如何在化学教学中培养创新型人才

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如何在化学教学中培养创新型人才

0 引言

如何在化学教学中培养创新型人才

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2017-2020年）》[1]强调了高校人才培养的目的是激励学生乐观向上、自主自立、努力成才，最终达到德智体美的全面发展。在此基础上提出高校工作的出发点和落脚点是育人为本，遵循教育、人才成长和学生身心发展规律，以学生为主体，教师为主导，充分调动学生学习的积极性、主动性，形成各类人才辈出、拔尖创新人才不断涌现的局面。

过去的有机化学实验教学是有机化学理论课程的附属，目的是利用实验验证已有的理论知识，随着高校实验教学改革的不断深入，实验课程已经逐渐转变为学生学习新知识，形成独立分析和解决问题能力以及初步科研和创新能力的重要手段[2，3]，在高校化学及相关学科中占有重要的地位。

虽然高校实验教学改革取得了一定的成果，但是教学过程中仍存在一些的问题。教学过程中过分注重教材和教师的主导作用，只需照方抓药，模拟操作，就可以顺利完成实验，忽视了学生的独立思考和创新能力，缺乏趣味性和探究性，导致学生的自学能力和动手能力大打折扣。教学评价方式较简单，仅以实验报告的完成情况和理论知识的笔试成绩作为考核标准，较难体现出学生平时实验操作的真实情况，不能全面反映学生的综合素质和能力。

1 实验课程教学策略

笔者作为《有机化学实验》课程的专任教师，已经讲授超过1000课时的有机化学实验课，积累了一定的教学经验和教训。在中国海洋大学化学化工学院（以下简称学校学院）的大力支持下，在教学过程中进行了大胆尝试，主要归纳为以下几点。

1.1 教学内容上保证基础实验课时，增大综合实验比例

有机化学实验所用药品多具有毒性、易燃性、腐蚀性或爆炸性，基本的安全教育必不可少。所用仪器大部分是易碎玻璃制品，实验过程中经常使用水、电或煤气，需要高温、高压或低温、负压等操作。因此，必须对进入实验室的学生进行安全常识的培训，正确树立他们的安全和自我防护意识，保证其人身安全和实验室的安全[4]。有机化学教学团队群策群力，制定了有机化学的教学计划并统一规划了教学大纲和基础的实验内容。第一堂课设置为“有机化学实验的一般知识”，讲授有机化学实验的特点以及课程目的、做好有机化学实验的方法、实验过程中异常状况的处置方法等，不管学生以后从事何种工作，安全第一的准则百利而无一害。

在学生对有机化学实验笼统认识的基础上，开展基本操作技能的培训性实验，规范锻炼学生的动手能力，纠正学生以前养成的不良习惯。课程设置了“蒸馏与分馏”、“水蒸汽蒸馏及液体干燥”、“重结晶与过滤”、“熔点的测定”、“减压蒸馏”和“薄层色谱与偶氮光化异构”等六组实验。重点规范培养学生的基本操作技能。开展这些实验的过程中，重点规范学生的基本操作，如球形冷凝管、直形冷凝管和空气冷凝管的选用，不同量程温度计的使用范围，布氏漏斗、分液漏斗以及其它各种小型玻璃仪器的正确安装和使用，仪器连接顺序及要求等。

学生掌握了基本的实验操作技能以后，结合《有机化学》课程，将一些经典反应加入到实验课程中，开展一系列的合成实验，利用生动活泼的实验验证课本上枯燥的知识点。教学大纲上开设了正溴丁烷、乙酰苯胺、乙酸正丁酯、苯乙酮、苯甲酸和苯甲醇、对氯甲苯、肉桂酸、甲基橙、绝对乙醇的合成制备实验。同时，将基本操作（如杂质的去除、干燥、分液、过滤、热滤抽滤、洗涤、干燥等）渗透到各单元合成实验中，让学生体味到物质合成过程的复杂和乐趣。为了让学生体味到有机化学和实际生活的联系，增加他们对化学的热爱，开设了与实际生活息息相关的实验，如茶叶中提取咖啡碱，洗面奶、餐具洗涤剂的配置等，让学生感觉到化学就在身边，生活中时时处处皆化学。

