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创作思维论文:化学实验对创作思想的意义

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作者:时颖李德前单位:江苏省徐州市西苑中学

在实验中倡导学生质疑,培养创新性思维

任何一个化学实验都包含许多学问,如仪器装置、实验原理、操作流程、实验现象、实验结论等都是问题的源头,可以利用追因求果、逆向思维、联想类比等方法,指导学生质疑问难、引发创新。

1.改变实验条件质疑

化学实验总是受到诸多客观条件的限制,其中的实验条件也是质疑思辨的落脚点。笔者注意在条件的改变中提出问题,在问题的解决中诱发创新思维。

例如,在实验室制取二氧化碳的实验中,笔者请学生思考“为什么用稀盐酸而不用浓盐酸?”搞清缘由后,学生自己就会追问“为什么要用块状的石灰石而不用粉末状的?”;释疑后,笔者又提出高难度的问题“若用粉末状碳酸钙,实验装置该做怎样的改进?”一番讨论后,学生知道将长颈漏斗换成分液漏斗可以控制滴加稀硫酸的速度;随后又有学生反问:“用双氧水制氧气时能否把分液漏斗换成长颈漏斗?”“用双氧水制氧气时如果坚持使用长颈漏斗,发生装置该怎样改进?”……这一系列涉及改变条件引发的问题,促进学生认识了反应条件的重要性、实验装置的可变性、化学原理的相对性,也培养了学生勇于追求真理的怀疑精神和创新思维。

2.抓住实验现象质疑

对实验现象的观察能直接引起质疑,尤其是超出预期的异常现象,理论与实际不一致的现象,不同实验的相似现象,同一实验的不同现象等,更使学生惊奇不解,这正是启迪思维、看清本质的最佳时机。

例如,在二氧化碳熄灭烛火实验中,若倾倒二氧化碳后烛火没有按预设的那样“由低到高依次熄灭”,而是上面的烛火先熄灭,这在很多人看来“实验不能说明二氧化碳密度比空气大”。笔者抓住这难得的生成机遇,通过层层释疑扭转“败局”:二氧化碳是从高于蜡烛顶端的烧杯口处被倾倒下来的,而且烛火很快熄灭,这能否说明二氧化碳被倾倒后会很快地大量下沉呢?二氧化碳在空气中能很快大量下沉,这能否说明二氧化碳密度比空气大呢?答案显而易见。此时若有学生质疑“密度比空气小的气体从高处倾倒后会不会很快大量下沉?”,则引导他们利用密度比空气小的氮气做对比实验。

3.根据实验操作质疑

规范操作是完成实验的重要条件,因此笔者重视利用实验操作引发疑问,从而培养学生的问题意识,促进学生利用化学实验释疑解惑、深化思维。

例如,在检查装置气密性时,笔者要求学生思考:手捂密闭的试管后装置内的气压如何变化?学生正确回答后,笔者通过类比又提出新问题:通过增大装置内气压检查装置气密性的方法还有哪些?学生慢慢总结出了向长颈漏斗里注水、用注射器向装置里鼓气、将装置浸入水里等方法;接下来,学生通过逆向思维也提出了自己的问题:能否通过减小装置内的气压来检查装置气密性呢?一番思维碰撞后,又得出了冷却法、抽气法等。仅仅是一个检查气密性的操作,就引发了学生很多的疑问,并激活了学生的创新思维。

在实验中引导学生探究,把握创新的途径

实验探究是学生从事创造性活动的重要手段和主要途径,其主要形式有演示探究、分组探究、个人探究和课外探究等。在实验探究过程中,学生经历着与科学家相似的探索过程,从而领悟科学方法、培养创新精神。

1.课堂实验探究活动

当学生具备了一定的实验基础知识和操作技能后,笔者就在课堂上适时开展实验探究活动。在探究过程中,强调以学生为中心,笔者只是引导课题选择、揭示研究方法、支持交流评判、分享学习成功等。

例如,能否用排水法收集二氧化碳气体呢?笔者设计了如下的课堂探究活动:首先查阅二氧化碳在水里的溶解度,约为0.8;再利用图3装置显示二氧化碳在水中的溶解速率,1天后水面上升到1/3处,4天后水面上升到1/2处,7天后水才充满集气瓶(可提前实验,课上展示);最后探寻排水法收集一瓶(125mL)二氧化碳所需的时间,约1min。至此,学生根据“二氧化碳的溶解度不大、溶解的速率很慢、排水集满一瓶二氧化碳所需的时间很短”这些证据,就能水到渠成地得出“能用排水法收集二氧化碳”的结论。在这一探究活动中,开阔了学生的视野,培养了学生不唯书的批判精神。

2.课外实验探究活动

笔者还将实验探究延伸到课外,鼓励学生利用家庭小实验开展一系列的探究活动。这种探究方式不受教学计划的约束,没有应试教育的压力,有助于激发学习兴趣,提高操作技能,发展科学素养。

