上海市～位育中學～尉泳～加強實驗設(shè)計-發(fā)展學生創(chuàng)新思維能力

上海市～位育中學～尉泳～加強實驗設(shè)計-發(fā)展學生創(chuàng)新思維能力PAGEPAGE4加強實驗設(shè)計發(fā)展學生創(chuàng)新思維能力尉泳位育中學200231摘要實驗設(shè)計是根據(jù)實驗課題所提供的實驗目的，讓學生在已有的化學知識和實驗技能技巧的基礎(chǔ)上，選擇恰當?shù)膶嶒灧桨竵斫鉀Q問題的過程，在這個過程中，學生的各種能力得到有效培養(yǎng)，本文從實驗設(shè)計入手，談?wù)勅绾斡行У亻_展實驗設(shè)計教學，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。關(guān)鍵詞實驗設(shè)計創(chuàng)新思維知識創(chuàng)新與創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，已成為經(jīng)濟發(fā)展和民族進步的重要任務(wù)之一，也是教育工作者關(guān)注的熱點，化學作為一門實驗科學，實驗是化學教學的主要內(nèi)容，是化學教師常用的教學手段，也是學生學好化學的有效方法?；瘜W實驗以其獨有的優(yōu)勢，在學生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)上發(fā)揮著重要作用。新實施的國家課程標準在要求學生獲取知識、技能的同時，更要求其通過參與教學活動，體驗和感悟掌握知識、技能的一般方法和途徑，同時在情感、態(tài)度、價值觀等方面獲得發(fā)展，由此可以認為，就課堂教學而言，其教學目標是立體多層次的，加強實驗設(shè)計教學也是實現(xiàn)上述目標的有效途徑。一、演示實驗與實驗設(shè)計的比較化學教材中安排的演示實驗對學生形成、理解、鞏固和驗證所學的化學知識有很重要的的作用，但其與實驗設(shè)計相比在發(fā)展學生創(chuàng)新思維能力上存在一定的不足，主要表現(xiàn)有：1、由于實驗安排始終處于概念理論的依附地位，大多作為驗證化學知識的手段，而缺乏對知識信息縱向和橫向的反饋，因此可能抑制學生創(chuàng)造思腦的實踐過程。在這一過程中，學生明確實驗目的的能力、選用實驗方法的能力、選擇儀器和實驗操作的能力、分析現(xiàn)象形成理性認識的能力，實驗結(jié)果的表述能力都將得到發(fā)展，學生在設(shè)計實驗的過程獲得科學研究方法的訓練，為以后的工作和學習打下一定的基礎(chǔ)。3、實驗方案的設(shè)計，往往伴隨實驗裝置、方法的改進與創(chuàng)新，是一種創(chuàng)新思維的運用。例如，銅和稀硝酸的反應(yīng)如何設(shè)計實驗裝置能同時達到檢驗產(chǎn)物和環(huán)保的效果，同學在獲得學科知識的同時其創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力也得到發(fā)展。二、實驗設(shè)計教學階段的基本劃分根據(jù)化學學科的性質(zhì)及其認識規(guī)律，實施實驗設(shè)計，應(yīng)該是學生由學習實驗逐步發(fā)展到設(shè)計實驗的過程。教師或?qū)W生在知識儲備和心理及思維方式上，都應(yīng)有充分的準備。教師在實驗設(shè)計的實施中應(yīng)充分體現(xiàn)其主導作用，平時的指導方式要以培養(yǎng)學生能力為前提，在日常教學中注意提出啟發(fā)誘導性的問題，例如高一化學教材中氯氣與鈉、與鐵、與銅、與氫氣這四個反應(yīng)設(shè)計一套裝置來完成，并通過一些具體例證的分析，例如，如何測定氯氣在水中的溶解度等，讓學生對實驗設(shè)計的難度有一定的思想準備。學生需具有較為扎實的基礎(chǔ)知識，較準確規(guī)范的基本操作能力和較為敏銳的觀察能力，不囿于傳統(tǒng)觀念和自己知識的局限性，能迅速把握事物之間的內(nèi)在聯(lián)系，思維開闊，興趣廣泛，而這些品質(zhì)的養(yǎng)成，需在日常教學中遵循其認知規(guī)律，循序漸進地培養(yǎng)，按照知識的螺旋結(jié)構(gòu)和學生的認知發(fā)展規(guī)律，將中學的實驗設(shè)計教學劃分為三個階段：1、引導階段。