化学实验方案的设计是创新教学的有效途径

化学实验方案的设计是创新教学的有效途径

“化学实验方案的设计”是教材中最新增设的内容，它是在实施化学实验之前，根据化学实验的目的和要求，运用相关的化学知识和技能，对实验的仪器、装置和方法所进行的一种规划。“化学实验方案的设计”变传统的化学实验中照方抓药、模仿重复的实验教学模式为探究性实验教学模式，是一种较高层次上的素质教育，是培养学生创新能力的重要途径。

1.化学实验方案的设计与创新教学创新就是抛弃旧的，创造新的，是一种产生前所未有的思想或事物的活动。创新人才的培养主要靠以创新为核心的素质教育来实现，创新教育就是要培养人的创新精神和创新能力，从而造就高素质的创新人才。中学化学教学中，从化学学科特征到化学实验本身都能找到创新教育的题材，而化学实验方案的设计则是化学教育中更直接的一种创新教育。“化学实验方案的设计”是根据实验课题所提出的实验目的，让学生在学得的化学知识和实验技能的基础上，选择恰当的实验方案来解决问题的过程，它是化学实验能力的重要内容。在化学科学研究中，科学、合理、周密、巧妙的实验设计，往往能导致化学科学的重大发现。设计周密可行的实验方案，严格控制实验条件，对于科学实验往往起到重要的作用。居里夫人设计了用酸处理矿渣并在数百个蒸发皿间进行重结晶操作的实验方案，四年后提取出了镭的化合物;美、英三位科学家柯尔、斯莫利和可罗托设计了用激光蒸发石墨，所得碳原子在氦气氛围中结合而成足球烯（C60）的实验方案。从而使他们分别分享了当时的诺贝尔物理学奖和化学奖。然而，这些科学家们的创造源泉，除了他们对学科知识的广博精通，更加需要具备强烈的创造意识和足够的创新能力。

近几年来，高考化学试题除了相当重视“化学与社会”的结合，“化学实验方案的设计”也已成为出题的热点。它强调了对学生的综合能力、创新能力和实践能力的的考查。如2001年上海高考26题，该题要求用实验确定某酸HA是弱电解质。根据两位学生的实验方案解释其原理，并对他们的方案作出评价，再由考生提出一个合理而比较容易进行的方案。该题既有强弱电解质、盐类水解等基础知识的考查，同时又着重考查了考生的周密的审题能力、知识的迁移能力、对比观察能力及创新能力。它是对学生各项能力的综合测试，考生解此题时不是想不到就是想不周到，得分率很低。可见，在高考命题从知识立意转向能力立意的形势下，要求我们在平时的教学中应充分利用化学实验阵地，全面培养学生的创新思维能力和创新设计能力。“化学实验方案的设计”应是中学化学教学中培养学生创新能力的最高目标。

2.“化学实验方案的设计”的教学与实践

2.1深入领会新教材教学目标和要求中学阶段“化学实验方案的设计”可从以下几方面展开，即制备实验方案的设计、性质实验方案的设计和物质的检验实验方案的设计，最后总结出化学实验方案设计的基本要求。根据对学生的认知水平和学习内容，从培养学生创新思维能力出发，一般有如下操作步骤：确定课题→提出设计方案→讨论方案的可行性→实验操作→对实验进行分析评价→确定

最佳实验方案。

教材中列句了以铝屑为原料制备Al（OH）3的实验方案的设计、乙二酸化学性质实验方案的设计等五个实验方案设计的思路;安排了以苯甲酸为原料，设计制取苯甲酸甲酯的实验方案、设计铜和铜的化合物的性质方案等讨论题，并配套了八个关于实验设计的学生实验和若干习题，若教师能抓住这些契机，舍得花时间和精力展开实验和讨论，则不仅可以激发学生学习化学的兴趣，充分发挥学生的主体作用，同时，能使学生在创设问题的情景中独立发现新事物、新问题，追求新知识，在自己精心设计的实验方案的实施过程中，对化学问题提出新颖的见解、思路、方法和设想，解决新颖的化学问题，享受“发现”的乐趣，使他们的创造性思维得以大大的培养，继而在以后的应用环节中，达到知识的迁移和深化。

2.2“化学实验方案的设计”的知识和能力准备

2.2.1学生的基础知识和实验技能要求

要熟悉掌握常见元素化合物的物理、化学性质的实验事实以及一些常见单质、化合物的制备原理和方法;掌握中学常见实验手段;熟悉常用仪器的使用。2.2.2学生综观全局的能力要明确化学实验各要素之间的相互依存和制约的关系，能抓住完成实验的主动脉，善于分析影响实验成败的主要因素;不仅能抓住矛盾的主要方面，同时又能关注实验中的细小环节对实验造成的影响。

2.2.3学生的积极思维的能力思维是化学实验设计的核心。对于要解决的问题，根据不同的实验条件，可以设计不同的方案，即使在相同条件下，也可以进行不同的设计。这都需要设计者具备一定的积极思维的态度和能力。

2.2.4学生的积极创造意识和能力创造性是设计的灵魂。学生要具备“喜新厌旧”、不落俗套的精神，在符合科学规律的前提下有执着的探究精神，只有这样，才能创造性地构思、设计出解决问题的途径和方法。