学生经过大量的实验后，已经基本具备独立实验的能力，此时坚决放权，把主动权交给学生，让他们独立设计开展实验，为以后的独立科研工作打下基础。教学大纲规划了环己酮、己二酸、苯亚甲基苯乙酮和安息香的辅酶合成两组设计合成实验。笔者的做法是退居幕后，从查阅文献到设计实验方案以及最后的实施，全部交给学生。学生独立查阅文献，并集体讨论实验方案。同时，当好一位答疑解惑者，实施过程中鼓励大家创新，对于一些新颖的设计方案，在实验条件许可的情况下，鼓励尝试并在最终的考核中适当给与奖励。

1.2 教学主体上由教师逐渐转为学生

有机化学实验的常规教学模式是教师讲解实验目的、实验原理、操作步骤、实验成败关键及注意事项等，学生机械地进行操作，实验结束后照搬千篇一律的实验报告。实验过程中学生照方抓药、照本宣科，过分孤立地强调操作基本技能的训练，使其游离于具体的实验探究之外，直接导致实验过程枯燥乏味，效率低下，造成学生的思维定势，抑制学生的创新思维，更减弱了学生的学习兴趣[5]。

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教学大纲所开设的实验都是经过几十甚至上百年的检验，实验本身没有问题。因此在讲述实验的理论知识时，笔者注重自己角色的转变，逐渐由“主角”变成“导演”，而学生由“观众”变成“主角”，学生由知识的被动接受者变成知识主动的发现者，成为教学主体[6]。选择笔者实验课的同学课前必须预习，并写好实验预习报告，搞清楚实验的目的、原理等基本内容。课上的讲授就可以直接跳过实验目的、实验原理和实验所需的试剂材料，这样可以保证在上课有限的讲授时间内做到简明扼要，抓住重点、难点讲授，并有足够的时间扩展学生的知识面，讲授与该次实验相关的其它知识。　为了增加课程的生动性、趣味性和启发性，努力在实验内容里加上实际生活中的一到两个实例，如从茶叶中提取咖啡碱的实验讲授，就可以适当扩展到我国中药成分的提取和分离，吸引学生的兴趣。采用提问、发现、启发、比较及讨论等多种方法对学生加以引导，尽可能加大学生的思维量，让学生自己去探索、发现问题，寻找规律，并加以总结和提高，如乙酰苯胺的制备实验，就引导学生以前是不是用过乙酰苯胺，哪些实验用过？（熔点的测定、重结晶与过滤实验），然后引申到合成实验。这种教学模式能使学生主动思考，课堂氛围良好。

1.3 教学方法上循序渐进，授人以渔

由于长期养成的学习习惯，开始的时候学生很难直接接受教学主体由教师转为学生的教学方式，应采用循序渐进的方法。笔者始终认为打好基础很重要，因此在基础知识方面总是反复强调。开始的基本实验，如“蒸馏与分馏”、“水蒸汽蒸馏及液体干燥”、“熔点的测定”、“减压蒸馏”等，还是采用固有沿袭的方法，主要是教师讲，学生照本宣科。

等到后面合成实验的时候，逐渐改变实验讲授方式，要求学生实验前做好预习工作，查阅资料，撰写实验预习报告，对实验目的、原理、过程都要做到心中有数。上实验课时，多采用问题教学法，就相关实验内容向学生提问，检查学生的预习情况。有时也采用讨论法，与学生共同讨论实验的原理、实验的关键点和注意事项，加深学生对实验的理解，调动学生学习的积极性[7]。学生课前预习，必然要耽误一定的时间，因此，笔者总是鼓励学生，预习报告按照实验报告格式书写，实验过程中如果发现和预期不一样的现象时，直接在预习报告上修改，最后这份报告就直接成了正式的实验报告。这样的报告提交方式经过实践以后是一举两得，既节省了学生时间，又能鼓励其课前认真预习。

