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新课程旨在进一步提高学生的科学素养,进一步培养学生的科学探究能力。而能力既依赖于知识,更依赖于方法。苏教版高中化学新教材在帮助学生建构学科知识体系的同时,也力图建构符合学生发展需求的科学方法体系。
科学方法是人们认识客观世界而采取的各种手段和途径。新教材以“化学是一门中心的、实用的、创造性的科学”为核心科学思想,将科学素养与人文素养有机整合,将知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三者和谐统一。新教材中强调的科学方法主要是指对所有学生发展都具有非常重要价值的科学研究的一般方法,主要包括获取经验性材料(或科学事实)的方法和理性思维的方法两大方面。
一、获取经验性材料的方法
1. 观察法
观察法是指人们在自然发生的条件下,通过感官或借助于仪器,有目的、有计划地考察研究对象,从而获得经验性材料的方法。观察法是科学研究的一种基本方法,是有目的、有计划的认知活动。因此,观察时要有明确的目的和计划,要多思考、多提问,要多交流、多讨论,要及时记录、有时还需要测量,要全面细致和实事求是。新教材中的观察法主要包括观察实验、观察模型、观察图表等方面。如化学反应速率概念的学习,必修教材中要求学生观察并比较等物质的量浓度的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液与等浓度的盐酸反应的情况;选修教材中要求学生观察H2O2溶液在室温下分解时c(H2O2)与时间(t)的变化及N2O5在四氯化碳溶液中发生分解反应时N2O5、NO2、O2三者浓度与时间的变化,通过比较、分析、计算、归纳出化学反应速率的概念和表示方法。又如同分异构体概念的学习,必修教材中要求学生观察戊烷的三种结构模型和分子组成为C2H6O的两种有机物(乙醇和二甲醚)的球棍模型及结构式;选修教材中要求学生观察三组有机分子结构:①分子式为C4H10的烷烃②分子式为C4H8的烯烃③乳酸,在学习了解戊烷的三种同分异构体的基础上,对同分异构现象(碳链异构、顺反异构、对映异构)有更新的认识,对同分异构体概念有更深的理解。观察法从现象到本质、从具体到抽象、从特殊到一般的学习,有利于学生经验的不断丰富和认知的不断发展。
2. 实验法
实验法是指人们从自然现象中提取所期望的东西,是在观察的基础上探索规律的主要方法,实验是学生学习化学知识、解决生产和生活中的实际问题的重要途径。新教材改变了传统的教师演示实验和学生实验要求明确的特点,以实验建议、信息提示、思路启迪、技术支持等方式增强了实验的选择性、自主性、开放性和创造性,增加了学生自主、合作、探究的机会,使学生在实验中既有独立思考、又有集体协作,既有个人发现、又有共同分享。在实验的设计和内容的呈现方式上巧妙地渗透了科学实验的对比思想和控制变量的思想,如溶液、胶体在光照下的现象对比,溴水在加入四氯化碳前后溶液中的现象对比等生动的实验事实不仅激发了学生学习化学的兴趣,也提升了学生的实验素养。又如反应热的测量,新教材中假设溶液的比热与水的比热相等,溶液的密度与水的密度相等,忽略量热计的比热,根据溶液温度升高的数值来计算反应热的大小,强调了控制变量的思想,启发学生在科学研究中、探索仅靠观察所看不到的未知的过程中,必须对研究对象进行人为控制或施加某种影响。实验中控制变量的思想在选修教材《实验化学》中有更充分和真实的体现,强调化学反应总是在一定条件下进行,突出人在科学研究中主观能动性的独立性和有限性,使学生充分认识化学学科的特点和运用实验法的基本要求。
3. 调查法