要顺利实施“化学实验方案的设计”教学，教师必须为学生的上述知识和能力积极储备，打下坚实的基础。2.3教会学生进行“方案”设计的方法

2.3.1突出实验设计思路分析

确定实验课题后，除了引导学生调动已具备的化学知识和实验技能外，必须策划出一条实验设计思路。如：

设计实验：证明弱电解质的电离平衡是客观存在的。思路分析：弱电解质在水溶液中部分电离。通常证明其部分电离的途径有①将弱电解质溶液稀释到若干倍前后分别测溶液的pH，若是弱电解质，则稀释到100倍时，溶液pH的变化小于2;②与某强电解质溶液作稀释相同倍数后电离情况的比较实验，若稀释到100倍，强电解质溶液的pH增大2，而弱电解质溶液的pH的增大不到2。实验设计的方案：方法①取一定体积一定浓度的醋酸溶液，测其pH，然后稀释100

倍，再测该溶液的pH，若发现溶液的pH的增大小于2，说明有电离平衡存在;方法②分别将一定浓度的醋酸溶液和硫酸溶液，接通连有电流表的电路，观察电流计指针示数，再加入相同体积的蒸馏水稀释，可以发现硫酸溶液中的指针示数变化大于醋酸溶液中的变化。2.3.2重视对实验最佳条件和方法的选择化学实验最佳条件和方法的选择是实验成败的关键，可能性不等于现实性，应遵循科学性、安全性、可行性及简约性等原则进行严格的比较和优选。例如，实验室以铝屑为原料制备Al（OH）3的方案设计，教材中列举了三个方案，从反应物种类看，三种方案都使用了题给原料，从消耗酸、碱的量来分析，方案一用量最多，方案三最少;从操作要求考虑，方案三也最为简单。经过综合比较，确定了用方案三来制备Al（OH）3，并得到一条较为合理的制备流程。

2.4“教学实验方案的设计”教学中应注意的问题

2.4.1创设良好的问题情景

教师要引起学生认知结构上的不平衡，造成学生心理上的悬念，从而唤起学生的求知欲望。要达到这种目的，要求“实验设计方案”的题材有足够的新颖。正是这种“新颖”的刺激，才会引起学生对探索的兴趣和欲望，激发学生设问。思维源于疑惑，客观存在的问题虽然许许多多，但要发现它并不容易，而发现、提出反常问题就更不容易了。前者是再现思维，后者是创新思维。教学中，教师要善于为学生创设问题情景，对某些环节的交待要留有余地并不能讲得面面俱到。为激发学生进行求异思维和充分显示思维过程，教师要延迟排断。同时还要讲究“引”法，让学生有生疑的“空白”点、思维的“开发区”， 必要时还要帮助学生准备相应的基础知识，否则即使问题摆在面前也发现不了。一旦学生有“突发奇想”，教师应因势利导。若把设问、质疑和释疑贯穿于实验教学的始终，可使学生由大疑产生大悟的效果。

2.4.2善于改变原有的思维定势。

创造性思维的“敌人”就是各种束缚。当人们遇到问题时，常常习惯于照老办法去套，因为这样既简单、方便，又不会出错，而对这种方法的使用越多，就越迷信，这是思维定势的一种重要形态。

在科学技术发展史上，由于受传统观念、原有理论、技术的束缚，一些科学家虽已站到了新发现的门口，但却失去了机会。其中普利斯特利列已经在实验中制出了氧气，但由于受当时燃素学说的束缚，而未能发现氧气，以至后来载入史册的氧气的发现者是拉瓦锡。

有一道大家做熟了的习题：如何设计一组实验检验由浓硫酸和木炭粉在加热条件下生成的全部产物？一般的设计思路为：让产生的混合气体依次通过无水硫酸铜→品红试液→酸性高锰酸钾溶液（或溴水溶液）→品红试液→澄清石灰水，其作用分别是：证明水的存在、证明二氧化硫的存在、除去二氧化硫、证明无二氧化硫、证明有二氧化碳存在。但在2002年化学高考试题广东、河南卷第17题又出到了这题，但在题给的装置中少给了一个洗瓶。受到思维定势的考生对少

了一个洗瓶都想不到变通的方法。其实可以拿掉第二个盛品红试液的洗瓶，当酸性高锰酸钾溶液（或溴水溶液）的颜色不褪尽时，不仅除去了二氧化硫，还证明了该气体已被除尽。可见，在化学日常教学中教师要始终不忘激发鼓励学生不墨守成规、能别出心裁、标新立异地提出合乎化学研究规律的新观点、新设想及新方法。

2.4.3营造轻松和谐的讨论式氛围

心理学认为，轻松和谐的氛围能促进人的个性的和谐发展，能造成人的聪明才智的最佳发展。没有个性，就没有创造，就不会与众不同。英国有位哲学家说过：天才只能在自由的空气里自由自在地呼吸。因此，在“化学实验方案的设计”教学中，教师要营造轻松和谐的讨论式氛围，鼓励全体学生大胆地提出实验方案，学生即使提出了不全面、不完善甚至是错误的实验方案，也要予以表扬和鼓励，充分肯定学生在提出实验方案中的主动参与态度和创新意识，让他们在轻轻松松中得到明明白白的结果。

此外，教师应保护学生的好奇心和探究欲，允许他们在保证安全性的前提下，按照自己的实验设计方案进行实验探究，从中去经受失败的体验和探究的乐趣以及成功的喜悦。

2.4.4其它在进行化学实验方案的设计时，还应避免一些心理障碍，如：难以理解的冒险心理;无目的的求异心理;盲动的随意心理等等。

社会的文明和科学的发展在于创造，培养学生创造性思维的能力是创新教育的核心，要追求“人无我有，人有我新，人新我变”的创

造意识。“化学实验方案的设计”则是培养学生创造意识和创新思维能力的有效途径，也是实验教学改革的发展方向和真正目的。