按照这样的教学策略和方法，越到后面的实验，学生需要完成的工作量越大，这貌似解放了老师和实验员，但笔者发现越到后面，工作量反而直线上升。这主要是以前的实验课照本宣科，都是重复性内容，不需要教师花费大量的时间备课，讲完了就是完了，但是学生的创新精神严重弱化。采用新方法后，学生积极性大大提高，发现和提出的问题五花八门，这就要求教师提前预判所有可能出现的实验情景及可能出现的错误和原因。这需要教师更加认真仔细备课，不仅要掌握和讲述实验有关的原理等理论知识，还要掌握本次实验过程中所有可能出现的问题和难点、疑点，做到“成竹在胸”，看到学生的异常实验现象就能清楚解释发生的原因。因此每次实验开展之前，任课教师及实验员都要亲自完成并重复一次实验，保证实验顺利进行。

1.4 教学策略上严松结合，多鼓励少批评

笔者的教学策略是给学生树立“实验课就是‘玩’”的观念，同时规矩很重要”。第一堂实验室就给大家灌输“玩”的思想，有机化学实验室，就是“玩”的天堂，在规则许可的范围内，大家可以随心所欲的“玩”。当然，“玩”不代表违背基本原则，无法无天，“玩”的目的是让学生不要被条条框框束缚住，不要被教材及以往的观点左右，激发起对实验课程的兴趣。实验过程中，作为教师要严格督促学生规范操作，注重对实验现象的观察和分析，尤其是实验过程中的异常现象，记录好数据，遇到问题，及时与教师交流讨论。所谓的规矩，就是有机化学的特点以及做好实验的基本方法，这些内容是必须讲授清楚而且要求学生严格遵守。如进入实验室女生必须扎起头发、不准穿拖鞋和严格着装、实验室内严禁吃喝食品和饮料，没有预习报告不能进入实验室，实验开始前和过程中严禁嬉戏打闹，实验过程中脑袋不允许进入通风橱，强酸强碱的取用必须佩带专用手套并符合基本要求等。如果实验过程中学生因为不按照基本操作犯错，比如，走水漏电甚至实验失败，一定要严格批评，甚至当次实验考评记录为零分。

关于“松”，那就是鼓励学生多思考多创新，启发学生立足于现有实验条件，独立思考，鼓励学生采用新方法实现原来预期的结果。所用仪器大部分是易碎玻璃制品，实验过程中经常使用水、电和有机溶剂。因此，实验过程中难免出现仪器打碎、跑水、跳闸的现象。以前的实验教学都是要求学生签字，指导老师确认，最后按照一定的价格进行赔偿。而现在在领导支持下，直接取消了这一环节。意外打碎了仪器，首先要确认学生的安全，然后打扫清理干净，同时和学生讲解导致该情况的原因以及如何避免该类事件的发生，然后指导学生换上备用的仪器继续进行实验。当然，对于相对危险情况，如水银温度计等破碎以后，先紧急利用硫磺吸附处理，然后现场和学生讲解遇到类似情况的紧急处理方案。实验过程中宽松对待因为创新而导致实验失败的同学，鼓励他们分析失败的原因，吸取经验教训，只要真正找出失败的原因同样可以拿到好的成绩，不以产率高低论英雄。在实验过程中，逐步提高学生自主完成实验的能力，逐步培养学生的科学素质和科研能力。

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1.5 教学评价上方式多样，鼓励创新

实验教学评价的目的是要考核学生是否掌握基础有机化学实验知识和技能，是否具备分析问题、解决问题的能力，尤其是对综合性实验和设计性实验中所表现出的综合能力的评定。因此，必须引导学生由过去只重视实验技能的熟练程度向重视培养综合能力的方向发展[8，9]。传统的实验课成绩评价通常是以学生的预习、实验报告为主要依据，结合简单的笔试和操作考试来评定。其中，笔试成绩多占有较大的比重，这种评价方式较难反映学生的真实水平，不利于创新能力的培养。针对有机化学实验课程特点，笔者认为要客观真实的反映学生的实验水平与能力，需要对学生的实验成绩实行综合评定，加大平时成绩的比例。

在实际教学过程中，笔者采用老师评定为主、学生自评为辅，实验报告和考试综合平衡的方法，改变过去的一刀切决定成绩的做法。以总分100分为例，平时成绩包括预习报告15分，考勤、纪律15分，操作过程30分，实验结果5分，实验报告15分，期末考试20分。对别出心裁和新颖独特的实验方案、实验方法进行5～20的适当加分，以鼓励学生积极思考和创新。综合成绩出来以后，结合学生的自评分数，给出最终成绩。为鼓励学生正确认识自己，合理的评价自己，采用如下原则：综合成绩和学生自评分数相近，取较高分数作为最终成绩。如果自评分数远高于综合成绩，综合成绩作为最终成绩。为了平衡不同实验班评分尺度的差异，　（下转第75页）