调查法是科学研究常用的方法,调查时需要明确调查的目的和调查对象,制定合理的调查方案,采取合理的调查方式,记录、整理和分析调查结果。新教材指导学生初步了解和学会基本的调查方法,如原子晶体在工农业生产和科学研究中的重要应用,各种维生素的生理、营养功能和溶解性,纺织品的品种、性能和价格,减少大气中二氧化碳的含量的建议和利用二氧化碳为人类服务的方案,居室空气中污染物的来源及危害,家用燃料的燃烧效率以及水的饮用等化学知识的学习,要求学生查阅资料、访问、咨询、试验来获取感性认识,并能进一步上升为理性认识,使学生的体验有效转化为经验。
4. 模拟法
在科学研究中,有时不能对研究对象直接进行控制,需要设计和构想研究对象的替代物,通过研究替代物来获取经验性材料,这种方法称为模拟法。如氯化钠在水中的电离过程、氯化钠中离子键的形成、熔融氯化钠通电前后离子的运动、氧化镁的形成过程及分子碰撞等微观过程,新教材引领并要求教师能用动画模拟的方法来展开教学;对映异构、晶体结构等一些抽象的知识内容,可采用比较手的镜像、乒乓球的堆积来展开教学。模拟法可帮助学生从宏观的角度来认识微观世界,从具体形象的角度来理解所学的知识。
二、理性思维的方法
1. 分析和综合
分析是将研究对象的整体分解为若干部分、要素、阶段和层次,并分别加以研究的方法。分析可分为定性分析、定量分析、因素分析、可逆分析、结构分析和元过程分析等诸多方面。如学习氯气的性质,可从物理性质和化学性质两方面来分析,物理性质又可从颜色、状态、气味、密度、溶解性和熔沸点等方面来分析,化学性质又可从氯气与金属、非金属、水、碱、盐溶液等角度来定性分析。又如学习分散系时,可从溶液、胶体、悬浊液和乳浊液等分散质微粒直径的大小来定量分析。再如学习有机物的推断和合成时,可从有机物的结构角度来分析,定性和定量相结合来分析。从近代科学到现代科学,一个基本特点就是把事物分成一段段、一层层地去研究。如果分析得当,可窥一斑而见全豹,如果分析不当,容易导致只见树木不见森林。综合是指把研究对象的各个部分或各个方面联系起来考察,从整体上去认识和把握研究对象的方法。如学习影响化学反应速率和化学平衡的因素时,可从浓度、温度、压强、催化剂等几个方面联系起来分析研究化学反应的快慢和反应进行的程度。根据事物发展、变化的特点可以灵活地运用分析和综合的方法,明确分析是综合的基础,综合是分析的发展,二者是相互依存、相互渗透、甚至是相互转化的。
2. 归纳与演绎
归纳是从特殊事实中概括出一般原理或规律,而演绎是根据一类事物都有的一般属性、关系、本质来推断这类事物的个别事物所具有的属性、关系和本质,归纳和演绎是一对思维方向相反的推理形式和思维方法。化学是一门以实验为基础的学科,大量的化学知识的学习是在观察、实验的基础上运用归纳而完成的,而知识的运用和新知识的学习可以通过演绎来实现,从特殊到一般、从一般到特殊是学习化学的重要思想方法。如门捷列夫发现元素周期律是运用归纳法的典型事例,新教材中引导学生学习元素周期律也是采用了归纳的方法,而学习盖斯定律及应用则是采用了演绎的方法。化学平衡常数的建立采用了归纳法,而以后的电离平衡常数的学习则采用了演绎的方法。新教材的设计可谓煞费心思,一方面尊重科学事实和科学发展的历史,另一方面遵循学生的认知发展规律和符合学生身心发展的特点。
归纳与演绎各有优势,也各有有限性,二者是互为补充、相辅相成的。从近代科学到现代科学,以观察(实验)-归纳为主的方法逐渐让位于以假说-演绎为主的方法。现代科学从总体上来说,已经不是处在经验材料的收集阶段,而是处于高度的理论概括和演绎的阶段。人们能够凭借数学、计算机等工具来提出假说,然后演绎出理论体系或具体推论,再通过观察和实验来检验。因此,在应用假说-演绎法时,仍需要以经验归纳法做补充,以一定的实验事实为依据。
3. 比较与类比
