如何通过化学实验培养学生的能力

如何通过化学实验培养学生的能力 如何通过化学实验培养学生的能力 培养学生的能力是素质教育的要求。如何提高学生的化学能力，戴安邦先生曾经说过“化学实验教学是实施全面化学教育的一种最有效的形式”。笔者认为，化学实验是培养学生能力的重要渠道和最具有化学学科特色的方式。本文旨在运用理论的分析及丰富的事例探讨如何在中学化学教学中通过实验培养学生的能力。 如何通过化学实验培养学生的能力，有两个方面的含义：一是使学生学习科学知识所必需具备的能力得到提高；一是使学生在日常生活中能够自觉地利用有关化学知识来解决实际问题的能力。 中学化学实验可以从多个角度来分类。从操作对象看主要分为教师实验和学生实验；从功能上分为概念形成实验、验证理论实验、激疑实验、引入实验、探索实验等；从形式上分为个体实验和小组实验；从时间上分为课堂实验、课外实验。各种不同形式的实验对发展学生的能力各有侧重，但都是本文“化学实验”所指的范畴。如课堂实验能够高密度地围绕化学知识点展开，信息载有量大，效率高。缺点是不充分，不能够使每一个教育主体的化学素质都得到充分发展；课外实验的优点是时间充裕，能够充分发挥每一个教育主体的自主性，做出较高质量的实验，缺点是缺乏指导时会半途而废。例如，浓硫酸与铜的反应，除了生成刺激性气味的气体外，通常还得到黑色固体物质。通过实验讨论黑色物质的成分显然是课堂实验无法完成的，采用课外实验的方式则会讨论得很深入。个人实验能够培养独创精神；小组实验则有利于协作精神的发展。应针对不同的能力发展目标和实验内容采取不同的实验形式。 二 如何通过实验培养学生能力，关键在教师。教师在教育观念上重视学生能力的培养是解决该问题的首要条件，其次才是教育经验、教育技术、教育方法的问题。 （一）教师应尊重学生，把学生当做教育的主体，而不仅仅是知识的接受体 １．教师的作用是如何帮助、引导每一位学生发展，与学生一起学习，而不是以榜样自居，更不是学生的救世主。只有教师在思想上把自己与学生放在平等的位置上，教师才能够具体了解学生的实际情况，体谅他们的难处，而不是规范、限制他们的发展，甚至一味地批评埋怨学生能力低。近几年来，我发现越来越多的高中学生不会划火柴。起初我以为是独生子女问题的现。后来经过走访才知道，学生划火柴的机会实在太少。大部分学生家里根本没有火柴，可以说不少学生只有在化学实验课上才有使用火柴的亲身体验。 ２．教师不但规范地言传身教，还要讲明道理，以理服人。新一代的年轻人是有理性的一代，他们的科学意识和民主意识较强。他们不盲从，因此命令只会使他们反感；他们更相信科学，自主意识较强，希望得到尊重。例如划火柴，不少学生点燃酒精灯要用三四根火柴，有的学生甚至不敢点酒精灯。究其原因，主要是怕烧着自己和方法不正确，有的是不敢用力划，有的是手握得太高，有的是往里划……。于是我设计了一个实验，课题就是如何保证每一次都能将火柴划着。学生结合物理的杠杆原理等知识，通过讨论、实验，迅速掌握要领。教学生划火柴事情虽小，但是我认为值得。因为通过这个实验，不但使学生的动手能力有了提高，而且让学生明白了理论联系实际，不只是联系工农业生产，其实对学生而言更应注意联系自己身边的具体事例。这样学以致用才能落到实处。 （二）教师自身素质高，有较强的能力 从一定意义上说，教师的素质左右了学生素质的发展。很难想像一个故步自封、能力低下的教师能够培养出具有创造能力的学生。要培养出有能力的学生，教师至少应该具备以下几个要素。 １．谙熟教材。教师不但要科学完整地掌握中学化学教材的内容，熟悉教材的知识结构和编排体系，还应该明确各部分知识间的相互关系以及学生对各部分知识的难易反映。