃瓶。指导学生按照装满水、少量水、干燥三个不同条件各放入洁净的铁钉一枚。要求每天观察一次并做好记录。到这部分内容成为学习重点时，让学生带来他的实验探究“成果”，教师提出启发性的问题引导学生讨论与智能操作相结合，形成师生互动的学习情景，直到得出正确结论。学生体验了“做中学”的乐趣，并在做的过程中，获得认识新事物的方法，效果就比较好。?? 总之，在小实验中也可以使学生的主体性得以充分地发挥。同时学生从实验现象、实验操作的不同视角去考察研究现象，揭示其实质。当他们发现异同现象时，会提出探索、研究的问题，从而进行同步思考，即“在观察中思考、比较、提出问题，在思考中观察、研究、解决问题”。在此过程中养成良好的观察与思考习惯，方法的掌握也就蕴涵于其中了，进而能力得到培养，智力得到发展。对教师来说，才能称得上完成了教学任务。 二.在“小设计”中培养学生创新的个性思维 《课标》指出：“要坚持以学生发展为本的教育思想，以促进全体学生的个性发展作为出发点，培养其创新精神和综合实践能力”。因此，为了提高化学实验教学中思维训练的功效，教师不但需要宏观地把握《课标》、教材的整体，还应提炼出典型的化学实验对学生进行有针对性的思维训练。而且要根据实际情况将教材规定的某些演示实验或学生实验改造为设计实验和综合性实验，让学生根据实验要求自己提出实施方案，以使其掌握创新的思维方法。 尝试自主设计实验的出发点就是改变过去易造成“照方抓药”的实验模式，使学生真正掌握实验的主动权，通过对“理论→实践→理论”的反复实践、理解与提升，将理论和实践紧密地结合起来，在巩固理论、扩展知识面、开发智力的过程中，培养了个性思维。?? ??? 但是在引导学生开展实验自我设计时，要坚持“从小到大，从简到繁”，循序渐进的原则，要使学生明白，设计无大小之别，只要有合理的创新点就是成功的设计，以免适得其反。学生要想有效地进行实验设计必须把握以下几点： ㈠、开展化学实验设计对学生基础知识和实验技能的要求 1.深刻理解化学实验的原理。 化学学科中，任何理论的提出、发展、完善，都有一定的实验事实作根据，“实验事实→理论建立→再实验→理论完善”是人类在自然科学研究中发现的真理，也是后继研究与实践者间接认识科学真理的唯一途径。 2.熟练掌握常见元素及其化合物的物理性质、化学性质以及单质、化合物的制备原理和方法。 化学实验是证实某物质是否具有某种性质的唯一手段。物质的制备原理是以物质的性质为基础的，某一物质的制备方法不止一种，但教材上采用的方法则是实验室中最常见的和最佳的方法，熟悉了这些实验，在设计实验时就能够灵活选择实验原理，并根据实验原理设计实验步骤。 3.能查阅、运用有关图表、数据和其它资料。 在自主设计实验过程中，查阅或参考与本实验设计相关的资料、数据、图表、文献等可以拓宽实验思路，利于设计的顺利展开。 4.掌握中学化学常规实验手段，熟悉常见仪器的规格、用途及使用规则。 常规实验手段是化学实验的基础，综合性实验是常规实验的综合运用，因而教材中所有实验（包括教师的演示实验和学生的探究性实验）都要尽可能地让学生在课内或课外一丝不苟地完成。通过动手做的活动，一方面达到对常规实验操作（如加热、蒸发、过滤、分液、称量、滴定、仪器的组装等）的熟练掌握，同时又熟悉了常见仪器的应用范围和使用规则。 ㈡、开展化学实验设计要求学生具备化学实验总体观 任何一个化学实验都包括实验目的、实验原理、实验步骤、实验药品、仪器、装置，实验操作和注意事项以及实验结果的处理等六个方面的内容。这六个方面可称为化学实验的六要素。实验目的是核心；实验原理是达到实验目的的理论根据；实验步骤是过程，它的设计以实验原理为基础；药品、仪器、装置是物质保证，它们的选择是由实验原理和实验步骤决定，同时对实验步骤起着制约作用；实验操作及注意事项是实验得以顺利、安全进行的保证，它的制定要由实验步骤和实验用品来决定；实验结果的处理是对实验是否达到预期目的所进行的检验，在解释实验现象、处理所测得的数据、分析实验误差等项工作中必须对各要素进行综合分析。 遵照以上的要求，这里提出一个实验设计题目：“通过实验解释Na2O2使酚酞水溶液变红的原因”，具体的教学方案设计如下： [教师演示]： 向酚酞水溶液中加入一定量的Na2O2。 [指导学生观察]： 先有大量气泡产生，溶液变红，过一会儿，溶液又变为无色。 [教师提出问题]： 是什么原因使溶液出现褪色？Na2O2与H2O反应的原理是什么？（问题启动学生的思维后，教师展开引导。） [教师引导]： 有色物褪色有以下几类： ①强氧化性物质氧化有色物而褪色 ②化合成无色物而褪色 ③物理吸附而褪色 ④萃取而褪色 [学生分析]： Na2O2本身有强氧化性，与H2O反应产生O2和NaOH，NaOH使酚酞变红。