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微型化学实验与创新教育

　　摘要 从思维科学的角度来看，采用微型化学实验进行化学教学，能促进学生左右脑的协调发展，是培养学生创造性思维和创新能力、实施素质教育的有效途径。
　　关键词　思维科学　形象思维　微型化学实验()　创新教育
　　21世纪将是科学技术高速发展和巨大进步的时代。为适应时代发展的需要，我们应该按照知识、能力、素质三者辩证统一结合起来的要求构建各具特色的人才培养模式。培养学生的创造性思维和创新能力的创新教育，是素质教育中的一个核心问题。
　　化学教学是对学生实施素质教育的重要组成部分。化学是一门以实验为基础的学科。在化学实验中从仪器的装置到药品配置，从实验过程中复杂的物理化学变化到新物质的生成，其中形、色、态、味的变化，气体的生成和沉淀的析出，以及化学变化中声、光、电、热的现象等等，所呈现出的丰富生动的直观形象，是在其它学科学习过程中很少有的。如何针对化学教学的特点对学生实施素质教育，这是应该认真探讨的问题。
1　从思维科学的角度来审视化学教学
　　近年来思维科学受到世界各发达国家的高度重视，取得了可喜的研究成果。获得1981年诺贝尔医学和生理学奖的斯佩里博士关于裂脑人的实验研究［1］表明：大脑每一半球都有其自己独立的意识思想链和自己的记忆。更重要的是，他们发现大脑两半球基本上是以不同的方式进行思维的，左脑倾向于对抽象材料(概念、数字、理论)形成概念作出判断、用推理的方式进行抽象思维；右脑则通过对形象材料、表象的加工改造进行形象思维。通过对创造过程四个阶段的研究结果说明：创造思维是思维的最高形式，创造活动是通过抽象思维和形象思维协同进行的。形象思维由于具有形象性、整体性、概括性、跳跃性、直觉性、非语言性和富有情绪色彩等特点，在创新过程中，起着关键的作用［2］。我国着名科学家钱学森也说［3］：“我按我们习惯的称呼，把一个人的思维分为三种：抽象(逻辑)思维、形象(直觉)思维和灵感(顿悟)思维。”“我建议把形象思维作为思维科学的突破口。”
　　对学生创造性思维和创新能力的培养应该是教学的重要目的之一。在教学理论上，由于“左脑优势”理论的长期影响，只强调抽象思维，对形象思维的研究几乎是空白。多年来化学教学一直偏重于运用左脑的功能，强调对元素符号、分子式、化学方程式以及对化学反应特征、物质组成的计算、化学原理分析等理性思考，而忽视了右脑的开发。化学是一门以实验为基础的学科，在实验中具有操作性强和能进行有目的的观察等特点。可是长期以来在化学教学中对操作性知识，不是靠学生大量的实验操作(表象)去体验，去掌握，去思维，而是由老师“代劳”(演示实验)或由课本和老师先入为主地描述给学生，把实验中生动的“画面”转化为干瘪的文字或符号，把本该由右脑进行的形象思维用左脑去作抽象的记忆，同时还使学生失去了对化学学习的浓厚兴趣和情感基础。在仅有的几个学生实验中，主要是照方抓药式的验证实验，学生带着结论去做实验，无须真正去观察和思维就能“成功”，这对右脑的开发和真正学好化学是无太大价值的，从而使化学教学失去了在对学生实施素质教育系统中别的学科不可替代的特殊作用。究其原因，一是传统教育思想和教学方法的影响，二是“左脑优势”思维理论的束缚，三是受升学考试、教材、设备的限制。显然，加强教育思想和思维理论的学习和研究、进行化学教材的改革、积极研制学生在课堂上能边学边做实验的化学实验仪器、实施以学生为主体教师为主导的化学教学方法的改革等，已经成为化学教学改革中迫切要做的事情。
　　近年来人们已经对教学中的素质教育问题进行了关注，越来越多地运用了直观方法和教具，但由于很少涉及形象思维深层次的问题，充其量只是让学生多看看多听听。在实施素质教育的过程中，我们应该充分认识到：只有通过有意识的开发右脑思维，使左右脑协调发展，把两种思维有机地结合起来，才会使教育思想、教育方法、和教学过程发生深刻的变化，为21世纪培养出富有创造能力的新一代人。
2　微型化学实验的研究对化学教学改革有重要的意义
