通過實驗探索培養學生創造性想象力(一)

通過實驗探索培養學生創造性想象力(一)

 通過實驗探索培養學生創造性想象力
 
 摘要：想象力是科技創新的源泉，創新離不開實驗。實驗教學在高中化學教學中具有不可替代性，實驗的改進可以優化實驗的設計、培養學生發散思維，激發學生學習化學的興趣，提高教師上課的效率。掌握了實驗改進原則和實驗探究方法就為創造性想象力的培養提供了思路和指明了方向。實驗的創新是想象力的具體表現。
 關鍵詞：實驗探索  創造性 想象力
一、問題的提出
 創造性的想像力比知識更重要，因為知識是有限的，而想像力概括著世界的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉。嚴格地說，想像力是科學研究的實在因素。
 ——愛因斯坦
 提出一個問題往往比解決一個更重要。因為解決問題也許僅是一個數學上或實驗上的技能而已，而提出新的問題，卻需要有創造性的想像力，而且標志著科學的真正進步。
 ——愛因斯坦
 科學的每一項巨大成就，都是以大膽的幻想為出發點的。
 ——杜威
 從前輩們的辛勤汗水結晶出來的話語中我們可以領悟到創造性的想像力對于科學發展人類進步的作用。然而創造性想象力正是當今高中學生的缺失。專家對歷年高考化學考察結果進行分析，發現考生主要存在的問題之一是實驗題，而實驗中主要存在的問題是：1、學生對實驗知識靈活運用的能力比較弱：考生在這方面的弱點主要表現在解答新問題情景方面的實驗題目時，見到新的問題情景，考生不能冷靜地從學過的內容和做過的實驗中準確地選取知識，把它遷移到新的問題情景中，靈活運用所選取的知識來解決問題。2、不重視實驗的實際操作：平時教學中只重視教給學生實驗的結論而不重視科學探究能力的培養是教學中的不足。
 這兩點尤其是第一點體現出高中生創造性的想像力的不足，其貌似學生的缺點而實為教師在教學中的缺點暴露無遺。為了解決以上問題，筆者認為改進實驗和實驗探究不失為一種很好的提高學生技能的辦法。改進實驗可以分為學生改進和教師改進，學生改進實驗主要通過化學興趣小組利用業余時間進行思考研究設計出符合教材所要落實的知識點的實驗。學生設計的實驗經教師審核也可以與教師改進的實驗一樣登上講臺。無論學生改進實驗還是教師改進的實驗，學生在學習過程中都會產生新舊知識的碰撞，進而去探究其原因、原理從而提高了理論水平和實驗操作能力。
 二、改進實驗培養創造性想象力
1、改進實驗可以培養學生的創造性思維
 對于課本上大量的演示實驗和學生實驗，教師不能采取簡單的“拿來主義”，照方抓藥，機械操作，而應該通過創設問題情境，如：“應該怎樣設計?”“為什么要這樣設計?”“換一種方法能不能做?”等，有意識地創造一種探索的氛圍，盡量展現實驗的過程，使之成為師生共同參與的“亞研究”過程，以此來滲透化學思想，啟迪學生運用科學的研究方法對待化學實驗。處于同一環境的人們，客觀事物對每一個人的刺激程度都是一樣的，但是不同的人對外界刺激的感受和覺察能力卻是不同的，覺察能力強的人往往就能利用這種特殊察覺到的東西創造出新的奇跡。靈敏的感覺和敏銳的洞察能力不僅與人們的知識水平有關，而且還與注意力和好奇心有關。用改進的化學實驗進行化學教學，盡可能由學生自己做未知的實驗，在教師引導下，學生認真地觀察和分析實驗現象。由于學生的好奇心和豐富多彩的實驗現象，促進了學生注意力的提高，同時能激發學生對實驗現象的本質進行探索式的分析，長此以往，學生的覺察能力得到了培養。
 有機溶劑在改進化學實驗中的應用：
 
 2、通過改進實驗的價值鼓勵學生的創新
 通過對蘇教版化學教科書的使用，老師們普遍感到課堂教學任務重、時間緊，做實驗是學習化學的基礎，為了達到實驗教學效果，做好演示實驗尤為重要，新教材的一些實驗現象不明顯或反應時間長會浪費掉寶貴的課堂教學時間，因此合理的改進演示實驗可以使課堂教學效率大大提高。
 例如許多老師在做二氧化碳與鎂反應的實驗時，先收集滿一瓶二氧化碳，再按課本的描述去做，這樣操做顯得非常的麻煩，筆者對此做了如下改進，操作步驟：（1）在集氣瓶中放入純堿，然后滴入幾滴鹽酸，此時產生的二氧化碳就會慢慢充滿整個集氣瓶。（2）將點燃的鎂調插入集氣瓶。優點：（1）操作簡單，不需要專門制取二氧化碳的裝置。（2）藥品可以方便地控制，不會造成浪費（3）重復操作方便，二氧化碳用完后可以很快地重新制取一瓶。