比较是找出研究对象的同一性和差异性,是一种学生应知应会的基础思维方法。新教材中广泛采用了比较的方法,如四种无机化学基本反应类型比较、两种盐(NH4Cl、CH3COONa)水解过程比较、碳酸钠与碳酸氢钠的性质比较、防止钢铁的腐蚀方法比较、化学键类型的比较、晶体中原子的堆积方式比较、1 mol气体的体积与一只篮球的体积比较、晶胞与晶体的关系与砖块与墙的关系比较、合成有机玻璃的两种路线比较、工业生产异丙苯的两种工艺流程比较等多种比较,运用表格、图型、实物、模型等多种比较方式,来帮助引导学生在求同、求异的过程中,建立新旧知识的内在联系,加深对所学知识的本质理解。又如大理石与盐酸的反应,比较你与其他同学的实验结果,如有差异,分析产生差异的可能原因。亚硝酸钠的鉴别,在你和同学设计的各种实验方案中,哪一种最简便、实验效果最好?如上问题的设计,引导学生进行自主、合作学习,有利于学生经验的交流、情感的沟通、思维的碰撞及能力的提升。
类比是一种以比较为基础的逻辑推理方法,是根据两个研究对象的相同或相似方面来推断它们在其他方面一致性的一种思维方法,是从特殊到特殊、一般到一般的一种非必然性推理。类比推理的学习活动就是将要学习的信息与已经掌握的信息进行联系,表现在三个方面:①类比使学习者自动地搜索类似的已有信息;②类比激发学习者搜索自己认知结构中的类似信息;③学习者使用类比可以生成类似的信息。如在物质的量浓度知识的教学过程中,可启发学生积极主动地把质量百分比浓度与物质的量浓度联系起来,将相似的数量关系进行类比,从而加快、加深学生对新学知识的理解。又如学习了从海水中提取镁后,可启发学生从金属活动性及金属冶炼方法的角度来学习从铝土矿中提取铝、从自然界中获取铁和铜等知识内容。再如学习了工业上制备硫酸后,可启发学生从制备原理与方法的角度来学习工业上制备硝酸,新教材中先后呈现的两个流程图给了我们以较好的启示。总之,类比是提出化学假说的重要手段,是探索未知事物的重要途径,是解决具体化学问题的有力武器。
4. 联想与想象
联想是两个或两个以上表象的联络过程,想象是许多表象的融合形成新表现的过程。联想和想象是形象思维的重要部分,是创造性思维的重要特征。原子结构模型的演变、科学家怎样研究有机物等内容向学生介绍了科学家科学探究的过程和方法,不仅丰富了知识,开阔了眼界,更给予了学生联想与想象的机会。在知识的学习过程中有何启迪、受何启发等一些开放性问题的设计,使学生的联想与想象能力的培养成为了现实。
5. 假说方法
假说是以一定的科学事实和科学原理为依据的关于未知事物及其规律所作出的一种假定性说明。假说是科学理论发展的必有阶段,是科学研究的重要方法。假说的结论不一定正确,需要在进一步的研究中加以证实或证伪。如在学习配合物的形成时,要求学生先比较两个反应,后提出设想,再进一步研究四氨合铜离子的形成,从而得出相关结论。又如,在学习影响酶催化活性的主要因素时,从实验结果提出假说,而假说有待进一步的验证,从而得出结论。从发现问题到提出假说,从验证假说到得出结论,假说中常采用归纳与类比的方法。学生了解了假说方法,且在探究性学习中多次体会假说的意义。
6. 数学方法
马克思认为,一种科学只有在成功地运用了数学之后,才算达到了完善的地步。在化学教与学的过程中只有正确把握数学方法与化学问题的内在关联,将化学问题抽象为数学问题,利用数形结合、对称分析、等价转化、分类讨论、函数与方程、排列组合、不等式、极限等数学思想方法来解决实际的化学问题,才能使化学学科发展到新的层次和高度。如化学平衡常数(K)和电离平衡常数(Ka)的建立与应用,中和滴定中根据实验数据绘制滴定曲线、研究滴定过程中的pH值的变化,同分异构体的分析与判断,图表数据的分析与处理等实际化学问题的解决无不在考查学生运用数学方法的能力。
7. 模型方法
