1、05上海市参评论文：获一等奖借助实验构建学生创新思维平台 上海南汇中学 （201300） 王辉摘要：化学实验在培养学生创新意识和创新思维方面有着重要作用，本文就如何借助化学实验构建学生创新思维平台作一些简单的探讨。关键词：化学实验；创新思维；平台一、用教师的创新实验激发学生的创新意识 要培养学生的创新意识和能力，教师首先应具有先进的教学理念，在化学实验教学方面应当善于创新，以教师的创新带动、指导学生创新，引发学生的求知欲，培养学生创新思维和实践能力。例如，在学习Na2CO3和NaHCO3的化学性质时要比较Na2CO3、NaHCO3与盐酸反应速率，教材中安排了演示实验，但效果不好，为此本人重新设
2、计实验，让学生能够非常直观地看出两者反应速率快慢。实验装置图如下：该实验把产生二氧化碳的快慢转变为试管内压力大小，反映在长直玻璃管内液面上升快慢，可比性强、现象明显。通过演示实验的改进激发学生学习兴趣，启发学生勇于创新。该实验操作简单，成功率100。安装该实验装置时，玻璃管要长，防止反应速率大水柱上升过快，可比性差。根据选用的试管的规格不同，应选用不同浓度的盐酸，演示前，教师可在实验室预先做一下以确定适宜浓度的盐酸。演示该实验时，两个装置中胶头滴管里的盐酸要同时加入，动作要快。为了加强学生感性认识还可以请一位学生上台演示，效果更加。又例如，在学习Na2O2的化学性质时，要介绍Na2O2与CO2
3、反应这个重要性质，同时要让学生知道该反应产物之一是O2，另外还要说明该反应是放热反应，反应热较大。对于Na2O2的该性质，教材没有安排演示实验，所以学生的感性认识不强，特别是该反应的热效应没有足够的认识。为此，在学习本节内容时本人设计一个实验让学生能够比较直观地感受到该反应产物中有O2产生且反应热很大，从而代替枯燥的讲解，装置图如下：将CO2通过裹有Na2O2的脱脂棉，要使棉花迅速燃烧，应考虑两个方面CO2的浓度要大，CO2的量要大。根据这两点本人设计了上述实验装置。本实验装置可以用J型管改造而成，将J型管尖嘴活塞取掉，装上一个带有玻璃管的橡胶塞，中部是一个装有无水CaCl2作为干燥剂的干燥管
4、，上部是一个从大试管截下的短玻璃筒，再塞上装有玻璃管的橡胶塞，干燥管和短玻璃筒之间间用乳胶管连接起来，装上止水夹或在乳胶管中塞入一个直径比乳胶管内径大的玻璃球（类似碱式滴定管尖嘴部分）。J型管内放入许多碎玻璃片再加入盐酸，加入块状碳酸钙，碎玻璃片可将块状碳酸钙支撑住而不会沉到J型管底部，塞上橡胶塞，随着碳酸钙与盐酸反应产生的气体增多，J型管内压强增大，使盐酸液面下降与碳酸钙分离，在上部短玻璃管中放入一小团裹有Na2O2的脱脂棉，打开止水夹，棉团迅速燃烧。该实验装置的优点是随开随用（类似启普发生器），现象明显。二、变教材中的演示实验为开放性、探究性实验在化学教学中提倡和鼓励学生通过化学实验进行探
5、究性学习，要充分发挥化学实验在探究性学习中的作用。为此，教师在化学课堂教学中，要注意研究开发探究性实验，引导学生通过实验去发现和探究解决问题的方法，实现学生学习方式由被动接受式学习向主动探究性学习的根本转变。对于教材中的演示实验要进行深加工，变教材中的验证性实验为开放性和探究性实验。例如，在学习钠的化学性质时，要演示钠和水反应实验，本人在教学中是这样操作的，实验一：演示钠和水反应实验，然后提出问题：在钠与水反应的实验中你观察到哪些实验现象？这些现象分别说明了钠的哪些性质？通过学生讨论总结出：浮（钠浮在水面上）钠的密度比水小；熔（钠融化成亮的小球）钠与水反应放热、钠的熔点低；动（钠小球在水面上游
