摘 要：創(chuàng)新性實驗的教學(xué)設(shè)計與實踐在學(xué)生創(chuàng)新思維及創(chuàng)造能力培養(yǎng)方面具有非常重要的作用，通過調(diào)研大量的研究文獻(xiàn)并結(jié)合中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的實際情況，設(shè)計并實施了三個基于離子液體應(yīng)用于綠色化學(xué)的創(chuàng)新研究項目的實驗教學(xué)，分別是：（1）安全節(jié)能的“酒精燈”的研究；（2）無水溴化亞鐵的綠色化合成工藝的開發(fā)；（3）清潔氧化酒精制備乙醛的研究，這三個創(chuàng)新性實驗教學(xué)項目均以“問題、現(xiàn)象、方法”為基本要素，以假設(shè)、實驗、對照為基本研究方法，給學(xué)生造就了較大程度的自由思考、自行設(shè)計、自主實驗的時空條件，使他們擁有了一個個自主探究、感受科學(xué)探索的歷程的機會和展示自己的聰明智慧的平臺。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新性 實驗 設(shè)計

中圖分類號：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）06（c）-0042-02

1 研究背景

知識創(chuàng)新水平和創(chuàng)新速度將成為經(jīng)濟長期可持續(xù)發(fā)展的驅(qū)動力[1]，知識能否創(chuàng)新的核心問題取決于人，取決于人的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，而這種精神、意識和能力并不是先天就具備的，更多的來自后天的教育和培養(yǎng)。實驗教學(xué)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，實驗教學(xué)中創(chuàng)新性實驗的教學(xué)設(shè)計與實踐在學(xué)生創(chuàng)新思維及創(chuàng)造能力培養(yǎng)方面具有非常重要的作用。著名化學(xué)家戴安幫說過：“化學(xué)實驗教學(xué)是全面實施化學(xué)教育的最有效的形式，是化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)教育最有效的組成部分?；瘜W(xué)實驗以其豐富的內(nèi)涵在通過化學(xué)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)中發(fā)揮獨特的作用”[2]。隨著新課程改革在全國的陸續(xù)鋪開，不同版本的新教材也相繼走進(jìn)了學(xué)生的課堂，新教材和舊教材相比增加了相當(dāng)部分的實驗活動內(nèi)容，其中“觀察與思考、活動與探究、動手空間”等欄目使學(xué)生在探究過程中完成知識的構(gòu)建，落實了教學(xué)目標(biāo)，同時，也為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力奠定了一定的基礎(chǔ)[3]。作為在新課改大背景下的化學(xué)教師不僅要適時調(diào)整自己的教學(xué)思想和教學(xué)觀念，同時在教學(xué)組織形式和教學(xué)策略上需要對學(xué)生的創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)方面進(jìn)行強化，培養(yǎng)人才首先要培養(yǎng)人的創(chuàng)新意識，創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，這才是社會可以得以可持續(xù)發(fā)展的不竭源泉[4]。

2 研究內(nèi)容和研究過程

創(chuàng)新性實驗是結(jié)合教學(xué)目標(biāo)與實際狀況，在學(xué)生對已有知識掌握與具備初步實驗技能的基礎(chǔ)上，由教師或?qū)W生自己提出實驗課題，教師進(jìn)行指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生確定實驗原理，設(shè)計方案，在收集和整理實驗信息、選擇實驗用品并動手實驗，主動探究，得出結(jié)論并與現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行對比，從科學(xué)性、創(chuàng)新性角度出發(fā)對實驗結(jié)果進(jìn)行評價其研究意義的一種實驗方式[5]。這種教學(xué)模式可以使學(xué)生在實驗教學(xué)中的主體地位發(fā)揮的淋漓盡致，在學(xué)生自主探究的實驗過程中，有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在潛力，它培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和探究能力，使學(xué)生形成初步的科學(xué)研究能力，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)[6]。

通過調(diào)研大量的研究文獻(xiàn)，結(jié)合中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的實際情況，設(shè)計了三個基于離子液體應(yīng)用于綠色化學(xué)的創(chuàng)新研究項目，分別是：（1）安全節(jié)能的“酒精燈”的研究；（2）無水溴化亞鐵的綠色化合成工藝的開發(fā)；（3）清潔氧化酒精制備乙醛的研究。