无论是在科学研究还是学习科学的过程中,模型方法都起着十分重要的作用。模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法,是以简化和直观的形式来显示复杂事物或过程的手段。模型可分为物理模型、概念模型和数学模型三种。物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象特征的模型,如球棍模型、比例模型、结构模型、实物图片、照片、示意图、流程图等。概念模型是指以文字表达来抽象概括出事物本质特征的模型,如元素周期律的概念模型(元素的性质随着原子序数的递增而呈现周期性的变化)。数学模型是指用来描述一个系统或它的性质的数学形式,如函数图象中化学量之间的关系。
8. 系统分析法
系统分析法是指在明确系统的边界后,在分析系统组成要素、层次结构的基础上,分析系统各组分间相互影响的定量关系,建立系统的数学模型,并利用计算机对系统结构进行优化,使系统具有功能整合作用的问题分析法,是一种现代的科学方法。限于高中学生的发展水平和需要,新教材并不要求学生掌握完整的系统分析法,而是重在领悟方法的思想,初步学会从系统的整体出发,如模块学习、专题和单元学习等,分析整体与局部、部分与部分、整体与外部环境之间的相互关系。
新教材在建构科学方法体系的同时,充分考虑化学学科的特点,广泛运用宏观与微观相结合、结构与性质相结合、定性与定量相结合、特殊和一般相结合等化学学科思想和方法,强调学以致用和可持续发展,将科学思想与科学方法融为一体,使化学学科成为科学思想和科学方法的载体。另外,新教材中蕴藏着世界是物质的、而物质的运动是永恒的,矛盾是对立统一的,事物是普遍联系的,内因与外因共同影响事物的发展,量变会引起质变等丰富的哲学思想方法,有效指导着教学实践活动,对学生的智能与情意发展也产生积极深远的影响。
综上所述,苏教版高中化学新教材中的科学方法体系内容丰富,教材编写者根据不同模块的教学内容特点和学生认知规律进行了精心的设计。新教材中的科学方法,有些是专门介绍的,有些是渗透在字里行间的,有些是通过学生的活动来练习和运用的,有些则是让学生在分析案例的过程中体会和领悟的。笔者撰写本文,意在抛砖引玉,重在强调和突出过程与方法的教学,让过程和方法的教学彰显其无穷的魅力,使学生真正学会用化学的眼光和科学的思维去审视我们赖以生存的世界。
科学方法是人们认识客观世界而采取的各种手段和途径。新教材以“化学是一门中心的、实用的、创造性的科学”为核心科学思想,将科学素养与人文素养有机整合,将知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三者和谐统一。新教材中强调的科学方法主要是指对所有学生发展都具有非常重要价值的科学研究的一般方法,主要包括获取经验性材料(或科学事实)的方法和理性思维的方法两大方面。
一、获取经验性材料的方法
1. 观察法
观察法是指人们在自然发生的条件下,通过感官或借助于仪器,有目的、有计划地考察研究对象,从而获得经验性材料的方法。观察法是科学研究的一种基本方法,是有目的、有计划的认知活动。因此,观察时要有明确的目的和计划,要多思考、多提问,要多交流、多讨论,要及时记录、有时还需要测量,要全面细致和实事求是。新教材中的观察法主要包括观察实验、观察模型、观察图表等方面。如化学反应速率概念的学习,必修教材中要求学生观察并比较等物质的量浓度的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液与等浓度的盐酸反应的情况;选修教材中要求学生观察H2O2溶液在室温下分解时c(H2O2)与时间(t)的变化及N2O5在四氯化碳溶液中发生分解反应时N2O5、NO2、O2三者浓度与时间的变化,通过比较、分析、计算、归纳出化学反应速率的概念和表示方法。又如同分异构体概念的学习,必修教材中要求学生观察戊烷的三种结构模型和分子组成为C2H6O的两种有机物(乙醇和二甲醚)的球棍模型及结构式;选修教材中要求学生观察三组有机分子结构:①分子式为C4H10的烷烃②分子式为C4H8的烯烃③乳酸,在学习了解戊烷的三种同分异构体的基础上,对同分异构现象(碳链异构、顺反异构、对映异构)有更新的认识,对同分异构体概念有更深的理解。观察法从现象到本质、从具体到抽象、从特殊到一般的学习,有利于学生经验的不断丰富和认知的不断发展。