通过控制“优”的人数比例来解决。这种考核办法，增大了任课老师的工作量，但更能体现宏观和微观相结合，横向和纵向相交叠，更公平一些[10]。

2 结束语

实验课程的结束，不代表实验教学的结束。笔者的做法是如果学生对实验感兴趣，鼓励其继续采用多种形式继续开展相关工作，如组建兴趣小组、申请本科生研究发展计划（srdp）项目、国家大学生创新性实验计划等。作为一线科研人员，科研上有一些便利条件，可以在实验场所和经费上提供力所能及的帮助，让他们觉得科学研究还是挺有意思的事情。把学生作为实验教学过程中的主体，能充分调动学生的学习兴趣和积极性，有效地提高学生的操作技能和分析解决实际问题的能力，使得学生能够学到知识，学会方法。有机化学实验教学从教学内容、教学方法、教学评价方式等方面进行的改革，可以有效地培养学生的创新能力，最终达到培养创新型人才的目的。

化学教学中创新思维和创新能力的培养2017-03-21 06:52 | #2楼

随着二十一世纪的到来，人类正进入一个新的经济时代——知识经济时代，能否接受未来知识经济的挑战，关键在于能否培养出大批具有知识创新和技术创新的人才。中共中央、国务院颁布的《关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》就强调了实施“素质教育”要“以培养学生创新精神和实践能力为重点”。可见“创新教育”与“素质教育”是一致的，而且能推动“素质教育”的发展。中学的基础知识教学，特别是理科教学，是对前人研究、发现所积累的基础自然科学知识成果的传播再现，不具有首创性。化学是未来世纪的中心学科，如何发挥化学教育的优势，对学生进行创新素质的培养，培养二十一世纪所需高素质创新人才是广大化学教育工作者探讨的重要课题之一。

中学化学中的创新教育不是去开拓和创新未知的知识和知识体系，而是创设一定条件和氛围，引导、启发学生去模拟、探究原科学家的实践活动过程，发现“新”现象，通过联想、判断、推理和综合分析，归纳出物质呈现如此现象的本质和规律，这就是中学化学教学中的创新教育。

本文重点谈谈创新思维和创新能力的培养。

如何培养创新思维呢？首先要有良好的学习心态，有强烈的求知欲，对化学现象能产生强烈的好奇，这是一切创新的基础。爱因斯坦说过，他没有特别的天赋，只有强烈的好奇心。在人类认识史上，正是个别人对事物或某种现象产生了好奇感、惊奇感，从而导致了重大的发明创造。

化学与我们的生活息息相关，各种与化学有关的现象随处可见。用砖砌墙和贴瓷砖时，先要将砖和瓷砖用水湿润；新买的铝锅，烧过自来水后有黑色斑点；经常雷雨交加的地方禾苗长得很茂盛，这些奇妙的现象激起学生的好奇心后，就能促使他们去学习掌握水泥、铝和氮气的性质。

我们也会遇到一些奇特的实验现象。例如：一铝制的盛饮料的易拉罐内充满co2气体，然后往罐内注入适量naoh溶液，立即用胶布将罐口密封，反应一段时间后可能会出现什么现象呢？首先，易拉罐“内凹变瘪”，接着“瘪了的罐重新又鼓起来”。对于前面的现象一般很容易解释。这是因为学生很容易从固有的思维定势出发，即分析物质发生变化时，只从加入的物质来考虑，只分析naoh溶液与co2的反应，就能得出易拉罐“内凹变瘪”的现象。为什么会出现后面的现象呢？深入思考，不难得出这是因为容器本身“铝”与氢氧化钠溶液也会发生反应。