　　微型化学实验()是近10年来国际和国内化学界，在绿色化学思想下用预防化学污染的新思想对常规实验进行改革而发展起来的化学实验的新方法和新技术。微型化学实验是用微小型的仪器，尽可能减少中间生成物的转移过程，以减少试剂在器皿上的附着量，用尽可能少的试剂来进行实验(试剂量一般为常规实验的1/10～1/1000)，从而极大地减少了实验的“三废”，是可持续发展战略在化学实验中的具体体现。
　　多年来，人们对微型化学实验的研究，取得了可喜的成果。对青少年环境保护意识培养的重要性已被广泛认同。的另一个更重要的优点——用微型化学实验进行化学教学，有利于学生综合素质的提高——已在化学教学实践中越来越明显地显露出来。微型化学实验由于仪器微型化，操作简捷，经济省时，安全便携，能把某学习阶段所需要的仪器都装入一个小小的实验箱内。学生手提“实验箱”进入课堂进行边学边做实验，一方面实现了过去有识之士想让学生在课堂上多做实验而又不可能实施的愿望，从根本上改变了老师做学生看老师讲学生听的传统灌输式教学模式；另一方面由于学生能较快地了解和熟悉绝大多数仪器的构造、性能和使用方法，能较多地进行设计实验，可以克服照方抓药的实验现象。这种探索式的教学，有利于学生动手动脑能力、观察分析能力、发明创新精神、严谨求实作风的培养；从思维科学的角度来说，有利于左右脑的协调发展，是化学教学中实施素质教育的有效途径。
　　中国科学院资深院士、着名化学教育家戴安邦先生1998年为第四届全国微型化学实验研讨会暨第二届中学微型化学实验研讨会题词：“大力推行微型化学实验，使全国中学生的化学教学皆有学生的单人实验作业，以加强化学教学的素质教育作用…”对研究和推广微型化学实验作了充分肯定。
　大学、中学及科研单位通用化成套微型化学实验仪器的研制［4］
　　我们研制的这套仪器适用于大学、中学和科研单位。它解决了大学和中学教学衔接问题，为在日常教学中采用边学边做实验或设计实验进行教学创造了条件。实验箱有3种型号，外型尺寸均为33cm×24cm×，提供学生使用。
　　(1)大学微型化学实验基本仪器盒及配件(简缩为MCK-F)：包括“基本仪器盒”及“配件”两部分。学生能尽快了解和掌握全部仪器的构造原理、基本装置、基本操作，在实验过程中主要采取设计实验或开放式实验进行教学。用这套仪器能完成大学无机、有机、分析、普化等的大部分实验。
　　(2)初中微型化学实验箱(ML-1A)：把现行初中化学教材(人教版)的103个实验中的87个(有毒或有危险的实验仍由教师演示)改为微型化学实验，由学生在课堂上边学边做。并将所需要的仪器、药品(除危险药品外)及《初中微型化学实验手册》书(上海教育出版社出版)三部分装入实验箱里。
　　(3)高中微型化学实验箱(ML-2A)：把现行高中化学教材(人教版)的134个实验中的118个(高一53个，高二40个，高三25个)改为微型化学实验，并将所需的仪器和《高中微型化学实验手册》书装入实验箱里。
　　学生手提“实验箱”进入课堂，在教师指导下进行单人边学边做实验(条件差的学校可以分组实验)或设计实验，实施探索式教学。
　　用微型化学实验进行教学能促进学生创新思维能力的培养
　　创造教育的核心问题是创新思维能力的培养。创新思维能力包括许多方面，这里仅就在化学教学中采用微型化学实验促进主要的创新思维能力［5］的培养问题进行简单的论述。
　觉察能力的培养　觉察能力是人们对于客观事物的感觉和观察能力。处于同一环境的人们，客观事物对每一个人的刺激程度都是一样的，但是不同的人对外界刺激的感受和觉察能力却是不同的，觉察能力强的人往往就能利用这种特殊察觉到的东西创造出新的奇迹。灵敏的感觉和敏锐的洞察能力不仅与人们的知识水平有关，而且还与注意力和好奇心有关。用微型化学实验进行化学教学，尽可能由学生自己做未知的实验(而不是由老师进行演示实验)，在教师引导下，学生认真地观察和分析实验现象。由于学生的好奇心和丰富多彩的实验现象，促进了学生注意力的提高，同时能激发学生对实验现象的本质进行探索式的分析，长此以往，学生的觉察能力得到了培养。
　记忆能力的培养　记忆是人们把经历过的事物记住并能在以后再现或再识的能力。记忆能使人们不断地积累经验和知识，为创造新东西准备更多的营建材料。记忆能力与人的天质有重要关系，但主要与人们对记忆所采取的态度和方法，记忆的目的和任务以及个人的兴趣爱好有关。用微型化学实验进行教学，大多数实验都是由学生自己在课堂上完成的。强烈的好奇心而产生的兴趣、实验现象多次的强刺激、学生在实验中对可能观察到的不同现象的争论、对实验现象的分析和归纳时对大脑中记忆线条的整理等，都是对学生记忆习惯、方法和能力的培养。