2. 实验法
实验法是指人们从自然现象中提取所期望的东西,是在观察的基础上探索规律的主要方法,实验是学生学习化学知识、解决生产和生活中的实际问题的重要途径。新教材改变了传统的教师演示实验和学生实验要求明确的特点,以实验建议、信息提示、思路启迪、技术支持等方式增强了实验的选择性、自主性、开放性和创造性,增加了学生自主、合作、探究的机会,使学生在实验中既有独立思考、又有集体协作,既有个人发现、又有共同分享。在实验的设计和内容的呈现方式上巧妙地渗透了科学实验的对比思想和控制变量的思想,如溶液、胶体在光照下的现象对比,溴水在加入四氯化碳前后溶液中的现象对比等生动的实验事实不仅激发了学生学习化学的兴趣,也提升了学生的实验素养。又如反应热的测量,新教材中假设溶液的比热与水的比热相等,溶液的密度与水的密度相等,忽略量热计的比热,根据溶液温度升高的数值来计算反应热的大小,强调了控制变量的思想,启发学生在科学研究中、探索仅靠观察所看不到的未知的过程中,必须对研究对象进行人为控制或施加某种影响。实验中控制变量的思想在选修教材《实验化学》中有更充分和真实的体现,强调化学反应总是在一定条件下进行,突出人在科学研究中主观能动性的独立性和有限性,使学生充分认识化学学科的特点和运用实验法的基本要求。
3. 调查法
调查法是科学研究常用的方法,调查时需要明确调查的目的和调查对象,制定合理的调查方案,采取合理的调查方式,记录、整理和分析调查结果。新教材指导学生初步了解和学会基本的调查方法,如原子晶体在工农业生产和科学研究中的重要应用,各种维生素的生理、营养功能和溶解性,纺织品的品种、性能和价格,减少大气中二氧化碳的含量的建议和利用二氧化碳为人类服务的方案,居室空气中污染物的来源及危害,家用燃料的燃烧效率以及水的饮用等化学知识的学习,要求学生查阅资料、访问、咨询、试验来获取感性认识,并能进一步上升为理性认识,使学生的体验有效转化为经验。
4. 模拟法
在科学研究中,有时不能对研究对象直接进行控制,需要设计和构想研究对象的替代物,通过研究替代物来获取经验性材料,这种方法称为模拟法。如氯化钠在水中的电离过程、氯化钠中离子键的形成、熔融氯化钠通电前后离子的运动、氧化镁的形成过程及分子碰撞等微观过程,新教材引领并要求教师能用动画模拟的方法来展开教学;对映异构、晶体结构等一些抽象的知识内容,可采用比较手的镜像、乒乓球的堆积来展开教学。模拟法可帮助学生从宏观的角度来认识微观世界,从具体形象的角度来理解所学的知识。
二、理性思维的方法
1. 分析和综合
分析是将研究对象的整体分解为若干部分、要素、阶段和层次,并分别加以研究的方法。分析可分为定性分析、定量分析、因素分析、可逆分析、结构分析和元过程分析等诸多方面。如学习氯气的性质,可从物理性质和化学性质两方面来分析,物理性质又可从颜色、状态、气味、密度、溶解性和熔沸点等方面来分析,化学性质又可从氯气与金属、非金属、水、碱、盐溶液等角度来定性分析。又如学习分散系时,可从溶液、胶体、悬浊液和乳浊液等分散质微粒直径的大小来定量分析。再如学习有机物的推断和合成时,可从有机物的结构角度来分析,定性和定量相结合来分析。从近代科学到现代科学,一个基本特点就是把事物分成一段段、一层层地去研究。如果分析得当,可窥一斑而见全豹,如果分析不当,容易导致只见树木不见森林。综合是指把研究对象的各个部分或各个方面联系起来考察,从整体上去认识和把握研究对象的方法。如学习影响化学反应速率和化学平衡的因素时,可从浓度、温度、压强、催化剂等几个方面联系起来分析研究化学反应的快慢和反应进行的程度。根据事物发展、变化的特点可以灵活地运用分析和综合的方法,明确分析是综合的基础,综合是分析的发展,二者是相互依存、相互渗透、甚至是相互转化的。