对这些现象的好奇，能使学生的情绪亢奋、激动，从而在白热化的思维之中，迸发出创新的火花。

其次，在学生良好的心理基础上，老师们应该恰当质疑。古人云：“疑者觉悟，觉悟之机也；一番觉悟，一番长进”。科学研究、探索活动尤其需要质疑。疑而启思，疑而生变。在教师的质疑中，学生不是以一种被动接受的闭合的思维方式参与到认识过程中，而是主动地以开放式思维去解疑。质疑，实际上构成了从一般性思维发展到创造性思维链上的关节点。教师在教学过程中要特别注意保护学生质疑的积极性，细心地去发掘学生微笑的创造火花，创造条件使其闪烁发光。如：学生在做二氧化硫与硫化氢气体相混合反应析出硫粉的实验时，有一位同学提出：几次实验析出硫的速率不一样，教师称赞他具有敏锐的观察力，然后鼓励大家分析研究，寻找原因。当学生初步推断可能是因为集气瓶中水的存在导致析出硫的速率不一样时，再指导学生进行实验，查找有关资料证实；水确实可以作二氧化硫和硫化氢气体相互反应的催化剂。这样，学生对化学实验兴趣更浓，对so2与h2s气体反应析出硫粉的实验印象更加深刻，达到了质疑引导探索，探索促成创造。

质疑时，常以“原理型”为主。学生掌握某种化学原理后，教师提出有发展性应用型的疑问，进一步拓展学生的创新思维，去解决实际问题。教师在进行萃取操作教学时，讲述了要将分液漏斗倒转过来进行振荡的原理后，可向同学们质疑：当两种互不相溶的溶液发生反应时，应怎样才能使两溶液反应充分？在复习完氨气的喷泉实验后，学生可以思考：cl2、co2在naoh溶液中、乙烯在溴水中、so2在酸性kmno4溶液中能否形成喷泉。通过这样的质疑和解疑，学生将避免解决问题途径的单一性，而是多角度、多方法去解决问题。即从惯常的思维方式上升到创造性思维方式。

要学生学会这种思维并引导自己进行创新思维，教师要充分调动学生经常作这方面的训练，如一题多解、一题多变、多题一解等，这些都是培养学生发散思维的良好途径；同时要鼓励学生提出不同意见，对学生解题有创新的，即使在萌芽状态，都要积极扶持，千万不能有意无意的扑灭在学生大脑中冒起的各种神奇的创新性的火花；考试也应鼓励创新，凡有新颖解法和独特见解，即使答案不完整，不全面，有不准确之处也应酌情给高分。这样不仅拓宽了学生的思维，而且能求异，达到创新的境地。

在一切的创造发明活动中，创新思维是基础，而创新能力是核心。怎样培养创新能力呢？

这里谈谈想象能力、观察能力和创新实践能力的培养。

爱因斯坦讲过：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉”。想象能力对于学生形成创新能力具有积极的作用。

培养想象能力，要学会联想。讲到ch4气体燃烧的焰色时，要联想到h2、co气体燃烧的火焰也是淡蓝色；讲到ch4气体的实验室制取时，联想到用这套装置还可以制o2，nh3气体；讲到硬水的软化时，想到水壶为什么易起水垢；讲到浓硫酸的强腐蚀性时，想到皮肤沾了浓硫酸时，应该怎么处理。

培养想象能力，还要大胆的猜想、幻想，甚至异想天开。例如讲到n2的结构和性质时，假设n2不存在氮的化学键，n2变得非常活泼，世界将会变成怎样？对这种意想不到的想象，老师要及时加以肯定、称赞，爱因斯坦说：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”。

创新观察能力、创新实践能力也是形成创新能力的重要部分。观察是一切知识的门户，周密、精确和系统的观察是一切科学实验、科学新发现的基础。实践能力是将创意付之实现的精心设计，是创意与创新的桥梁。化学是一门以实验为基础的学科，培养这两方面能力，要加强课堂实验的教学。实验时，同学们要从实验现象、实验操作等不同视角，仔细观察，善于发现共同现象和不同现象，形成良好的观察习惯。在平时教学过程中，要充分利用化学实验或其它直观条件激发学生的观察兴趣，引导学生掌握基本的观察方法，把观察和思维紧密地结合起来，使学生养成良好的观察习惯。如在引导学生观察实验仪器时，要求学生弄清实验仪器的各结构名称、使用方法与使用条件；观察实验现象时，要求学生从整体到局部，从静到动，从反应物到生成物的状态，要弄清观察对象的主要特征及变化情况，引导学生从化学现象中发现问题、提出问题、分析问题和解决问题。同时，教师要在实验时留有“空白”和“开发区”，引导学生去发现，去创新，锻炼自己的创新实践能力。现行化学教材中的一些演示实验和学生实验，主要是作为验证化学知识的手段，帮助学生理解和巩固化学知识，对发展学生的创新能力不能起到良好的促进作用。为了培养和提高学生的创新能力，我们在教学过程中还必须加强实验教学，注重对学生进行改进实验、设计实验等方面的指导。