（1）《安全節(jié)能的“酒精”燈》項目的教學(xué)設(shè)計與實踐研究。

提出問題：酒精燈是中學(xué)化學(xué)實驗室最為常用的加熱儀器，但在實際使用過程中由于酒精易揮發(fā)，在降低酒精使用效率的同時也帶來了安全隱患，是否有簡單、易行的辦法克服以上不足呢？

分析問題：酒精的沸點較低，這是致使其易揮發(fā)的本質(zhì)原因，是否可以添加一種助劑以降低其揮發(fā)性呢？結(jié)合高中有機化學(xué)教材中所介紹的實驗室制取乙烯的實驗，濃硫酸的存在可以大大降低酒精的揮發(fā)性，但如果直接在酒精燈中加入濃硫酸顯然也會有一定的安全隱患，是否可以找到一種可以粘附酒精分子以降低其揮發(fā)性但又不具有腐蝕性的物質(zhì)呢？

提出實驗課題：尋求一種替代濃硫酸的環(huán)境友好物質(zhì)作為添加劑加入到酒精中，設(shè)計一種新穎的安全節(jié)能的“酒精”體系。

研究過程：合成了各種類型的離子液體，發(fā)現(xiàn)離子液體甲基咪唑硫酸氫鹽（Hmim

HSO4）是理想的添加劑，進(jìn)而探究了甲基咪唑硫酸氫鹽HmimHSO4與酒精的最佳體積比（有效控制酒精揮發(fā)的同時又不至于影響酒精的正常燃燒）。

研究結(jié)論：離子液體HmimHSO4具有良好的熱穩(wěn)定性（分解溫度高于400 ℃），在酒精燈中加入離子液體助劑可以堪稱是一種“一勞永逸”的辦法，因為離子液體本身不參與酒精的直接燃燒，在使用過程中不會損耗，一旦酒精消耗到一定程度只要及時添加酒精就可以了，完全符合當(dāng)今綠色化學(xué)所倡導(dǎo)的基本要求。

（2）《無水溴化亞鐵的綠色化合成工藝的開發(fā)》項目的教學(xué)設(shè)計與實踐研究。

提出問題：溴化亞鐵水溶液在蒸發(fā)濃縮結(jié)晶過程中極易水解，這勢必大大提高制備無水溴化亞鐵的難度，文獻(xiàn)資料介紹通常采用在溴化氫氣流中制備無水溴化亞鐵，是否可以尋求一種操作更為簡單的合成無水溴化亞鐵的工藝呢？

分析問題：溴化亞鐵是一種易揮發(fā)的強酸與弱堿形成的鹽，在除水干燥的過程中極易水解形成其氫氧化物，那么是否可以在無水體系中直接合成溴化亞鐵呢？這樣就能從根源上消除水解的因素對目標(biāo)產(chǎn)品純度的影響。

提出實驗課題：尋求一種無水、清潔合成溴化亞鐵的反應(yīng)體系。

研究過程：合成了各種類型的離子液體，發(fā)現(xiàn)離子液體溴化1-正丁基-3-甲基咪唑（bmimBr）是合適的溶劑和催化劑，其反應(yīng)機理為：

研究結(jié)論：借助離子液體作為載體進(jìn)行鐵的溴化反應(yīng)的研究，離子液體在鐵的溴化反應(yīng)過程中在充當(dāng)催化劑的同時也充當(dāng)溶劑的角色，反應(yīng)過程中溴化試劑液溴和反應(yīng)產(chǎn)物鐵的溴化物均溶于離子液體體系中，反應(yīng)結(jié)束后通過簡單的萃取方法使產(chǎn)物脫離出反應(yīng)體系，離子液體可以重復(fù)使用，從源頭上避免水的引入，這樣的操作流程就能使該合成工藝的“綠色因子”大大提高，使之符合當(dāng)前所倡導(dǎo)的綠色化學(xué)的基本原則，為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)鐵的無水溴化亞鐵提供一種新型的途徑。

（3）《清潔氧化酒精制備乙醛的研究》的教學(xué)設(shè)計與實踐研究。

提出問題：高中有機化學(xué)教材中介紹了酒精的催化氧化實驗—— 將彎成螺旋狀的粗銅絲在酒精燈上灼熱后，銅絲變黑，插入乙醇中，銅絲表面變紅，產(chǎn)生刺激性氣味的乙醛，再反復(fù)操作—— 制備過程較為復(fù)雜，同時也有副產(chǎn)物醋酸生成，不適合運用于工業(yè)生產(chǎn)，是否可以尋求一種操作更為簡單的酒精氧化制取乙醛的工藝呢？