6、动）钠与水反应放出气体对钠产生反冲力；声（钠与水反应产生嘶嘶声音）钠与水反应剧烈；色（滴入酚酞试液变红）钠与水反应产生碱NaOH。实验二：将一小块金属钠投入一盛有适量饱和澄清石灰水的烧杯中，提出问题，钠与石灰水反应和钠与水反应现象有什么不同？学生回答：有白色沉淀。进一步追问，为什么会产生白色沉淀？教师启发学生共同分析，最后得出产生沉淀的原因有三，（1）钠与石灰水中的水反应消耗了溶剂，故有溶质析出。（2）钠与水反应放热，而Ca(OH)2的溶解度随温度升高而减小。（3）饱和的石灰水中存在着溶解与结晶平衡Ca(OH)2(固)Ca2 + 2OH钠与水反应生成了OH促使平衡向左移动，故Ca(OH)2以沉
7、淀形式析出。实验三：演示钠与CuSO4溶液反应（取金属钠时尽可能小一些），然后提出问题，该实验现象与钠和水反应实验现象最大不同是什么？学生经过思考很容易回答出由深蓝色沉淀，并能说出产生蓝色沉淀的原因。然后重做该实验，只是在取金属钠时，钠块比上一实验要大一些，实验时，钠与CuSO4溶液反应比上一次更剧烈，发生了燃烧，且反应后的烧杯中除了有蓝色沉淀同时还有黑色物质。提出问题，这次实验中为什么会产生的黑色物质？学生通过讨论得出，由于反应剧烈燃烧，使Cu(OH)2分解生成了黑色的CuO。第三次重做该实验，这次取用的钠块比第二次还要大一些，演示时，在烧杯上盖上玻璃片，钠在烧杯里燃烧并发生轻微爆炸，实验后
8、，让学生仔细观察烧杯内壁，发现有少量红色物质。提出问题，该红色物质是什么？怎样产生的？学生很快回答出红色物质是铜，那么，铜是怎样产生的？是不是钠把CuSO4溶液中的铜置换出来的？这时学生争论激烈，一部分同学认为是钠置换出硫酸铜中的铜，但当另一部分同学反问为什么前两个实验中为什么没有出现铜时，持该观点同学无法作答。而持反对该观点的同学也无法解释铜究竟是怎样产生的。这时教师适时点拨，钠与硫酸铜溶液反应有没有气体产生？如果有，该气体是什么？学生恍然大悟。该反应产生的气体是H2，反应剧烈发生轻微爆炸时，生成的CuO在H2的氛围中被还原成Cu。三、从演示实验中寻找研究性学习课题研究性学习作为一种学生学习
9、的新方式，对于改变传统的课堂教学模式起到了很大的促进作用，但就具体操作而言，往往容易走入误区，研究性学习的选题过大、过空、过难，有的甚至把某些科研课题作为研究性学习的对象，表面上很风光，实际上学生无法从研究性学习中获得成就感，严重挫伤了学生的积极性， 我认为中学研究性学习的课题，应当来源于教材，使学生有种跳一跳就能摘到桃子的感觉。例如，在学习乙醇的化学性质时，演示乙醇催化氧化成乙醛实验，将绕成螺旋装铜丝，在酒精灯上灼烧，铜丝变黑，迅速插入到盛有酒精的试管内，铜丝由黑变红。本实验主要说明灼热的CuO可以将乙醇脱氢氧化成乙醛，同时CuO被还原成红色的铜。对于这一问题学生都能理解，而我在课堂上把这一
10、问题再进一步拓展，提出问题让学生思考：通过上述实验我们看到乙醇能将灼热的CuO还原成Cu，还有哪些物质能将CuO还原成Cu？问题提出后，学生经过讨论提出的方案有如下两种。第一种，H2、CO能将灼热的CuO还原成Cu；第二种，NH3也能将灼热的CuO还原成Cu。这时我进一步追问，乙醇是液体，H2、CO、NH3是气体，有没有固体物质可以将CuO还原成铜？学生一时很难回答，进一步点拨，有没有受热可以产生NH3的固体？学生马上回答：NH4Cl。请同学们课下认真思考，共同研究如何设计实验方案来加以验证？同学们利用课余时间积极探讨，设计出实验方案有两种：第一种，受乙醇还原氧化铜实验的启发，将一端绕成螺旋状
11、的铜丝在酒精灯上灼烧，待铜丝烧成红热状态，离开酒精灯，红热的铜丝变黑，立即将铜丝的螺旋状部分插入疏松的氯化铵粉末中，2分钟后，取出铜丝，铜丝的螺旋状部分变成紫红色。从而证明氯化铵可以将灼热的氧化铜还原成铜。第二种，取氯化铵和氧化铜的混合粉末（氯化铵和氧化铜的质量比大约4：1）放入一试管中加热，10分钟后停止加热、冷却，试管内黑色物质变成暗红色。说明有铜产生。氯化铵在加热条件下还原氧化铜的原因是因为氯化铵和氧化铜发生了如下反应：NH4Cl NH3 + HCl ,2NH3 + 3CuO 3Cu + N2 +3H2O；那么，氯化铵分解产生NH3和HCl，氯化氢是否也和氧化铜发生反应呢？如何进一步用实
