初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

姚江峰 馬書斌

作者簡介：姚江峰（1973—），女，漢族，山西武鄉(xiāng)人，本科，研究方向：初中化學(xué)。

馬書斌（1972—），男，漢族，山西高平人，本科，研究方向：初中化學(xué)。

隨著教育教學(xué)理念的發(fā)展與變化，學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)已經(jīng)成為當(dāng)今教育的重要任務(wù)。而初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生獲取實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、提高實(shí)驗(yàn)操作能力、形成創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的重要途徑。以滬教版初中化學(xué)九年級上冊第2章“身邊的化學(xué)物質(zhì)”中“氧氣的性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)為例，探討如何在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

一、教學(xué)目標(biāo)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容之一，其中“氧氣的性質(zhì)”是一個(gè)有趣且實(shí)用的實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要觀察、分析、推理和實(shí)驗(yàn)操作，掌握氧氣的相關(guān)知識。具體教學(xué)目標(biāo)如下：

1.讓學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)行創(chuàng)新思考。學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)過程中嘗試不同的實(shí)驗(yàn)方法，通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理，深入了解氧氣的特性與應(yīng)用。

2.通過實(shí)驗(yàn)活動，讓學(xué)生感受化學(xué)實(shí)驗(yàn)的樂趣，加深對氧氣性質(zhì)的認(rèn)識，從而提高學(xué)習(xí)主觀能動性。

3.提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要掌握基本的科學(xué)思維方法和技能，同時(shí)也需要注重實(shí)驗(yàn)安全，從而提升科學(xué)素養(yǎng)。

二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

（一）教學(xué)重點(diǎn)

1.氧氣的性質(zhì)和特點(diǎn)：氧氣是一種無色、無味、無臭的氣體，是空氣的主要組成部分之一，化學(xué)性質(zhì)活潑。

2.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：引導(dǎo)學(xué)生思考如何設(shè)計(jì)創(chuàng)新性的氧氣實(shí)驗(yàn)，如氧氣與火焰的關(guān)系、氧氣對生物的影響等，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、提出新想法。

（二）教學(xué)難點(diǎn)

1.實(shí)驗(yàn)安全措施：氧氣是一種氧化劑，容易引起火災(zāi)和爆炸，因此在實(shí)驗(yàn)中需要注意安全措施，如戴好防護(hù)眼鏡、穿戴防護(hù)服、規(guī)范操作等。

2.實(shí)驗(yàn)操作技巧：氧氣在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用較為廣泛，學(xué)生需要掌握自己操作的儀器和設(shè)備，進(jìn)行精確的實(shí)驗(yàn)操作，避免出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)失誤。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：學(xué)生需要對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)，了解各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的化學(xué)原理，從中發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案，提高自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。

三、實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

本文以滬教版初中化學(xué)九年級上冊第2章“身邊的化學(xué)物質(zhì)”中的“氧氣的性質(zhì)”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其章節(jié)整體導(dǎo)圖如下圖1所示。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生深入了解氧氣的制取原理和性質(zhì)。同時(shí)，“氧氣的性質(zhì)”也是一個(gè)經(jīng)典的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，還與很多實(shí)際應(yīng)用有關(guān)。觀看實(shí)驗(yàn)畫面，可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力。在教學(xué)中，教師可以給學(xué)生提供不同的實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生有機(jī)會自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)過程中需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力。對于“氧氣的性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)，教師可以在安全前提下適當(dāng)放松對學(xué)生的限制，讓學(xué)生自由選擇實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)器材。

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圖1

總之，確定實(shí)驗(yàn)教學(xué)選題應(yīng)注意以上策略，以便充分體現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力，不斷拓寬化學(xué)領(lǐng)域的知識積累。

（二）實(shí)驗(yàn)操作

初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生可以更好地理解化學(xué)概念，提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新思維。在“氧氣的性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以通過比較木炭、蠟燭和細(xì)鐵絲在氧氣中燃燒的現(xiàn)象來探究氧氣性質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料和儀器，如木炭、蠟燭、細(xì)鐵絲、氧氣氣體源、點(diǎn)火棒、集氣瓶等。接下來是實(shí)驗(yàn)操作步驟的介紹。首先，取一塊木炭，點(diǎn)燃它，觀察它在空氣中的燃燒情況。然后，將木炭放入集氣瓶中，用氧氣氣體源來替代空氣，觀察其在氧氣中燃燒的情況，記錄下兩者的差異。接下來，重復(fù)以上操作，用蠟燭和細(xì)鐵絲來進(jìn)行比較，記錄下不同的現(xiàn)象。（需要注意的是，在進(jìn)行鐵絲燃燒的實(shí)驗(yàn)時(shí)需要在集氣瓶中預(yù)留少量的水。）