　联想能力的培养　联想是人们由一事物想到另一事物的心理过程。创新联想能力能调动人们有限的知识和经验，扩展事物间的联系，利用“边缘”科学知识及其它领域的知识，大大地扩大创新思路。要增强联想能力，首先是要增加知识和经验，其次是采用合理的方法及思路。在课堂上采用微型化学实验教学，学生有条件自己做大量的实验，在实验中感知和积累较多的知识和经验，特别是采用对比实验或设计实验教学，使学生不但注意了同时和同地发生的事物之间的联系，而且还注意到了当前的事物与以往的事物之间的联系，从而培养了学生的联想能力。
　分析能力的培养　分析能力是人们通过思维认识事物各方面的特性，特别是认识事物本质特性的能力。丰富的知识，加上较强的思维能力，是分析能力的坚实的基础，提高分析能力主要途径是经常主动积极地分析各种事物。用微型化学实验进行探索式教学，学生能根据自己的感官直接或间接感知的一切有意义的东西，运用唯物辩证法和三论(系统论、信息论和控制论)的方法积极主动地对实验现象和化学知识进行分析(分类、综合、抽象和概括，从而形成概念)，有利于提高学生的分析能力。
　直觉思维能力的培养　直觉是综合运用经验知觉信息，实现对问题的直截了当的瞬间快速抉择的思维活动。它没有清晰的逻辑通道，主要表现在显意识活动中，有时也有潜意识参与，是形象思维中一种非逻辑思维方式。直觉思维是在一个人对某事物非常关注、有着极为丰富的表象贮备、思维极为活跃和敏锐的情况下产生的，是创造性人才必须具备的思维特点。在科学研究中，直觉思维已越来越多地引起人们的重视。遗憾的是，直觉思维的培养一直被教育界所忽视，这与非常需要创造性人才的今天是不相适应的。采用微型化学实验进行边学边做或设计实验教学，显得生动活泼，极大地调动了学生的积极性和潜力，大量的实验和观察的材料和数据形成的表象，对提高学生的直觉思维能力是很有益的，我们应该对这个问题进行更深入的研究。
　完成能力的培养　完成能力是指不畏艰辛一丝不苟地完成有价值的创新想法的能力。任何有价值的创新，从产生到完成常常是需要艰苦的努力才能完成的。采用微型化学实验进行教学的实践中，由于主要的常用仪器都装在“实验箱”里，先让学生学习仪器的构造原理和基本操作方法，然后让学生根据实验原理自行选择仪器并设计实验。学生能积极主动的进行实验，完成能力得到了很好的培养。
　　例如在学生自行设计的“氯化氢气体的制备和性质”实验中，学生大都采用了微型制气装置(图1)，每个学生的试剂用量是常规量的1/15～1/20。对于氯化氢的“喷泉实验”学生的设计多种多样(图2)。与传统方法(图3)进行比较：图2(A)是将传统装置的双孔塞的作用，分在双颈烧(10mL)瓶的两个颈来实施；图2(B)是用现成的流体控制器取代了(A)的右颈玻管，方便多了图2(C)是把吸满了石蕊试液的小胖肚滴管直接插入集满氯化氢的单颈烧瓶(5mL)，挤入几滴试液后，实现了“喷泉”，而滴管的胶头变为扁扁的，更方便快捷多了。在实验中，学生之间进行交流，老师进行讲评，不正是对学生创造性思维和创新能力的启发和培养吗?
3　用微型化学实验促进化学教学改革的展望
　　1998年12月24日教育部制定了《面向21世纪教育振兴行动计划》，为我国今后的教育发展和全民素质的提高指明了方向。在化学教学中，微型化学实验的研究与应用，从可持续发展战略决策上来看，能培养学生的环保意识；从思维科学的角度来看，提供了学生在课棠上边学边做实验、设计实验或开放式实验的新思想、新方法和新技术，它将促进在我国化学教育改革中实现一种崭新的探索式的创新教育模式，为造就全面发展的、更加聪明的一代人做出应有的贡献。
参考文献
［1］布莱克斯利.右脑的奥妙与人的创造力，北京：国际文化出版公司，1988：102.
［2］温寒江.开发右脑，杭州：浙江教育出版社，1997：44～50.
［3］钱学森.关于思维科学，上海；上海人民出版社，1986:129～141.
［4］钱贵晴.微型化学实验与的研制，化学通报，1999，(1)：48～51.
［5］戚昌滋.创造性方法学，北京：中国建筑工业出版社，1987：538～581.