從教學階梯來看，本階段以初三年級及高一上學期為主，由于學生化學知識的局限，實驗設(shè)計的比重不宜過大，以占整個實驗內(nèi)容的10－15％為宜，應(yīng)選擇可靠性、可行性、安全性均有保證且與學生知識基礎(chǔ)相適應(yīng)的實驗。例如可考慮空氣成分的測定，粉塵爆炸，氯酸鉀制氧后氯化鉀和二氧化錳的回收，碳粉、氧化銅、鐵粉三種黑色粉末的鑒別等課題。2、提高階段。本階段從高一下學期到高二結(jié)束。學生的化學知識及技能水平都已有一定程度的提高，實驗訓練時間安排也比引導階段充裕，從而給實驗設(shè)計教學的開展提供了充分的條件，設(shè)計實驗的比重可占30—40％左右。實驗設(shè)計的命題范圍和難度都可相應(yīng)擴大和提高。諸如實驗室制取各種氣體時有關(guān)裝置的選擇、連接、操作（包括制取、除雜、干燥、收集、驗證性質(zhì)、余氣處理的綜合考慮等），環(huán)境保護的“三廢”處理，陰、陽離子的鑒別，物質(zhì)鑒定，物質(zhì)的凈化分離等課題都可作為實驗設(shè)計的命題。在這個階段可允許學生自由結(jié)合開展研究。3、獨立設(shè)計階段。高三年級學生化學知識相對豐富，在教學中可以以設(shè)計實驗為主。如某些理論性問題的驗證實驗，飲用水中幾種離子存在的鑒定，有機物的綜合鑒別，亞鐵離子與鐵離子相互轉(zhuǎn)化反應(yīng)試劑的選擇等等綜合性較強的課題可作為命題選擇。該階段的命題由于學生學習內(nèi)容的綜合性強（尤其是復習階段），綜合命題的出現(xiàn)雖比較難或牽涉面較廣，但也最能暴露學生平時學習中知識方面和能力方面的弱點，因此往往在提高學生解決問題能力上得到更為有效的收益。三、實驗設(shè)計的實施1、實驗設(shè)計中如何發(fā)揮教師主導作用：①遵循民主開放的教學原則：對學生提出的方案不要急于評價，創(chuàng)設(shè)出適宜于獨特見解萌生的情境。例如，設(shè)計實驗室HCl尾氣的吸收裝置，應(yīng)該鼓勵學生多設(shè)計，讓學生在爭論中選擇優(yōu)化方案，不僅達到對知識的融會貫通，也促進了學生的發(fā)散性思維。②遵循激勵求異的教學原則：要激勵學生對同一個問題從不同的角度發(fā)掘新奇思路。例如，有的同學認為濃硝酸和銅反應(yīng)，產(chǎn)生氣體的速度是先快后慢，但有同學認為是先慢后快？溫度和濃度對化學反應(yīng)速率的影響如何設(shè)計實驗進行比較？在有思維沖突時學生探究的興趣得到提升，容易碰撞出創(chuàng)新思維的火花。③遵循適宜性的原則：實驗設(shè)計過易，難以激發(fā)學生探究的熱情，實驗設(shè)計過難，學生無從下手，例如設(shè)計實驗探究氯氣通入溴化鈉溶液中起氧化作用的是氯氣還是次氯酸。因此，實驗設(shè)計要源于教材，不要脫離教材，可以把演示實驗改變?yōu)榉浅：玫膶嶒炘O(shè)計的素材，例如氨的催化氧化實驗，按照教材演示實驗的步驟操作往往看見“意料之外”的現(xiàn)象，學生在分析原因之后，可以引導學生對這個演示實驗進行改進，而改進的過程本身就是一種創(chuàng)新。④遵循適度啟發(fā)的原則：實驗設(shè)計過程中教師主要扮演四個方面的角色：信息源、媒介體、實驗活動的共同設(shè)計者和參與者、活動的調(diào)控者，在這個過程中教師要特別注意啟發(fā)的度的把握，太少，學生困難大，太過。則限制了學生，例如，在用氫氧化鈉和硫酸亞鐵溶液制備氫氧化鐵時，學生第一次實驗往往失敗，如果此時教師在引導中強調(diào)如何排除氧氣的干擾，那么學生接下來的設(shè)計就會局限在這一個方面，限制了學生思維的發(fā)散，將限制學生創(chuàng)造性思維的發(fā)展。2、實驗設(shè)計中如何體現(xiàn)學生主體作用：①在提出實驗設(shè)計方案的過程中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題：發(fā)展學生的問題意識是體現(xiàn)學生主體作用的基礎(chǔ)，動口、動手是學生參與教學活動的外在體現(xiàn)，但學生有沒有深層次地參與到教學活動中來，要看他動腦的程度，如果學生積極動腦了，那么他在課堂上的主體作用就得到了真正的體現(xiàn)。