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圖2

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的過程中，需要注意以下幾點(diǎn)。第一，使用氧氣氣體源時(shí)注意安全，避免氧氣泄漏。第二，實(shí)驗(yàn)過程需要進(jìn)行標(biāo)記，區(qū)分不同的試管和實(shí)驗(yàn)材料，避免混淆導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差。第三，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)器材的清洗和妥善保管，避免造成實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的污染和器材的損壞。通過以上實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生可以更好地理解氧氣的性質(zhì)，加深對燃燒反應(yīng)的認(rèn)識，發(fā)展實(shí)驗(yàn)操作技能和創(chuàng)新思維。通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察和比較，學(xué)生可以從中發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象和規(guī)律，創(chuàng)新思維也可以在實(shí)驗(yàn)中得到充分的鍛煉。同時(shí)，在教學(xué)中也可以通過提問和討論來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和創(chuàng)新。例如，為什么木炭在氧氣中會燃燒？為什么蠟燭和細(xì)鐵絲在氧氣中燃燒的情況不同？

對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行具體操作，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的操作技能，加深學(xué)生對化學(xué)知識點(diǎn)的理解。

（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，學(xué)生可以更加深入地理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，加深對化學(xué)概念的理解和記憶。在“氧氣的性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生進(jìn)行了木炭、蠟燭和細(xì)鐵絲在氧氣中燃燒的比較，以下是對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。

首先，木炭在空氣中燃燒發(fā)出紅光，放出熱量，燃燒不劇烈。木炭在氧氣中燃燒的速度比在空氣中快得多，燃燒更劇烈，放出熱量更多。這是因?yàn)榭諝庵醒鯕庵徽?1%，而在氧氣中，氧氣含量高，燃燒速度就更快了。其次，蠟燭在氧氣中燃燒的現(xiàn)象與木炭有所不同。蠟燭在空氣中燃燒，會產(chǎn)生黃白色火焰，產(chǎn)生少量的黑煙，放出熱量。在火焰上方罩一個(gè)冷而干燥的燒杯，燒杯內(nèi)壁出現(xiàn)水滴，生成的氣體可以使澄清石灰水變渾濁。而蠟燭在氧氣中燃燒更旺，發(fā)出白光，放出熱量，瓶壁上出現(xiàn)小水滴，生成的氣體可使澄清石灰水變渾濁。最后，細(xì)鐵絲在氧氣中燃燒的現(xiàn)象與木炭和蠟燭都有所不同。在空氣中，細(xì)鐵絲只會受熱變紅，但不會燃燒。但是在氧氣中，細(xì)鐵絲會劇烈燃燒，火星四射，放出大量的熱，生成黑色固體。這是因?yàn)榧?xì)鐵絲在氧氣中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生鐵氧化物，同時(shí)釋放出大量的熱量和光。

通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，學(xué)生可以更加深入地了解氧氣的性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。同時(shí)也需要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和討論，如如何控制反應(yīng)條件，如何優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法等，這些都有助于發(fā)展和鍛煉創(chuàng)新思維。

（四）討論與交流

在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過討論和交流，學(xué)生可以分享實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)、觀點(diǎn)和發(fā)現(xiàn)，從而促進(jìn)彼此之間的學(xué)習(xí)和思考。

學(xué)生A：我觀察到在氧氣中木炭的燃燒速度比在空氣中快很多，火焰也更大。我覺得這是因?yàn)檠鯕庠诨瘜W(xué)反應(yīng)中起到了促進(jìn)劑的作用。

學(xué)生B：我同意你的觀點(diǎn)，氧氣是燃燒反應(yīng)所需的氧化劑，它與木炭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放大量的熱能和光能。所以，燃燒速度加快，火焰也更大。

學(xué)生C：我有一個(gè)問題，為什么蠟燭在氧氣中燃燒的現(xiàn)象和木炭不同呢？

學(xué)生D：我認(rèn)為這可能與蠟燭和木炭的組成有關(guān)。蠟燭主要由蠟狀燃料和芯線組成，它們在燃燒過程中會產(chǎn)生不同的化學(xué)物質(zhì)。在氧氣中，蠟狀燃料中的碳和氫與氧氣反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳和水蒸氣，而芯線中的物質(zhì)則會產(chǎn)生明亮的火焰和白煙。