分析問題：乙醛較乙醇而言更容易被氧化劑氧化，在選擇氧化體系的時候需要考慮氧化劑的氧化性強弱。醇的氧化過程有兩個不同的途徑：失氫氧化和得氧氧化，如若只發(fā)生失氫過程而不出現(xiàn)得氧過程，就可以很好的控制乙醇的氧化深度。

提出實驗課題：尋求并設(shè)計一種選擇性電氧化乙醇為乙醛的合成工藝。

研究過程：合成了各種類型的離子液體，發(fā)現(xiàn)離子液體甲基咪唑硫酸氫鹽（Hmim

HSO4）適合充當(dāng)電化學(xué)氧化乙醇的媒介，其反應(yīng)原理為（圖1所示）。

研究結(jié)論：設(shè)計了一種新穎的電化學(xué)選擇性氧化酒精制備乙醛的工藝，在此工藝中以質(zhì)子酸離子液體作為反應(yīng)的溶劑和電媒介進(jìn)行電化學(xué)氧化乙醇合成乙醛，而不必另外添加任何輔助支持電解質(zhì)和催化劑。此外，氧化產(chǎn)物乙醛在電解反應(yīng)過程中可以通過簡單的蒸餾操作即時從反應(yīng)體系中分離，此電解體系可以在活性不降低的情況下連續(xù)使用。整個氧化過程是醇的脫氫氧化，從而避免了氧化產(chǎn)物的深度氧化問題，為大規(guī)模制備乙醛提供了一種高效、清潔的合成途徑。

3 創(chuàng)新性實驗教學(xué)設(shè)計與實踐研究的啟示及教學(xué)建議

中學(xué)生正處于創(chuàng)新思維和能力形成的重要時期，他們富于想象、勇于創(chuàng)新、敢于批判的品質(zhì)在以“教師為中心”的傳統(tǒng)課堂上難以得到很好的發(fā)展，以“重復(fù)與模仿”為主要形式的傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式極大程度上抑制了學(xué)生創(chuàng)造性思維活動的正常展開。創(chuàng)新性實驗教學(xué)以“問題、現(xiàn)象、方法”為基本要素，以假設(shè)、實驗、對照為基本研究方法，給學(xué)生造就了較大程度的自由思考、自行設(shè)計、自主實驗的時空條件，使他們擁有了一個個自主探究、感受科學(xué)探索的歷程的機會和展示自己的聰明智慧的平臺。俗話說：“親其師而信其道”，教學(xué)效果如何取決于師生關(guān)系的好壞，在教學(xué)過程中，師生共同創(chuàng)新研究，探討問題積極民主，使師生間的情感更加濃厚，由此證明，創(chuàng)新性實驗教學(xué)也同時促進(jìn)了師生關(guān)系的發(fā)展，從而對整個教學(xué)工作起到積極的推動作用。

近幾年，隨著創(chuàng)新性實驗教學(xué)的設(shè)計與實踐的研究，這種教學(xué)模式與其以往傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式相比更加有利于教師“教”與學(xué)生“學(xué)”，能夠更準(zhǔn)確的體現(xiàn)出以學(xué)生為本，以學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展為根本目標(biāo)的教育理念。對于創(chuàng)新性實驗教學(xué)設(shè)計與實踐做如下幾點建議：

（1）明確實驗的教學(xué)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生自主探究，要讓學(xué)生更多的參與到創(chuàng)新研究過程，領(lǐng)略創(chuàng)新研究思路和方法，感悟科學(xué)探究的實事求是，體驗科學(xué)探究的樂趣。

（2）注重強化對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維的訓(xùn)練，科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，在探究過程中學(xué)生才能更好的發(fā)揮主體作用。如果學(xué)生沒有創(chuàng)新思維和基本的科學(xué)探究能力，創(chuàng)新性實驗將完不成預(yù)期的目標(biāo)。

（3）教師要具備較高的駕馭教材的能力和創(chuàng)新實驗教學(xué)設(shè)計的專業(yè)背景，要具備較好的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新精神，只有這樣才能勝任探究設(shè)計、指導(dǎo)探究、實施探究。

參考文獻(xiàn)

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