演示实验是化学教学中经常运用的教学形式，它生动、简捷、有效，是培养学生的观察力、思维能力和动手操作能力最好的教学手段之一。我们在平时实施演示实验教学过程中，将教材中的演示实验分为三种形式教学：（1）对于重要实验，教师演示、学生观察分析得出结论；（2）对一些要求不高的实验，可对学生开放实验室，要求学生设计或改进后上台演示；（3）对一些难度较大，要求较高，现象又不太明显的实验，教师先进行演示，让学生在观察中提出问题，让学生讨论分析实验的缺陷在哪里，使学生始终处于探究的思维状态，进而改进实验。

例如，在进行“氯气实验室制法”的演示实验教学时，学生弄清楚了实验装置设计程序（发生装置→净化装置→收集装置→验证装置→尾气处理装置等），理解了控制反应条件，对比试验等实验方法，我先让学生观看本节8页的装置图示，再让学生思考：（1）该装置是否能收集到纯净干燥的cl2？（2）添加哪些仪器和试剂可收集到纯净而干燥的cl2？（3）如何验证cl2的漂白性？不一会有的提出“浓盐酸易挥发，气体中气有hcl气体和水蒸气。”有的认为：“排空气法收集cl2容易混空气”。有的说：“难以确定收集满否”等等。学生各抒己见，有的要求上台进行演示。第一次实验课对学生进行创新教育，有助于培养学生的良好的学习习惯，创新意识和创新精神。在后面学习hcl、so2、nh3、ch4、ch2=ch2等气体的制法时，学生都能举一反三，触类旁通。

又如我们在演示高中化学（必修）第一册第79页[实验3—5]时，由于生成的so2具有刺激性气味而影响课堂气氛。我们趁机诱导学生思考：如何克服这一缺陷？学生积极思维，设计改进了多种切实可行的实验方案。有的说在试管口放一团用氢氧化钠溶液浸泡过的棉花；有位学生设计了用“w”型试管组装的实验装置，在演示浓硝酸与铜反应时也被我们采用。

而设计性实验是对学生思维能力的高层次要求，它要求学生运用所学知识和一定的实验技能，通过分析、综合、推理、联想、想象等多种思维活动设计出实验的具体方案，并用实验加以验证。如指导学生设计实验组合装置，组织环保小组测定水体污染等课外实验，能让学生亲自尝试创新思维和能力的飞跃，对激发学生学习兴趣，提高学生学习的主动性和自觉性，培养学生学习的合作意识，开发学生的创新能力可以获得意想不到的效果。例如，在学完硫酸的性质后，我要求学生利用所学知识设计所学实验验证稀h2so4和浓h2so4的性质。此时学生的思维活跃，大胆联想，认真设计，努力创新，很快设计出了很多方案。其中摘要几种如下：（1）用两块铜片；（2）用两块铁片；（3）用两根玻璃棒蘸取滴在白纸上：（4）用两根火柴；（5）用蔗糖；（6）取等体积的进行称量；（7）分别稀释；（8）让cl2分别通入两瓶试剂后再通过干燥的石蕊试纸；（9）再两试剂瓶中分别悬挂一支鲜花。经过同学们动手动脑、创新设计，既激发了学生的创新意识，调动了学生的学习积极性，又培养和锻炼了学生的创新思维能力，受到事半功倍的效果。

创新教育是“三个面向”的需要，我们要转变教育观念，在教学中注重培养学生的创新思维和创新能力，培养创新意识和创新精神。在不久的将来一定会涌现出许许多多的创新型人才。

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