例如,笔者指导学生利用茶叶、月饼包装盒内的脱氧剂(内含铁粉、食盐、活性炭等),在家中测量空气中氧气体积分数。他们根据钢铁生锈的条件,并参考磷燃烧法测量空气中氧气含量的实验,自行设计如图4~图6所示的实验装置,操作起来不仅安全、准确,而且有趣。另外,像测量溶液的导电性(由纽扣电池和发光二极管组成)、用紫罗兰测量溶液的酸碱性、土豆片催化双氧水制氧气、用注射器测量二氧化碳的溶解度、比较自来水与盐溶液的凝固点等小实验,学生都可以在家中自行完成;活动结束,笔者还指导他们通过墙报、博客、QQ空间等形式汇报实验结果、交流探究心得。

在实验中鼓励学生创造,熟悉创新的技法

教学中,笔者重视引导学生参与化学实验的创新。在具体的实验创新中,学生的创新精神和实践能力得到加强,热爱科学和勤于劳动的情操得到陶冶,承受挫折的意志得到了磨炼。

1.运用“希望点列举法”创新实验

从个人愿望或社会需求出发,提出发明创造的一种技法,就是“希望点列举法”。例如,做“氨分子扩散”实验时,人们希望氨水用量少,刺鼻氨味不要扩散到空气中。于是集中师生智慧,列出三点希望:实验不要完全暴露在空气中、氨水的用量少、装置可反复使用。经过多次探索和试验,师生设计了如图7所示的方案,只要5~6滴浓氨水就可以看到纱布条从中间向上慢慢变红,从而说明氨气密度比空气小、氨分子在不断运动。另外,若想加快纱布条变红,还可以微热氨水。

2.运用“缺点列举法”创新实验

“缺点列举法”是通过寻找现有物品的缺陷,并逐一改进的一种创造法。例如,在做“二氧化碳熄灭烛火”实验时,师生感到课本上提供的实验装置有这样的缺点:烧杯里上升的热气流会阻碍二氧化碳下沉,甚至冲散二氧化碳,致使预设现象不能出现。针对上述不足,笔者启发学生从“漏斗的功能”中探寻克服缺点的方法,终于设计出如图8所示的实验方案:用去底的塑料瓶做一个简单漏斗,用它引流二氧化碳;由于漏斗里没有热气流上升,二氧化碳倾倒后能顺利下沉到杯底,并慢慢上升,使得烛火自下而上依次熄灭。

3.运用“移植法”创新实验

移植法就是把已经成熟的原理、方法等引入新的发明项目上,从而获得新成果。例如,用内壁涂有石灰水的烧杯检验物质燃烧是否生成二氧化碳,该方法现象不明显、操作不方便,尤其是没有二氧化碳生成,石灰水也可能变混(因为氢氧化钙的溶解度遇热变小)。笔者引导学生分析注射器抽取液体的原理后,就容易想到“用盛有石灰水的注射器直接吸入燃烧产生的气体”(如图9所示),然后轻轻振荡石灰水,若变浑则说明物质燃烧生成了二氧化碳。该方法极为方便,且现象明显。

4.运用“异类组合法”创新实验

“异类组合法”就是将不同的技术思想、不同功能的物质,巧妙地合并成一个新产品,使其具备人们需要的外观和性能。例如,“气体爆炸实验器”装置就是用注射器、电子打火器、导线和橡皮塞等多种物品组合起来的,其制作流程如图10所示。5.运用“替换法”创新实验通过更换不同材料,使产品性能发生变化,从而产生更好的效果,这就是“替换法”。

例如,“二氧化碳溶于水”实验的改进(如图11所示)。学生容易看出课本实验的不足是:二氧化碳用量大、不能显示二氧化碳溶解多少。引导学生思考,如果把塑料瓶换成一种带有刻度的透明的便于封闭的其他物品,不就改掉了原实验的缺点吗?受此启发,学生很快想到用注射器做实验:用20mL的注射器先抽取10mL水,再抽取10mL二氧化碳(此时活塞在20mL刻度处),封闭针管后用力振荡几次,活塞会自行向前推进,最后停在12mL刻度处,说明10mL的水约能溶解8mL二氧化碳。图11当然,改进和研制化学实验的方法还有很多,如逆向法、模仿技法、分解发明法、废物利用法等,而且使用起来也多是几种创新方法的综合运用。

例如,利用替换法、缺点列举法、废物利用法、移植法等,笔者引领学生设计出“测量空气中氧气体积分数”的改进装置。其主要操作是:按图组装好仪器,热的CuSO4溶液很快引燃白磷,燃烧结束再把注射器针头推下来,注射器会喷出40mL水,说明空气中氧气的体积分数约是40/200。另外,用热的CuSO4溶液代替水,既引燃白磷,又使现象明显,还能化解剩余白磷的毒性(如图12所示)。当然,教师指导下的学生改进方案,有些可能不是专业领域的真正原创,但是,他们在实验改进时经历了思考、探究、创新的过程,训练了求异思维,学会了创新技法,促进了有意义学习。总之,让学生学会享受化学实验,更让他们拥有一份不断创造的激情。

创作思维论文:化学实验对创作思想的意义责任编辑:陈老师    阅读:人次