12、验加以证明？学生经过积极探究得出，如果氯化氢和氧化铜发生反应，应当生成氯化铜，将反应后的残留固体用水溶解，氯化铜的水溶液颜色应当是绿色。将反应后的固体溶解于水，然后过滤得红色固体，滤液呈绿色。从而说明氯化铵和氧化铜共热时，既发生了NH3和CuO反应又发生了HCl和CuO的反应。四、 从化学教材内容中寻找创新实验题材，启迪学生勤于创新在化学课堂教学中往往涉及许多物质的重要性质，某些物质的重要性质为我们实验教学提供了丰富的实验创新题材。例如，在复习Na2O2与H2O反应的性质时，我提出这样问题：实验室中的Na2O2中往往含有Na2O杂质，你能否设计一个简单的实验来测定Na2O2的纯度？学生通过讨论
13、探究提出，可以根据Na2O2与H2O反应产生O2,通过测量O2的体积而求出Na2O2的纯度，我们把这种方法成为气体体积测定法，然后我和学生共同探讨该实验缺点，O2的体积是借助于排出的水的体积来测定有一定误差。进一步追问，能否设计一个实验方案，求出O2的质量呢？有的学生回答：不容易直接称量O2的质量，我给以了肯定，但能否通过差量法间接求出O2的质量？学生通过讨论回答：可以。如何操作？用到哪些仪器？在教师的指导下，得出如下的实验方案：通过电子天平确认反应体系达到衡重，并记录体系衡重后的总质量为W3g用电子天平称量出（锥形瓶+水）的质量为W1g；试样的质量为W2g 充分反应则反应中产生的O2的总质量
14、为(W1+W2W3)g，我们把这种方法称为差量法。进一步探究：如果让样品（Na2O2和Na2O）与足量的盐酸反应最后得到的溶液的溶质是什么？能否通过实验的方法测定一定质量的样品与盐酸反应后所形成的溶液中溶质的质量？学生通过讨论分析得出，可以通过把溶液蒸发、冷却、结晶的方法得到NaCl，从而较准确称量出NaCl的质量。我们把这种方法称为重量法。再进一步探究：如果让一定质量的样品（Na2O2和Na2O）与足量水反应得到的是NaOH溶液，同学们能否通过酸碱中和滴定的方法准确求出NaOH的质量？有了上述讨论做基础，问题一提出学生热烈讨论，最后一致认为可以通过酸碱中和滴定准确求出NaOH的质量，进一步求
15、出样品的纯度。并且能够指出该方法误差较小。我们把这种方法称为酸碱中和滴定法。通过对上述一系列实验方案探究，使学生们看到一个简单的Na2O2与水反应的性质，可联系的内容很多，可以设计和创新的实验方案也不止一种，学生所学的知识得到了升华。五、利用实验中的“反常”现象，培养学生求真、求实的探究精神实验中“反常”现象的出现，会造成学生认知的冲突，教师应当抓住这种机遇，重新创造条件认识未知，大胆假设，重新设计实验加以验证，合理地找出反常的原因。这对培养学生的创新意识和创新能力提供了绝好的素材。例如，在复习Na2CO3和NaHCO3的性质时，我让学生思考这样一个问题：“将CO2通入饱和的Na2CO3溶液中
16、有什么现象？你能否利用所学的知识给以合理的解释？”学生经过讨论得出，有沉淀出现，该沉淀是没有溶解完的NaHCO3。原因有三，一是CO2与Na2CO3反应生成了溶解度较小的NaHCO3；二是反应中消耗了溶剂水；三是生成的NaHCO3的质量比反应前Na2CO3的质量大。实际情况是否真的如此呢？我立即演示该实验：利用CaCO3和稀盐酸反应制取的CO2通入饱和的Na2CO3溶液中，结果始终没有浑浊现象。这时学生感到非常奇怪，同时也激起了同学们的好奇心，请同学们课下认真思考，能和老师一起探讨该实验。课下许多学生热情很高，和老师一起到实验室探讨该实验。探究问题一：CO2在水溶液中能否真的与Na2CO3反应