能够依据教学内容，有针对性地选择、设计符合学生发展规律的教学方法。中学化学是化学学习的起始阶段，很多知识的学习、能力的发展不可能一步到位，需要循序渐进地螺旋式上升，对同一知识每一阶段发展到什么程度的把握是一个十分重要的问题。同时应熟悉实验，能够把握课堂。通过实验发展学生能力的主渠道在课堂，要在有限的时间内使每一位学生都得到发展，教师必须熟悉实验的每一个环节，并尽量掌握各种可能出现的意外现象，尽量做到实验的现象在教师的控制之中。例如，用铜、锌和稀硫酸揭示原电池的原理时，教师希望看到的是铜板上有气泡放出。但是通常铜板和锌板上都有气泡放出，学生往往会为此争论不休。此时教师不能让学生纠缠锌板上是否有气泡，也不应去解释锌板上产生气泡的问题，而应强调铜板上有氢气泡，至于锌板上的气泡问题可以放在原电池的原理的运用中讨论。这样才能够删繁就简，抓住问题的关键。否则，纠缠不清，讲不明白原电池的原理，更谈不上突出教学重点。如果教师连实验的现象都不能够做到心中有数，如何能够用实验来培养学生的能力？ 谙熟教材的另一层次的含义是尽可能地熟悉与中学化学相关学科的内容，尤其是物理、数学、生物等相关学科的知识体系及进度。 ２．对实验有正确的心态。教师对实验的态度直接影响学生对实验的看法。以做氢气与氧气混合爆炸的实验为例，如果教师做此实验时哆嗦，点燃后跑得很远或做完后长出一口气等，那么无论教师怎样说该实验如何安全，毫无疑问学生在做检验氢气实验时也会胆战心惊。教师做实验只是一味地“照方抓药”，学生实验时必然如此。 ３．自身能力较高。教师应该积极参加教育、教学科研。教师自身应是一个开放的系统，能够不断摄取外界的新信息，并判断其价值，迅速将有用的信息内化为自身知识能力体系的一部分，并恰当地运用到教育教学中。尤其要密切关注现代科技的发展和生活中的新知识、新科技，不断更新自己的知识。教学中只有与学生学习、生活联系紧密的化学实际，才能够有效激发学生学习化学的兴趣，提高学生的能力。例如，第一次讲铝热反应，联系实际讲野外焊接钢轨，尽管他们也知道该方法的优点，但大部分学生学习兴趣不大。第二次再讲铝热反应时，我联系不久前电视中报道的定向爆破新闻。然后明确其原理是利用铝热反应的高温来熔断大楼的沉重墙地基，从而实现定向爆破。不少学生对定向爆破十分感兴趣，恍然大悟，原来铝热反应还有如此的用途。紧接着再让学生讨论铝热剂还有哪些用途。不少学生能够从铝热反应的高温，联想到可以用来冶炼高熔点的金属、野外焊接钢轨等。可见知识离学生的远近（时间和空间距离），直接影响学生学习该知识的兴趣。 ４．良好的社会适应能力。能够在较短的时间内与学生、家长、同事形成良好的人际关系。尽管这些关系不是培养学生成功的决定因素，但是至少是一个重要的因素。不少事例证明：有相当一部分学生是因为喜欢某某教师，然后才喜欢该教师教的这门课。如果学生对教师厌倦，必然自觉或不自觉地将厌倦的情绪迁移到教师讲授的课程中，更谈不上发展能力了。 （三）教师应重视学生能力的培养，而不仅仅是重视知识的传授 知识是人类认识自然过程中一定阶段上经验的，因此知识在不断地发展变化。随着时间的推移，知识会蒙上时间的灰尘，原来认为是正确的知识就不那么正确了。因此，在传授知识的同时，更应该传授探求知识、认识真理的能力。例如，能够复述氢气燃烧火焰的颜色是淡蓝色有多大意义？