學(xué)生E：我覺得還有一點(diǎn)要考慮，就是氧氣的供應(yīng)量。雖然氧氣在空氣中的含量只有21%，但是當(dāng)我們用氧氣替代空氣時(shí)，氧氣的供應(yīng)量就會增加，對燃燒的促進(jìn)作用也會大大增加。

通過以上討論交流，學(xué)生可以分享彼此的觀察和理解，并且互相提出問題和解答疑惑。同時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生深入思考和探究，如為什么不同的物質(zhì)在氧氣中燃燒的現(xiàn)象會不同？是否一定需要氧氣才能燃燒？等等。

（五）實(shí)驗(yàn)延伸

在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)延伸是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和提高學(xué)生解決問題能力的重要教學(xué)途徑之一。學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和思考可以通過延伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步擴(kuò)展，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和研究興趣。針對“氧氣的性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)，以下是一些可能的實(shí)驗(yàn)延伸內(nèi)容的舉例。

1.比較不同物質(zhì)在不同氣體環(huán)境下的燃燒現(xiàn)象：除了在氧氣環(huán)境下進(jìn)行燃燒比較，還可以進(jìn)一步觀察和比較不同物質(zhì)在其他氣體環(huán)境下的燃燒現(xiàn)象。例如，可以將木炭、蠟燭和細(xì)鐵絲分別放入氮?dú)狻⒍趸己蜌錃庵羞M(jìn)行燃燒觀察，比較不同氣體環(huán)境下的燃燒特點(diǎn)，并探討不同氣體對燃燒反應(yīng)的影響。

2.探究氧氣與其他物質(zhì)的反應(yīng)：除了進(jìn)行燃燒反應(yīng)的比較，還可以進(jìn)一步探究氧氣與其他物質(zhì)的反應(yīng)。例如，可以觀察鐵絲和氧氣的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)鐵絲在氧氣中會發(fā)生氧化反應(yīng)生成鐵氧化物?？梢赃M(jìn)一步探究氧氣與其他金屬的反應(yīng)情況，觀察不同金屬和氧氣反應(yīng)時(shí)的變化和產(chǎn)物。

3.研究氧氣在不同條件下的狀態(tài)：除了觀察氧氣在實(shí)驗(yàn)中的燃燒現(xiàn)象，可以進(jìn)一步研究氧氣在不同條件下的狀態(tài)。例如，在低溫下觀察液態(tài)氧氣的性質(zhì)和反應(yīng)，或者在高壓下觀察氧氣的狀態(tài)。這樣可以引導(dǎo)學(xué)生深入了解氧氣的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，加深對氧氣的認(rèn)識。

4.設(shè)計(jì)控制燃燒反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)：學(xué)生可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究如何控制燃燒反應(yīng)的速度和產(chǎn)物。例如，可以研究不同溫度下燃燒的現(xiàn)象和效果，或者通過調(diào)節(jié)氧氣的供應(yīng)量來探究燃燒反應(yīng)的變化。這樣可以讓學(xué)生思考如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及怎樣去控制變量。

以上的實(shí)驗(yàn)延伸，可以進(jìn)一步拓寬學(xué)生的實(shí)驗(yàn)視野和思維方式，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

四、教學(xué)反思

1.學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中要注意安全：在實(shí)驗(yàn)操作中，學(xué)生可能會因操作不當(dāng)引起危險(xiǎn)，因此需要針對實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性為學(xué)生講解一些安全知識和操作技巧，提高學(xué)生的安全意識。

2.學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中需要掌握實(shí)驗(yàn)操作技能：氧氣實(shí)驗(yàn)需要用到集氣瓶、試管等一系列實(shí)驗(yàn)器具和設(shè)備，對于初學(xué)者來說，操作起來不容易。因此，我在實(shí)驗(yàn)前為學(xué)生演示了實(shí)驗(yàn)的操作步驟，并引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，掌握實(shí)驗(yàn)操作技巧。

3.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考：學(xué)生需要自己思考實(shí)驗(yàn)的目的，并從中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、提出新想法，從而提升自身的創(chuàng)新能力。在本次實(shí)驗(yàn)中，我給學(xué)生提供了一些思路和引導(dǎo)，但是還需要進(jìn)一步鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考，提高他們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。

（作者單位：1.長治市第七中學(xué)校；2.長治市第十二中學(xué)校）

編輯：趙飛飛