2. 归纳与演绎
归纳是从特殊事实中概括出一般原理或规律,而演绎是根据一类事物都有的一般属性、关系、本质来推断这类事物的个别事物所具有的属性、关系和本质,归纳和演绎是一对思维方向相反的推理形式和思维方法。化学是一门以实验为基础的学科,大量的化学知识的学习是在观察、实验的基础上运用归纳而完成的,而知识的运用和新知识的学习可以通过演绎来实现,从特殊到一般、从一般到特殊是学习化学的重要思想方法。如门捷列夫发现元素周期律是运用归纳法的典型事例,新教材中引导学生学习元素周期律也是采用了归纳的方法,而学习盖斯定律及应用则是采用了演绎的方法。化学平衡常数的建立采用了归纳法,而以后的电离平衡常数的学习则采用了演绎的方法。新教材的设计可谓煞费心思,一方面尊重科学事实和科学发展的历史,另一方面遵循学生的认知发展规律和符合学生身心发展的特点。
归纳与演绎各有优势,也各有有限性,二者是互为补充、相辅相成的。从近代科学到现代科学,以观察(实验)-归纳为主的方法逐渐让位于以假说-演绎为主的方法。现代科学从总体上来说,已经不是处在经验材料的收集阶段,而是处于高度的理论概括和演绎的阶段。人们能够凭借数学、计算机等工具来提出假说,然后演绎出理论体系或具体推论,再通过观察和实验来检验。因此,在应用假说-演绎法时,仍需要以经验归纳法做补充,以一定的实验事实为依据。
3. 比较与类比
比较是找出研究对象的同一性和差异性,是一种学生应知应会的基础思维方法。新教材中广泛采用了比较的方法,如四种无机化学基本反应类型比较、两种盐(NH4Cl、CH3COONa)水解过程比较、碳酸钠与碳酸氢钠的性质比较、防止钢铁的腐蚀方法比较、化学键类型的比较、晶体中原子的堆积方式比较、1 mol气体的体积与一只篮球的体积比较、晶胞与晶体的关系与砖块与墙的关系比较、合成有机玻璃的两种路线比较、工业生产异丙苯的两种工艺流程比较等多种比较,运用表格、图型、实物、模型等多种比较方式,来帮助引导学生在求同、求异的过程中,建立新旧知识的内在联系,加深对所学知识的本质理解。又如大理石与盐酸的反应,比较你与其他同学的实验结果,如有差异,分析产生差异的可能原因。亚硝酸钠的鉴别,在你和同学设计的各种实验方案中,哪一种最简便、实验效果最好?如上问题的设计,引导学生进行自主、合作学习,有利于学生经验的交流、情感的沟通、思维的碰撞及能力的提升。
类比是一种以比较为基础的逻辑推理方法,是根据两个研究对象的相同或相似方面来推断它们在其他方面一致性的一种思维方法,是从特殊到特殊、一般到一般的一种非必然性推理。类比推理的学习活动就是将要学习的信息与已经掌握的信息进行联系,表现在三个方面:①类比使学习者自动地搜索类似的已有信息;②类比激发学习者搜索自己认知结构中的类似信息;③学习者使用类比可以生成类似的信息。如在物质的量浓度知识的教学过程中,可启发学生积极主动地把质量百分比浓度与物质的量浓度联系起来,将相似的数量关系进行类比,从而加快、加深学生对新学知识的理解。又如学习了从海水中提取镁后,可启发学生从金属活动性及金属冶炼方法的角度来学习从铝土矿中提取铝、从自然界中获取铁和铜等知识内容。再如学习了工业上制备硫酸后,可启发学生从制备原理与方法的角度来学习工业上制备硝酸,新教材中先后呈现的两个流程图给了我们以较好的启示。总之,类比是提出化学假说的重要手段,是探索未知事物的重要途径,是解决具体化学问题的有力武器。
4. 联想与想象
联想是两个或两个以上表象的联络过程,想象是许多表象的融合形成新表现的过程。联想和想象是形象思维的重要部分,是创造性思维的重要特征。原子结构模型的演变、科学家怎样研究有机物等内容向学生介绍了科学家科学探究的过程和方法,不仅丰富了知识,开阔了眼界,更给予了学生联想与想象的机会。在知识的学习过程中有何启迪、受何启发等一些开放性问题的设计,使学生的联想与想象能力的培养成为了现实。