但是如果能仔细分析中学化学课本在介绍不少种气体、液体燃烧火焰的颜色时，如氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔、酒精、汽油、苯等，就会发现一个有意思的问题：在所有有关燃烧火焰的颜色叙述时，只强调玻璃中的钠离子能够干扰氢气燃烧火焰的颜色，而不强调钠离子对其他燃烧火焰颜色的干扰。钠离子有如此好的选择性和专一性？只要凭着对这一实验的不同看法，就会引起对此问题的更深一步的思考。氢气、一氧化碳、甲烷等气体燃烧的颜色都接近蓝色，为什么只干扰氢气燃烧火焰的颜色而不干扰其他气体燃烧火焰的颜色？如果说氢气燃烧火焰的颜色较浅，钠离子燃烧火焰的颜色较深，因而掩盖了氢气燃烧火焰的淡蓝色，那么氢气在氯气中燃烧火焰的颜色也较浅，为什么钠离子燃烧火焰的颜色能够盖住氢气燃烧火焰的颜色而不能够盖住氢气在氯气中燃烧火焰的颜色呢？不难想像上述解释有一定的片面性。影响氢气燃烧火焰颜色的原因到底是什么？通过设计实验，用不锈钢、镍管等代替玻璃做氢气燃烧实验，同样得不到蓝色火焰。也许学生会明白，除了玻璃中钠离子的干扰外还有其他因素影响氢气燃烧火焰的颜色（不难发现至少燃烧火焰的温度是一个重要因素）。这样不断地从已有知识出发，发现问题、提出问题、猜想设计解决问题的思路、解决问题、实验证明解决正确性的能力远比记住知识本身重要得多。 （四）改验证性实验为探索性实验 采用教师讲授化学知识，然后通过实验验证其正确性，这种做法在学生的认识过程中有一定的局限性。如当教师先讲二氧化碳比空气重这个知识时，学生心里必然会怀疑这是否正确，于是教师需要一些事例来证明这一观点的正确性，这就是典型的验证性实验。如果教师先演示二氧化碳比空气重的实验，让学生观察，然后提问学生，通过实验可以得出二氧化碳的什么性质。这样，二氧化碳比空气重的性质是学生自己得出的，因此学生不会怀疑结论的正确性。尽管这只是顺序的颠倒，但对学生发展能力的效果是截然不同的，从学生的角度看，学生参与知识的形成过程，其心理体验是前者无法相比的。 如果教师做实验没有创造性，只是为了验证所讲知识的正确性，为了应付考试，那么教师有什么理由期望学生有较强的创造能力？化学实验不能够局限于验证所讲内容的正确性，而应该尽可能地模拟发现知识时的情景，让学生通过自己的观察、探索，分析实验提供的素材，发现其中的知识、科学原理，进而内化为自身的素质。 （五）引入开放性实验 必须正视人类认识的阶段性、局限性和发展性。引入开放性实验就是要明确目前的认识水平，这样更有利于学生的发展。观察磷在氯气中燃烧的实验让学生得出生成物是烟还是雾的结论是极其困难的，教师硬塞，说这是白色的烟雾，学生难于接受。不如因势利导调动学生的积极性，请学生设计实验来证明到底是烟还是雾。 如同其他事物一样，化学的发展是无止境的，而人类对化学问题的认识是有一定的阶段性的，对某些问题不可能有完美的。例如，如何降低煤燃烧产生的二氧化硫污染的实验。有人主张往煤里添加碳酸钙，有人主张往煤里添加氧化钙，你如何看待这一问题。引入开放性实验其意义不在于立即得到一个明确的结论，而在激发学生不断地探索、追求的精神，在一定的条件下得到相对满意的结论。这才是科学发展的规律。 （六）让学生面对选择，辅导学生学会选择化学知识是丰富的，但又有其内在的有机联系。课本上每一节的内容有一定的独立性，但是学生头脑中的知识是相互联系的，以多节点的网状超媒体链结。学生学习新知识新技能时，新事物必然要与学生已有的知识体系发生作用，否则就是孤立的、僵死的、没有生命力的、不可提取的。当学生面对一个具体的问题时，必然面临多种选择，代替学生选择的做法尽管能够节省宝贵的课堂时间，但是不客气地说这对培养学生的能力是有害无益的。