鼓勵學生積極提出實驗設(shè)計的方案有助于發(fā)展學生的問題意識，因為實驗設(shè)計本身提供的化學情景會讓學生自發(fā)地產(chǎn)生“為什么”“怎么辦”“涉及的化學原理是什么”“有沒有新的解決方法”等一連串的想法，學生有了問題意識，就會積極動腦，在參與問題解決的過程中獲得知識，發(fā)展思維。②在實驗設(shè)計優(yōu)化的過程提高思維能力：思維能力的鍛煉是體現(xiàn)學生主體作用的根本，自然科學的學習不僅是掌握科學知識，更重要的是獲得分析問題，解決問題的思維能力，學生在不斷完善實驗設(shè)計的過程中其思維能力的批判性、策略性、全面性、創(chuàng)新性都得以訓練。③在思考實驗設(shè)計的過程中體驗知識獲得的過程：檢驗硫酸根離子的方法，如果讓學生自行設(shè)計不同的方案，然后實施，他們會對這個檢驗的方法掌握的很透徹，如果是教師演示，則學生往往屢做屢錯，原因很簡單，前者的學習過程，學生是主體，后者學生是被動接受。④在交流實驗設(shè)計中體驗成功的喜悅：教師鼓勵的語言和肯定的評價，會使學生感到鼓舞，同學之間的贊成也一樣使同學獲得成就感，記得在設(shè)計實驗證明醋酸是弱電解質(zhì)時，同學們提出了很多方案，其中有一個同學說只要測定NaAc溶液的PH值大于7就可以證明了，當時其他同學發(fā)出的贊嘆聲一定讓他獲得了極大的滿足。因此教師鼓勵學生在實驗設(shè)計中相互交流評價。3、實驗設(shè)計的原則：①科學性原則：科學性原則是化學實驗設(shè)計的首要原則。所謂科學性是指實驗原理，實驗操作程序和方法，必須與化學理論知識和化學實驗方法論相一致。②可行性原則：可行性是指設(shè)計化學實驗時秘運用的實驗原理在實施時切實可行，選用的化學實驗藥品、儀器、設(shè)備和方法在中學的條件下能夠得到滿足。③安全性原則。安全性是指實驗設(shè)計時應(yīng)盡量避免使用有毒藥品和具有一定危險性的實驗操作。如果必須使用，應(yīng)在所設(shè)計的化學實驗方案中詳細寫明注意事項，以防造成環(huán)境污染和人身傷害。④簡約性原則。簡約性是指要盡可能彩簡單的實驗裝置，用較少的實驗步驟和實驗藥品，在較短的時間內(nèi)完成。4、實驗設(shè)計的一般程序：選擇實驗設(shè)計的內(nèi)容選擇實驗設(shè)計的內(nèi)容論證實驗設(shè)計的可行性選擇實驗設(shè)計的內(nèi)容進行實驗設(shè)計實驗結(jié)果討論5、實驗設(shè)計示例(見表一)表一：實驗設(shè)計示例提出問題：把鐵屑放入干燥的試管中，加適量濃硝酸后觀察，無現(xiàn)象，鐵屑是被濃硝酸鈍化還是沒有發(fā)生反應(yīng)？提出問題：把鐵屑放入干燥的試管中，加適量濃硝酸后觀察，無現(xiàn)象，鐵屑是被濃硝酸鈍化還是沒有發(fā)生反應(yīng)？將蒸餾水加入試管中，稀釋濃硝酸，觀察反應(yīng)現(xiàn)象。交試管中的稀硝酸倒一部分進入裝入鐵屑的另一試管中，觀察反應(yīng)現(xiàn)象。對比反應(yīng)的劇烈程度。同無反應(yīng)異鈍化將鐵片的一部分插入濃硝酸中，浸泡一會兒，取出洗凈。將處理過的鐵片全部放入硫酸銅溶液中，觀察現(xiàn)象觀察鐵片兩部分變化同無反應(yīng)異鈍化將鐵片與錫片電流計連在一起，插入氯化鐵溶液中，觀察電流計指針偏轉(zhuǎn)將鐵片取出、擦干，然后插入濃硝酸中浸泡一會兒，取出擦凈，按勞取1步驟組成原電池，觀察指針偏轉(zhuǎn)。同無反應(yīng)異鈍化………論證設(shè)計方案的可行性，根據(jù)實際選擇最優(yōu)方案進行實驗設(shè)計實驗結(jié)果討論：鐵屑被濃硝酸鈍化四、教學體會1、從系統(tǒng)論的觀點看，要將教師、學生、實驗設(shè)計三個要素有機地結(jié)合在一起，發(fā)揮各自的作用，才能達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力這個整體目標。實驗設(shè)計教學中在注意有效利用學生的最近發(fā)展區(qū)，充分調(diào)動學生的積極性。2、從信息論的觀點看，實驗設(shè)計教學中教師要充分了解學生的知識和能力結(jié)構(gòu)，要研究如何將教學信息轉(zhuǎn)化為易于學生識別和加工的信息，特別是選擇命題時應(yīng)從學生的具體情況出發(fā)，應(yīng)遵循學生的認知發(fā)展規(guī)律。3、從控制論的觀點看，教師在實驗設(shè)計教學中處于主導地位，從命題到教學過程