变红后褪色，对于这一现象，学生经过分析会提出两种猜想： ①O2为常见氧化剂，可能是O2把有色物氧化了。 ②Na2O2在组成形式上与H2O2相似，Na2O2与H2O反应可能生成H2O2，H2O2的强氧化性使有色物褪色。 [学生推理]： ⑴假设猜测①正确，则往滴有酚酞的NaOH溶液中通 O2，溶液应褪色。 ⑵假设猜测②正确，则往滴有酚酞的NaOH溶液中滴加H2O2，溶液应褪色；或者在Na2O2与H2O反应后的溶液中先加MnO2固体让H2O2分解，然后再滴酚酞，溶液应显红色。 [验证假设]： 学生分组设计以下实验验证： ①酚酞与NaOH混合溶液中通入O2，现象：溶液不褪色。 ②酚酞与NaOH混合溶液中滴加H2O2，现象：溶液褪色。 ③Na2O2与H2O反应后的溶液中先加MnO2固体，然后再滴加酚酞，现象：溶液显红色。 [实验结论]： ①Na2O2与H2O反应还有H2O2产生。 ②Na2O2与H2O反应的原理为： 2Na2O2＋2H2O4NaOH＋O2↑（主） Na2O2＋2H2O 2NaOH＋H2O2（次） 总之，整个设计综合实验教学过程中，教师只起着引导、指导、点拨、评价的主导作用。学生在设计时，通过模仿、移植现有的实验方案，进行独立思考、探索，逐渐在设计中体现自己的个性，具有一定的创造性，并通过具体实验操作亲自去发现问题，使动手能力和观察能力得到了培养；在探究过程中发表自己的见解则培养了表达能力；进行归纳总结则又使学生的自学能力、分析综合能力得到有效锻炼与提高。通过以上学生的动手、动脑、动眼、动口等活动，学生的主体作用得到了充分的发挥。 三.在“小环境”中灌输绿色思想培养环保实验观 绿色化学是新世纪化学发展的重要方向和议题。教育部在《课标》中指出“中学化学教育是围绕全民族素质的提高进行的教育，在素质教育中体现绿色化学思想，既是传播绿色化学观的需要，也是培养学生社会责任感的需要，更是培养创新精神和能力的需要。”化学实验与绿色化学联系最为紧密、最为直接，因此在实验教学这个小环境中灌输绿色化学思想培养学生良好的环保实验观尤为重要。 ㈠绿色化学教育与化学实验的关系主要表现 (1)化学实验产生的废水、废气和废渣都会对环境造成不容忽视的污染，这就要求在实验教学过程中进行绿色化学教育。一方面要向学生阐明绿色化学及实验的观点、要求，使他们树立起防治污染、保证人类生存质量的责任感；另一方面，结合绿色化学实验要求，教给学生防治污染的重要方法——减量、减废、回收、再生和拒用等。 (2)绿色化学对化学实验提出的新要求，无疑会对学生的创造性教育起到积极的作用：首先，“减量、减废”的实验要求，可激发学生对传统化学实验进行改革，培养学生的创造能力；其次，“省资源、零污染”的化工生产要求，可鼓励学生对化学课本中的化工生产工艺流程进行质疑，培养学生的创造性思维。 ㈡对现行中学化学实验中“涉污”内容的分析 化学是一门以实验为基础的自然学科，现行的初、高中教材大约有60%的知识是通过实验引入的。但是，在现行教材中的实验设计往往只重视操作方便、装置简单、现象明显，却很少顾及环境污染问题，更谈不上对实验进行绿色设计。经过对现行高中化学教材《全日制普通高级中学教科书·化学·必修，第二册》进行统计，发现下列实验都未能做到对实验中有毒物质作妥善处理，均属需要进行绿色化设计的内容，其中涉及到的主要污染物见附表。 附表化学实验中的污染物举例 序号 实验名称 污染物  1 白磷自燃；白磷、红磷着火点 CS2 P2O5  2 CO还原CuO CO  3 Cl2的制取；Fe、Cu、Na、H2在Cl2中燃烧 Cl2  4 浓H2SO4与蔗糖反应 SO2  5 Cu与HNO3的反应 NO、NO2  6 铵盐与碱的反应 NH3  7 实验室制C2H4、C2H2 SO2、PH3、AsH3等  8 Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应时要吸收热量 NH3、BaCl2   ㈢中学化学实验绿色化设计的可行性方案 考察近几年中学化学实验绿色化设计可行性方案，可归纳为“删改、微型、仿真”六个字。 1.删改 删改有毒实验，对课本中的有毒性实验，适当进行删改。考虑到硝基苯及苯的毒性，硝基苯、溴苯制备实验可以删去，将该实验改为计算机模拟演示。考虑到Cl2、NO、NO2、SO2的毒性，在NO与NO2制备、Cu与浓硫酸反应、C与浓硫酸和浓硝酸反应等实验时为减少污染可以做如下处理: ①制取Cl2时，通常以排饱和食盐水法收集而不用排气法。若用排气法收集时，应设计一个用NaOH吸收尾气的装置。 ②制取氯化氢时，用水吸收多余的氯化氢气体。 ③合成硫酸时，过量的SO2、SO3应以氨水吸收。 ④合成硝酸时，过量的NO、NO2应以NaOH吸收。 ⑤制取硝基苯等挥发性较强的有毒物质时，应安装一个冷凝管回流有毒气体。 2.微型  “微型”即在保证实验现象明显的前提下，对实验进行重新设计与探索，实现实验药品微量化及实验仪器微型化。实验微型化，不是简单地将常规仪器缩小或将化学药品的用量减少，而是要求设计出新的实验方案。 如铜与浓HNO3反应，可进行如下设计： [实验药品]：空塑料眼药瓶、干燥管、小孔塑料胶片、活性炭。(装置如下图)  实验装置图 [实验操作]：反应时，将装置平放，轻轻挤压塑料瓶，使少量硝酸流入干燥管中与铜反应，立即可见红棕色NO2气体生成。若要停止反应，只需将装置竖起，挤压塑料瓶，使溶液回到瓶中，反应停止，活性炭起吸附二氧化氮的作用。 如果因为“实验的微型化”而使得实验现象不明显，则可借助多媒体教学手段把实验结果放大。 3.仿真 “仿真”就是利用计算机多媒体系统进行化学实验的模拟。常规的、传统的化学实验不可避免地消耗许多药品和大量的水资源，尤其是对一些有毒性、爆炸性、污染性实验特别适合采用计算机多媒体系统进行仿真实验。 目前，用于制作化学仿真实验的软件主要有Chemwindows6.0、化学金牌王、化学仿真实验室、超级化学助手V3.1、Flash MX等，利用计算机多媒体技术，对实验原理、装置、流程、实验过程进行仿真，用文字、声音、图像、动画的效果让学生在计算机屏幕上做实验，达到身临其境的感觉。如醚的过氧化物爆炸，有毒溶剂的燃烧，砷化物的相互转化等实验，这样既让学生学会了实验方法，而且使那些毒性大、危险性大、试剂昂贵的实验变成了绿色化的实验，自始至终，不会对人体和环境造成危害或污染。 综上所述，创新性教学旨在培养学生的创新精神、创新意识、创新思维及创新方法，使学生主体性得到真正体现。本文在主体性教学思想指导下，结合自己对《课标》关于中学化学实验教学基本要求的研究、理解，提出上述三点创新教育的实验教学策略。文中所说的“创新”，不同于科学家的创新，主要是指通过对学生施以系统的教育和影响，使他们善于发现、认识有意义的新事物、获得学习的新方法，努力探索并掌握其中蕴藏的基本规律，逐步形成相应的能力，为其成为“创新型”人才奠定必备的素质基础。同时让学生时常有成功的体验，增强学习的兴趣，提高学习效率，从真正意义上减轻了学生的负担。当然，在无形中也培养了学生求真务实的科学态度和与人合作、容纳他人观点的心理品质，使创新性教学理论在实际教学中得到真正体现，进而推进素质教育。 参考文献： [1]张淑蕾.绿色化学与中学化学教育.温州十四中 [2]刘知新.化学教学论（第二版）.高等教育出版社 [3]谭建民.中学化学思维培养策略初探.化学教学，2005，3 [4]周帼雄.化学教学中如何开展环境教育.山东教育学院学报，2001，2 [5]教育部.普通高中化学课程标准（实验稿）.人民教育出版社，2003，4 [6]教育部.全日制义务教育化学课程标准（实验稿）.人民教育出版社，2003，4 [7]教育部.全日制普通高级中学教科书·化学（必修）第二册.人民教育出版社，2003，6 致谢： 本文是在陈金凤老师的精心指导下完成的，在此表示忠心感谢！同时也感谢同组同学的热心帮助！ The Creativity Teaching Theory and Practice Research —Decide On Implementing Tactics Of The Creativity Teaching In The Chemistry Experiments Of Middle School Author: Zhao Tiezhu Academic advisor: Chen Jinfeng (The Department of chemistry of Lang fang normal college 065000) Abstract: The objective of creativity teaching is to train the students ‘creativity spirit and creativity ability. In the teaching chemistry experiments of middle school. We can implement some tactics of creativity teaching in order to raise the Students’ intelligence and to train their creativity spirit. Keywords: The tactics in the teaching of experiments