17、？同学们通过查阅资料得出，饱和的CO2水溶液，其浓度约为0.01mol/L，pH3.98，饱和Na2CO3溶液浓度约为2mol/L，pH11.76，两者相遇肯定发生酸碱中和，生成NaHCO3。探究问题二：CaCO3和盐酸反应产生的CO2可能含有少量的HCl，对本实验是否会产生影响？同学们探讨的结果是：会产生影响，改进的方法为：用NaHCO3晶体受热分解制备的CO2通入饱和的Na2CO3溶液中进行验证，学生按此法做该实验，结果仍无晶体析出。探究问题三：能否想办法降低NaHCO3在水中的溶解度？同学们受乙炔制备的启发（当时我是用酒精和水的混合溶液与电石反应制取的，目的在于降低水的浓度），可否将CO
18、2通入饱和Na2CO3和酒精的混合溶液中，按照这种设想重做该实验，结果出现细小晶体析出。探究问题四：能否通过增大Na2CO3溶液中的Na来降低NaHCO3的溶解度？师生共同讨论的结果是将NaCl固体加入到饱和Na2CO3溶液中，直至NaCl不再溶解，过滤后在滤液中通CO2，很快有晶体析出。再例如，在复习SO2化学性质教学中，为了比较Cl2和SO2漂白的原理不同，在课堂上演示了SO2使品红溶液褪色的实验，利用硫酸和亚硫酸钠反应产生的SO2，通入到品红溶液中，使品红溶液褪色。由于实验装置中连接玻璃管的乳胶管老化漏气，导致SO2无法顺利通入品红溶液中。当时本人在课堂上“急中生智”，采取补救措施，设想
19、直接在品红溶液中加入Na2SO3粉末，然后再加入稀盐酸，认为这样产生的SO2也可以使品红溶液褪色。可是，在加入Na2SO3粉末后，品红溶液立即褪色，对于这一突发现象，本人始料不及，这时我也从学生惊奇的目光中发现学生也急切想知道为什么会出现这种现象？致使课堂气氛处于僵化状态，我只好如实向学生坦言，我暂时也无法解释这一突发现象，为什么品红溶液中加入Na2SO3粉末会很快褪色？希望课下有兴趣的同学能和老师一道探讨其中的原因。为了便于学生进一步探讨，我给学生补充相关有机物知识，如品红的结构、亚硫酸与品红发生的加成反应及由书本上的1,3丁二烯拓展出的共轭结构等。我和学生利用课余时间对品红溶液褪色原因进行
20、了如下探究。 探究问题一：SO2使品红溶液褪色的原因。通过和同学们查阅大学有机化学获得了相关的知识。SO2通入品红溶液中褪色的原因是：SO2与H2O反应生成与品红发生加成反应而生成无色物质，这是一个可逆反应，当褪色后的溶液加热后，分解导致平衡向左移动而恢复红色。探究问题二：有的学生提出是否是溶液的酸碱性变化导致了品红溶液颜色的改变？对此问题师生共同进行如下实验：在品红溶液中滴加浓NaOH溶液，溶液褪色，若加热；溶液不变色。若滴加盐酸，溶液又变红。通过实验证实了溶液酸碱性的改变会使品红颜色发生变化。但为什么会有这种现象呢？通过查阅相关资料得知，实验室中的品红是由一种叫做碱性品红发色母体（无色）加
21、入盐酸后生成的，在品红溶液中存在着如下平衡：加入浓的氢氧化钠时，平衡向右移动变为无色；当加盐酸时，平衡向右变为红色。通过对上述结构观察，我们发现看品红溶液所呈的红色与其结构中的共轭体系有关，即当品红的共轭结构遭到破坏时品红就褪色。探究问题三：有了上述讨论的基础，同学们大胆推测，Na2SO3使品红溶液褪色是不是和品红发生加成反应，破坏了其共轭结构而使其褪色呢？师生通过讨论设计如下实验加以验证：在品红溶液中加入Na2SO3粉末，溶液褪色。若加热，溶液不变红。若加入盐酸溶液不变色，再加热溶液变红。由该实验基本上可以证实同学们的大胆推测。经过进一步探讨，我们得出如下结论：Na2SO3粉末使品红溶液褪色的原因应当是：Na2SO3与品红发生加成，破坏了品红结构中共轭体系而使品红褪色；当加入盐酸时，又发生如下反应：由于生成物中没有共轭体系，所以溶液不变红，但这时的溶液中存在着如下的平衡体系：当加热时，分解平衡向左移动，恢复品红的共轭结构而显红色。当师生的探究有了结果时，学生们那种成功的喜悦溢于言表，其重要意义已远远超出学生对化学知识的掌握，这将对他们以后的学习产生重大影响。高考资源网 2006精品资料系列