 又如：傳統做噴泉實驗都要求燒瓶干燥，一旦燒瓶濕潤，就不得不換一個干燥的燒瓶，否則實驗必然失敗。筆者這些年做噴泉實驗是不會選擇燒瓶是否干燥，因為濕潤的燒瓶同樣可以做噴泉實驗。采用的裝置與傳統裝置一樣，只是藥品使用不一樣。操作方法：向氣密性良好的燒瓶中放入固體氫氧化鈉，然后迅速加入少量濃氨水，蓋上塞子，固定好燒瓶，擠壓膠頭滴管使水飛出，即出現噴泉。若要重復操作，只需按上述步驟重新操作即可。
 
 
 3、興趣是想象力的源泉  
 化學實驗作為學生的一種積極主動的認識建構手段，其目的和作用不僅僅只是作為一般的建構手段，而是作為學生建構邏輯結構的手段。要達到這種目的，就要使學生在進行探索性實驗時發生認知沖突。這要求改進的實驗設計首先要足夠“新穎”。正是這種“新穎”的刺激，才能引起學生探索的欲望，才使得它與主體原有的“定勢”相矛盾、相對立，才能產生認識上的不協調和沖突，才會激發學生對實驗的興趣。
 焰色反應實驗若能成功展示就能激發學生學習化學的興趣，因此做好焰色反應實驗有著重要意義。課本上的焰色反應實驗現象不太明顯，為此筆者設計了一個現象明顯，操作簡單的焰色反應實驗。材料：一個空者喱水瓶、 酒精 、銅粉。操作及現象：(1)、在洗凈的者喱水瓶中加入適量的酒精，再加入少量的銅粉，(2)、點燃酒精燈，搖動者喱水瓶讓銅粉與酒精混合，噴出霧狀的酒精(3)、現象：酒精立即燃燒，出現綠色光，效果非常好。銅粉也可以換成其他藥品，出現多種顏色。裝置如圖：
 