5. 假说方法
假说是以一定的科学事实和科学原理为依据的关于未知事物及其规律所作出的一种假定性说明。假说是科学理论发展的必有阶段,是科学研究的重要方法。假说的结论不一定正确,需要在进一步的研究中加以证实或证伪。如在学习配合物的形成时,要求学生先比较两个反应,后提出设想,再进一步研究四氨合铜离子的形成,从而得出相关结论。又如,在学习影响酶催化活性的主要因素时,从实验结果提出假说,而假说有待进一步的验证,从而得出结论。从发现问题到提出假说,从验证假说到得出结论,假说中常采用归纳与类比的方法。学生了解了假说方法,且在探究性学习中多次体会假说的意义。
6. 数学方法
马克思认为,一种科学只有在成功地运用了数学之后,才算达到了完善的地步。在化学教与学的过程中只有正确把握数学方法与化学问题的内在关联,将化学问题抽象为数学问题,利用数形结合、对称分析、等价转化、分类讨论、函数与方程、排列组合、不等式、极限等数学思想方法来解决实际的化学问题,才能使化学学科发展到新的层次和高度。如化学平衡常数(K)和电离平衡常数(Ka)的建立与应用,中和滴定中根据实验数据绘制滴定曲线、研究滴定过程中的pH值的变化,同分异构体的分析与判断,图表数据的分析与处理等实际化学问题的解决无不在考查学生运用数学方法的能力。
7. 模型方法
无论是在科学研究还是学习科学的过程中,模型方法都起着十分重要的作用。模型方法是以研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法,是以简化和直观的形式来显示复杂事物或过程的手段。模型可分为物理模型、概念模型和数学模型三种。物理模型是指以实物或图画形式直观地表达认识对象特征的模型,如球棍模型、比例模型、结构模型、实物图片、照片、示意图、流程图等。概念模型是指以文字表达来抽象概括出事物本质特征的模型,如元素周期律的概念模型(元素的性质随着原子序数的递增而呈现周期性的变化)。数学模型是指用来描述一个系统或它的性质的数学形式,如函数图象中化学量之间的关系。
8. 系统分析法
系统分析法是指在明确系统的边界后,在分析系统组成要素、层次结构的基础上,分析系统各组分间相互影响的定量关系,建立系统的数学模型,并利用计算机对系统结构进行优化,使系统具有功能整合作用的问题分析法,是一种现代的科学方法。限于高中学生的发展水平和需要,新教材并不要求学生掌握完整的系统分析法,而是重在领悟方法的思想,初步学会从系统的整体出发,如模块学习、专题和单元学习等,分析整体与局部、部分与部分、整体与外部环境之间的相互关系。
新教材在建构科学方法体系的同时,充分考虑化学学科的特点,广泛运用宏观与微观相结合、结构与性质相结合、定性与定量相结合、特殊和一般相结合等化学学科思想和方法,强调学以致用和可持续发展,将科学思想与科学方法融为一体,使化学学科成为科学思想和科学方法的载体。另外,新教材中蕴藏着世界是物质的、而物质的运动是永恒的,矛盾是对立统一的,事物是普遍联系的,内因与外因共同影响事物的发展,量变会引起质变等丰富的哲学思想方法,有效指导着教学实践活动,对学生的智能与情意发展也产生积极深远的影响。
综上所述,苏教版高中化学新教材中的科学方法体系内容丰富,教材编写者根据不同模块的教学内容特点和学生认知规律进行了精心的设计。新教材中的科学方法,有些是专门介绍的,有些是渗透在字里行间的,有些是通过学生的活动来练习和运用的,有些则是让学生在分析案例的过程中体会和领悟的。笔者撰写本文,意在抛砖引玉,重在强调和突出过程与方法的教学,让过程和方法的教学彰显其无穷的魅力,使学生真正学会用化学的眼光和科学的思维去审视我们赖以生存的世界。