“假说”与探究能力的培养

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  《基础教育课程改革实施纲要》要求在教学过程中培养学生的独立性和自主性,引导学生质疑、调查和探究。新《标准》也指出:将科学探究列入内容标准,旨在学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化,从学生被动接受知识向主动获取知识转化,从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探究精神。近年来,高考试卷中,反映探究性学习的试题频频出现。由此可见,重视培养学生的探究能力符合新课程改革的理念,也是当前高考应试研究中的核心主题。
  一、“假说”运用的简单方法
  “假说”是科学研究的一种重要方法,是对未知事物或运动规律的预测性解释。“假说”的科研作用,在于它立足已知,探索未知。从现有知识和理论出发,建立与未知事物之间的因果关系。毋庸置疑,在中学化学教学中适当授予学生“假说”运用的简单方法,让学生初步认识科研环节与方法,其益处是显而易见的。通过信息收集、综合分析、抽象概括、逻辑推理等思维过程,学会发散思维、整体思维,继而培养学生的探究能力和创新能力。
  “假说”的研究方法大体经历如下几个步骤:“假说的孕育”→“假说的提出”→“假说的验证”→“形成的结论”。
  例1,铁在潮湿的空气中易生锈,请设计一组实验,证明铁在潮湿空气里的生锈是水和空气对铁共同作用的结果(设计实验,画出简图),现象和结论用文字表述。
  根据铁与潮湿空气接触这一特定信息目标,教师可引导学生联系生活实际:放置于潮湿处的铁器易生锈,而干燥的铁器则不易生锈;表面涂了油漆的铁器不生锈,不涂油漆的铁器在空气中则不易生锈……,鼓励学生思维由一点向外辐射,从多角度、全方位思考、想象,大胆提出各种新颖的猜想和实验方案。这就是“假说”运作的第一道程序——“假说的孕育”。
  收集学生的讨论意见,综合提出关于铁生锈的3个猜想:①铁与空气中的氧气化合而生锈;②铁与空气中的水蒸气反应而生锈;③水和空气对铁共同作用的结果。依据上述猜想,做如下逻辑推论:若猜想①成立,则铁在干燥的空气中能生锈;若猜想②成立,则铁在水中与空气隔绝时能生锈;若猜想③成立,则铁必须在既有空气又有水的条件下才能生锈。
  该阶段是“假说的提出”,随后是“假说的验证”。根据上述3种猜想引发的3个“假说”,将全体学生分成若干个学习小组,集思广议设计出既简单又符合要求的实验方案,并进行验证。实验装置,见图1。
  静置3~5天,观察各试管中铁钉表面,其中A,B所置铁钉无明显变化,C管中铁钉表面覆盖一层褐色铁锈。结论:铁生锈是水和空气与铁共同作用的结果。
  化学教学中引入“假说”方法,其深层次的内涵就是让学生利用掌握的知识主动探索,建立新旧知识的联系,通过思维活动,寻找出解决问题的方法或总结出规律或作出合理的解释。
  例2,钠置于CuSO4溶液中,不可能发生的反应是( )。
  ①CuSO4+2Na == Na2SO4+Cu
  ②CuSO4+2NaOH == Cu(OH)2↓+Na2SO4
  ③Na+2H2O == 2NaOH+H2↑
  ④Cu(OH)2 == CuO+H2O
  A.①B.①④C.④D.②③
  这是一道设计独特的试题,争议焦点在于反应生成的Cu(OH)2在水溶液中能否分解?
  处理方法有两种:其一由教师作出定性的回答;其二是引导学生运用假说的方法主动探索问题的答案。前者虽省时省事,但不利于学生思维能力的提高。倘若选择后者,将如何操作?
  (1)“假说的孕育”:指导学生查阅高一化学课本知识:金属钠的熔点较低(97.81℃);钠与水的置换反应是一个放热反应,反应热促使固态的钠熔为液态的银白色小球;查化学手册Cu(OH)2相关数据,得知Cu(OH)2的热稳定性低,一般受热至70℃~90℃,即可分解为黑色难溶性的CuO和H2O。
  (2)“假说的提出”:依据收集到的信息,大胆猜想:反应生成的Cu(OH)2在水溶液中能分解。
  (3)“假说的验证”:让学生动手实验,注意观察实验现象。将一小块金属钠投入CuSO4溶液中,钠浮在液面上,剧烈与水反应放出无色无味的气体;钠迅速熔成银白色小球在液面上四处游动;溶液中产生蓝色絮状沉淀,局部变黑;银白色小球逐渐减小,最后消失。
  (4)“结论”:钠与水反应放出的热,使生成的Cu(OH)2部分分解。反应④是可以发生的。故,该试题正确选项应为A。
  二、运用“假说”的方法应注意的问题
  1.假说的孕育。提出问题,确立研究的课题方向是探究性学习的目标,规定了探究的方向和内容,是进行实验探究的首要步骤,一般是试题所赋予的问题。来源于:①对教材实验片段的深入分析;②在实验或生活中遇到的新情况、困惑。原创题设计时,问题的设计难度应适宜、预设回答的范围要明确。探究性实验的问题不要设计得过于繁杂或开放,尽量将问题控制在一个点或一个面上,达到培养学生某一种或某一方面科学探究方法或能力即可。此外预计问题的解决方法要有可行性。充分估计到学生所掌握的化学知识有限,生活经验不很丰富,思维模式尚处于转型期,可能对于某些化学现象尚不具备解决的能力。
  2.“假说的提出”。科学猜想不是“胡乱猜”,它要有一定的事实根据和科学理论加以支持,为了避免“放养式”的猜想,引导学生科学猜想,教师可适当提供一些可供参考的素材,逐步使学生学会运用类比和联想进行有根据的猜想。鼓励根据一定的事实进行猜想并制定出具有可操作性的实验方案。
  3.“假说的验证”。验证猜想,可采用调查法、文献法、实验法等多种探究方法来找到正确的结论,其中实验法是科学探究的基本方法和主要形式,也是实验探究学习模式的基本程序之一,是论证猜想和假设的实质性过程。开放式的实验能使学生亲身体验科学探究活动,激发学习化学的兴趣,学会科学探究方法,能使学生获得第一手感性的知识。
  4.“形成的结论”。在完成的实验记录和信息收集之后,还要引导学生运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工,筛选有用的证据;培养学生求真、求实和不断创新的精神。
  总之,化学教学中引入“假说”的方法,应重其质,轻其形;重诱导,轻灌输,选择好时机,巧妙切入;选准试题,抛砖引玉。经若干次学习与训练,大多学生均能轻松的掌握解题要领,同时还发展了个人的科学探究能力。
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