 三、探究性實驗培養學生創造性想象力
 俄羅斯高端人才層出不窮，獲諾貝爾獎的科學家眾多。究其原因與俄羅斯的中學教育分不開，中學生每天只上半天課，下午二時即放學，而下午其他時間學生可以到實驗室去做自己想做的實驗， 學生要完成實驗就得深入思考：要做什么實驗？實驗的理論依據即實驗原理是什么？實驗的方案又要如何設計？。在這一系列問題解決完后學生才能開始動手操作，操作的成功與失敗又涉及實驗的評價。整個過程都是學生獨立完成，每一步都需要學生開動腦筋，充分發揮他們的創造性想象力。
 上圖中創造性想象力Ⅱ是創造性想象力Ⅰ的升華，在創造性想象力Ⅰ的基礎上重新指導探究實驗的每一步。那么，每一步又是如何來培養學生的創造性想象力的呢？
“理論探究”活躍思維
 我們的中學生都存在一個通�。喊l散性思維不夠、思維不夠活躍，也就是說不敢去發揮想象力。舉個簡單例子，老師命題要求學生寫一篇作文學生可能馬上能寫好，若要自擬題目學生們不一定能在規定的時間完成。又如：那一天讓學生自行去實驗室完成自己想做的實驗，而不是老師規定的內容和步驟，許多學生可能會茫然不知所措。學生的缺失當然是教育的缺失所造成。教師應該給學生有活躍思維的空間。
 例如：設計實驗求出一定質量Na2CO3和NaCl的混合物中NaCl的百分含量。這就要求學生充分發揮想象力，學生通過探討得出結論：①與足量鹽酸反應測氣體體積②與足量鹽酸反應測最后NaCl的質量③加過量氯化鋇測沉淀質量……。
加強這方面的訓練久而久之學生的思維自然變得活躍起來了。
 “方案設計”形成邏輯思維
 曾經有兩位同學為加熱稀氨水，用PH計測定溶液中的c(OH-)變大而爭論不休，甲認為溶液中的c(OH-)增大，理由是，NH3·H2O是弱電解質，在溶液中存在下列平衡：
       NH3＋H2O            NH3·H2O          NH4++OH-
弱電解質的電離過程是吸熱的，當溫度升高后，平衡就會向電離方向移動，所以氨水中c(OH-)增大；乙認為一般加熱有利于弱電解質的電離，但氨水受熱時反而不利于NH3·H2O的電離，這是由于受熱時氨氣逸出，上述平衡向左移動，使c(OH-)減小。
 筆者引導學生說，為什么不設計實驗方案進行證明呢？學生們馬上停止爭執，忙于設計證明自己正確的方案。最終在老師的指導下完成了實驗方案：在試管中注入滴有酚酞的氨水，并在試管口套上小氣球（防止氨氣污染空氣），加熱試管，觀察溶液顏色變化，如果顏色變深，則甲正確；如果溶液顏色變淺，則乙正確。
 乘兩位學生興致高漲，緊接著我提出：在少量Mg(OH)2懸濁液中，滴加飽和NH4Cl溶液，固體溶解。對于固體的溶解，甲認為是：在氫氧化鎂懸濁液中存在溶解平衡：
                           Mg(OH)2           Mg2++2OH-
NH4Cl發生水解 : NH4＋＋H2O       NH3·H2O+H+  水解產生的H+與Mg(OH)2電離出來的OH-發生了中和反應，使Mg(OH)2的溶解平衡向右移動而使Mg(OH)2溶解；乙的解釋是： NH4Cl電離出的NH4+與Mg(OH)2電離出的OH-發生反應生成了弱電解質NH3·H2O，由于c(OH-)降低，從而使Mg(OH)2的溶解平衡向右移動，導致Mg(OH)2溶解。要求學生設計出合理的方案加以證明，兩位學生最終設計出了正確方案。
設計實驗方案需要考慮方方面面的問題，需要邏輯思維的推理判斷。能設計出正確方案對學生無疑是莫大的鼓舞和提高。
 “實驗操作”檢驗想象的合理性
現在的高考實驗題重在考查學生的實驗能力和綜合分析能力。但是實驗題的得分率都不高，反映了目前在中學化學教學中，實驗教學是一個薄弱的環節。許多教師都只重視理論的講授和解題能力的培養，而忽視了對學生動手能力的培養。通過實驗的操作，可以培養學生的實驗技能、觀察能力、思維能力和科學的思維方法，提高他們發現問題、分析問題和解決問題的能力，學生自行設計操作的實驗無論成敗都無關緊要，而是整個過程學生都積極參與思考，同時不斷根據實驗的結論修正方案設計的合理性。
例如：鈉與水（加有酚酞）反應最不容易觀察到的實驗現象是①溶液變紅②有大量的氣泡產生③鈉熔化成小球④鈉在水面上不斷地游冬。此題學生做起來非常困難，因為上述現象的確都在該實驗中存在，從學生的得分率來看，學生的想象的與現實有著差距，這就得用實驗來進行檢驗，親自做過后不難得出“有大量的氣泡產生”最不容易觀察到，通過實驗具體操作就對前期的想象錯誤進行了修正。
4、”實驗評價”反饋提高
 第一次對實驗的設計不可能十全十美，設計者要對實驗進行操作，操作不合理再進行修正，修正后繼續操作，整個過程周而復始又不是簡單的重復。設計者要對實驗后的每一步進行評價才能對前面的修正準確到位。
 例如：課本實驗未對實驗的產物進行檢驗，而乙醇與鈉反應的化學方程式的書寫就應該建立在實驗現象的基礎之上。因此檢驗氫氣的產生對此反應的理解非常重要�；�于此，有教師設計出了制取和檢驗的裝置。操作步驟：（1）向試管中加入約10ml無水乙醇，再沿試管內壁滑下一塊鈉。（2）蓋上如圖所示的帶有玻璃管的單孔橡皮塞。（3）檢驗氫氣的純度，若純凈則可以直接點燃。

 此實驗設計貌似合理，其實不太合理。筆者引導學生思考不合理的地方，并做實驗給學生觀察，學生們發現起始時火焰很小，過了幾分鐘之后火焰迅速變大，鈉與酒精反應產生氣泡速率并沒有明顯成倍放大，為何火焰會變得如此之大，學生們通過探討之后發現此反應是放熱反應導致酒精揮發而燃燒。筆者又提出：1、如何證明燃燒物有酒精？2、怎樣設計避免酒精蒸汽的干擾？之后學生們得出了合理的解釋和實驗方案。
    學生們實驗改進和探究就是在一次次實驗、一次次失敗、一次次總結之后，觀察能力、分析能力、動手能力、評價能力慢慢得以提高，這些能力是建立在想象力的基礎之上，而創造性想象力又是這些能力的升華。

參考文獻：
1、《中學化學教學》（實驗部分） 2008年3、4期
2、李明艷 《中學化學教育》2006年第11期

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