现在不少学生中存在这样的现象，上课教师讲的都明白，课本的知识也能够理解，可一到做习题和考试时就不会。不排除某些目的怪、偏、奇、刁，但是不是也存在着教师剥夺学生选择的权力后，使得学生面对众多选择无所适从的因素。例如，初中化学有一节是二氧化碳的实验室制法。不少教师是这样引入的：由于碳酸钙与盐酸反应能够得到二氧化碳气体，所以实验室用它们来制备二氧化碳气体或是进行碳酸钙与硫酸、盐酸反应的实验，然后得出实验室应该用碳酸钙与盐酸反应来制备二氧化碳。学生十分困惑。到这一章为止，学生知道的能够得到二氧化碳的方法不下十种，为什么单单选择这种制法。学生不知道其他制法到底有什么问题。如果教师能够从得到二氧化碳的方法入手，引导学生复习可以生成二氧化碳的方法：１．人和动物的呼吸；２．碱式碳酸铜受热分解；３．碳酸氢铵受热分解；４．木碳与氧气反应；５．碳与空气反应；６．蜡烛燃烧；７．煤的燃烧；８．汽油的燃烧；９．碳与氧化铜反应；１０．一氧化碳燃烧；１１．酒精燃烧；１２．甲烷燃烧；等等。这样引入既自然，又能够解决学生的疑问。然后引导分析作为实验室制法的条件，学生逐一分析很容易得出为什么一定要用该方法来制备二氧化碳的理由。未来社会信息越来越多，获取信息固然重要，但更重要的是学会判断信息的价值，进而选择有效信息来解决问题，否则将被各种信息所淹没。 （七）现代传媒技术的充分应用 当今世界科技的日益发展，信息呈几何级数增加。如何利用这些技术和资源的问题已经摆到每一个人的面前。网络、多媒体远程传媒等技术的普及，为发展学生的能力提供了新舞台。化学实验的概念也在扩大，计算机技术已经渗透到化学实验领域。模拟化学实验室、灵境技术在发展学生解决问题的能力上有着传统手段不可比拟的优势。例如，隧道扫描显微镜的有关原子的照片本来就是在计算机上得到的，用其他手段来表现其效果远不如计算机上的效果；操作类型的实验，用计算机来练习既方便又经济；利用计算机的灵境技术、网络技术，虚拟现实、虚拟未来、虚拟科学家发现知识的各种环境，让学生在这样的环境中获取知识、提高能力，将是实验发展的一个重要方向。当然，利用计算机来发展实验能力也有其不足之处，计算机替代不了实际操作，在味觉、嗅觉等方面计算机还有较大的局限。但这丝毫不影响利用计算机与实验结合来发展能力的优势。 三 通过化学实验培养学生的能力，应该注意如下四个问题。 （一）以中学化学教材为主 发展学生的能力，应不断挖掘中学化学教材内容，而不要一味拔高，将大学化学的内容、实验下放到中学来。甲基橙的变色范围教科书上并没有配实验，如果让学生自己设计一个实验来确定甲基橙变色的pH范围，然后实施自己的设计方案，得出结论，这样对学生能力的发展是大有好处的。又如，浓硫酸脱水性实验如果用９８·３的硫酸在纸上做效果并不好。于是我给学生布置了一个实验，探索如何得到浓硫酸脱水的实验最佳效果。学生用不同的材料，配置不同浓度的硫酸，终于发现：适当润湿的纱布与浓硫酸反应脱水性非常好。当蘸有硫酸的玻璃棒与纱布接触时，接触到的地方，立即变黑形成一个洞，并伴随有轻微的响声。此时即使是做过浓硫酸脱水性实验的高三学生看到这样的实验结果时也大吃一惊，深为浓硫酸的脱水能力所震撼。由此引申出去，教科书对皮肤上不慎接触大量浓硫酸和少量浓硫酸的处理方法是不相同的，为什么会有这样的区别。显然浓度温度是关键因素，结合浓硫酸稀释放热，不难理解当硫酸不慎与皮肤接触时最重要的是用干布赶快擦干净，然后再用大量的水冲洗，而不是立即用大量的水冲洗。进一步还可以联想这与医院常用７５的酒精消毒而不用无水酒精是不是有内在联系。这些不是很有意义吗？ （二）注意培养能力的层次性和深度的问题 培养能力一定要结合学生的基础。例如，某初中教师在讲二氧化碳的实验室制法一节时，让学生动手比较大理石与硫酸和盐酸反应的实验现象，本意是想得出盐酸与大理石反应的速度比硫酸与大理石反应的速度快。但是，很多学生并未得出教师期望得到的结论。于是，教师不得不亲自再演示一遍此实验。其实，对于刚开始学习化学不到五个月的初中学生来说，这是一个比较复杂的实验。由于需要控制的因素很多，不定因素也很多，如学生每一次取的大理石的杂质成分、硬度、空隙等因素都可能不相同，即便是教师也不一定每次都能够得到所需要的现象。 通过实验培养学生的能力，目的不在于仅仅学会某些化学仪器的使用、化学操作等较低层次的动手能力（尽管这些能力同样十分重要），而在于通过实验这个能力的载体，发展学生分析问题、解决问题、探求真理的科学素质，并能够运用到今后其他学科的学习和实际生活、工作中。例如，稀释浓硫酸的实验。每个学生都不止做过一次，但是有几个学生将来会与浓硫酸打交道。如果教师只教给学生稀释浓硫酸的方法，其意义到底有多大。生活中时常发生的浓硫酸毁容事件，不少是因为处理不当（用大量的水洗）而造成严重烧伤，做硫酸的稀释实验脱水性实验，而不知道如何处理这样的事故，实验教学的意义何在？我想通过这个实验教给学生的还是解决问题的能力，稀释浓硫酸只是一个载体。只有能够将实验知识、技能转化为自身处理问题的方法，才能谈到素质的形成。 注意解决问题的深度。如何将氢气爆炸的实验做得声音大、各种现象都能够看到固然很好。但是，我想更主要的是能否通过氢气氧气混合点燃爆炸、氢气氯气混合光照爆炸、乙炔空气混合电点燃爆炸等实验，氯酸钾、TＮT、肼、苦味酸等易爆物质结构的分析，明确爆炸的原理、发生爆炸的条件，进而通过讨论和实验达到控制爆炸与防爆的目的，并逐步形成研究问题、解决问题的科学研究方法。 （三）注意多学科知识的融合 实际问题是一个综合的问题，不是单凭化学或其他某一门知识就能解决的，需要多学科间知识的相互迁移。例如，爆炸的实验。无论教师做的实验如何清楚，爆炸现象如何明显，如果不讲清楚爆炸的原理，学生只能够想到煤气与空气的混合气体遇到明火会发生爆炸，我想这就不能够算是教学的成功。某报报道，一居民发现家里煤气泄露，便打开抽油烟机，于是发生了爆燃。该居民本意是好的，煤气有毒想用抽油烟机将其抽走。我想他也清楚煤气与空气的混合气体遇明火会发生爆炸，但是他不明白电器在开关时会产生电火花，从而达到爆炸条件，引爆气体而发生爆炸。这件事教训是深刻的，其意义不仅在于如何处理煤气泄露，更重要的是让我们看到了片面强调某一学科重要性的弊端。 （四）注意结合教育环境，充分利用当地的教育资源 学生将来是要回到社会中去的，早一点接触社会中的、实际中的化学问题，有利于学生能力的发展。同时借助科研院所的力量，让学生接触最前沿的学科发展动向是激发学生学习动机、开阔思路的一种好形式。我让学生参观中国科学院化学所、参观中国科学院古脊椎动物研究所、参观中国科学院植物研究所时，面对白春礼先生原子级的物质图像，面对人类还未出现时的恐龙蛋化石剖面，面对地球上的活化石，怎能不为之震撼？有过这种体验的学生的能力怎么会得不到提高呢？一个人的力量总是有限的，如果能够充分利用社会力量，那么学生能力的发展就多一些可能。 四 培养学生化学能力是化学科实施素质教育的核心问题。化学实验能力是化学能力的综合体现。化学实验在化学科实施素质教育、提高学生的化学能力中占有不可替代的地位。只有每一个教师在自己的教学实践中确实重视化学实验在培养能力中的作用，才能够真正地把在化学科实施素质教育落到实处。