科學方法論教育(2 / 3)

實驗條件的控製是指為使實驗對象發生某種變化,實驗者對影響實驗對象發生變化的各種外部因素給予人為控製的科學方法。外部因素主要有:溫度,催化劑,試劑的狀態、形狀、濃度、用量等,儀器、設備,實驗操作步驟和方法等。

化學教學中實驗條件控製的主要目的在於使實驗成功,為學生提供所需要的感性材料。同時也是為了使實驗安全、簡易、快捷。

培養學生掌握實驗條件控製的方法,可以注意:要結合具體的實驗內容,有計劃、有目的地進行培養,如通過用高錳酸鉀製取氧氣的實驗來培養學生學習加熱控製溫度的方法;通過用氯酸鉀製取氧氣的實驗來使學生學習,使用催化劑並給反應物加熱這兩個實驗條件的控製方法;通過電解水的演示實驗使學生了解水中加入電解質(氫氧化鈉或硫酸)的量、電流的強度、電壓的高低、實驗裝置等條件都需要控製,這個實驗告訴學生,有的實驗需要同時控製幾個條件。培養學生掌握實驗條件控製的方法要通過學生親自動手進行實驗操作、進行實驗條件的控製才有效,光看不做不行。

3.測定和數據處理的方法

測定方法測定是在實驗中進行的一種量的觀察。物質有多方麵的屬性,其中許多是屬於物質量的屬性(例如熔點、沸點、相對密度、密度、硬度、溶解度、相對分子質量、氧化還原電勢等),這些屬性要通過實驗測量來認識。對於物質的組成,物質有關各因素之間的數量關係,有時也要通過實驗測量才能被認識。化學教學中不僅要使學生認識物質的質的規定性,還應了解物質的量的規定性,隻有這樣,才能使學生對物質的認識進入更全麵和更深刻的階段。測定能很好地為學生從量的方麵去認識物質提供條件。為了進行準確的測量,使測得的數值更接近真實值,使學生注意到以下幾點是有益的:測量儀器要有較高的精確度,試劑的純度較高,溶液的濃度要準確,測定時各種條件要得到嚴格控製,實驗操作技術要熟練,讀數要準確。測定在中學化學教學中是十分重要的,這主要表現在:它可為學生提供客觀、精細和準確的感性認識;能使學生把測量操作跟測量原理有機地結合起來,測定中運用的數學表達式能幫助學生從量的方麵加深對物質的認識;有助於培養學生的實驗技能,有利於學生養成嚴謹、認真的科學態度和一絲不苟的科學作風;測定中涉及的科學方法較多,有助於對學生進行多種科學方法的培養和訓練。

數據的處理方法用測量儀器直接測得的數據,如沸點、熔點、密度等,一般不需要進行處理就能直接揭示出物質的某種量的屬性,不過,為了使測得的數據更接近真實值,有時要在同樣條件下進行2~3次的重複性測定,取平均值,這是最簡單的數據處理方法。有時實驗測得的數據必須與有關數學表達式建立聯係後,才能揭示出物質的某種量的屬性,例如阿伏加德羅常數、中和熱、相對分子質量的測定,這也是一種數據處理方法。如果被測數據對某一實驗對象常因條件的改變而發生變化(例如溶解度與溫度的關係、反應速率與溫度的關係等)這時所測數據是兩組或多於兩組,每組又有多個數據時,就要用另一方式進行處理,在中學常用的有表格法和線圖法兩種。表格法是把測得的數據和算出的數據,填在用橫豎線條組成的表格裏,這種數據處理方法的優點是,能把測得的數據整齊、有序地歸納在一個表格裏,可以使學生很容易看到各數據間的聯係和變化規律性。線圖法常用在處理兩個相關物理量方麵,以揭示這兩個量之間的相互聯係和變化規律。線圖一般是在表格的基礎上對兩個相關物理量的再處理。它的長處是直觀、鮮明,能從圖中找出未測數據。

4.科學抽象的方法

科學抽象就是在思維中,排除事物次要的、非本質的因素,抽取出其固有的、本質特征的一種科學方法。科學抽象不論在科學認識中還是在化學教學中都具有重要意義。在化學教學中,學生在觀察和實驗的基礎獲得大量的感性認識材料,感性材料作為科學認識的基礎是重要的,但認識不能停留在感性認識階段,感覺隻能反映物質的現象,思維才能把握物質的共同的、本質的屬性,達到更深刻的認識。科學抽象是達到這一目的的重要方法。

化學教學中科學抽象的任務在於提出化學概念。如,電解質、非電解質、酸、堿、鹽、氧化還原反應等化學概念都是在實驗的基礎上獲得一定的感性材料之後,通過科學抽象才提出來的。

化學教學中的科學抽象可分為表征性抽象和原理性抽象兩大類。

表征性抽象是以可觀察到的物質現象為直接起點的一種初始抽象。如,通過實驗觀察到:鹽酸能使石蕊試液變成紅色、硫酸能使石蕊試液變成紅色,醋酸能使石蕊試液變成紅色等一係列實驗事實,經抽象概括,得到的認識是:酸能使石蕊試液變成紅色。可見,表征性抽象撇開了事物的個性,抽取的是事物的某種共同的表麵屬性。

原理性抽象是在表征性抽象基礎上形成的一種深層抽象。它所把握的是事物的因果性、本質和規律性。如,在對鹽酸、硫酸、醋酸等具體酸的分子結構以及它們在水中電離的情況進行分析、比較之後,了解到它們在水中都能電離產生氫離子,經過抽象概括得到的認識是:酸在電離時產生的全部陽離子是氫離子,這是酸的本質屬性。H+是使酸具有許多其它共性(使指示劑變色、跟堿或堿性氧化物反應生成鹽和水等)的根本原因。又如,元素周期律、平衡移動原理等理論知識,都是經過這種抽象才使學生獲得的。

在化學教學中進行科學抽象方法的教育時,應注意:要讓學生學會在掌握充分、可靠的感性材料的基礎上進行科學抽象,材料不充分不易作出正確的結論,材料不可靠更不能作出正確的結論。因為,任何一個化學概念、化學定律和原理,都是在取得豐富可靠的實驗事實材料以後,經過科學抽象才產生的。這是進行科學抽象的前提,否則,即使思想方法對頭,也無法得出完全、深刻、正確的抽象。為了使學生掌握充分可靠的材料,最重要的是讓學生有更多的機會去親自進行觀察和實驗,以取得實際的、具體的感性材料,才有可能達到科學的抽象。此外,認真學習他人積累的材料也是一個不可忽視的方麵。要注意的另一點,是要讓學生學會運用思維規律和方法去進行科學抽象。科學抽象的過程是運用正確的理論思維對感性材料進行邏輯加工的過程。沒有充分可靠的感性材料無法進行科學抽象,有了充分可靠的感性材料,沒有正確的理論思維也不能進行科學抽象。化學教學中,學生學到的化學概念、定律、原理和理論,都是在教師引導下運用正確的思維方法(如,比較、分類、歸納、概括、分析和綜合等)進行抽象的結果。

5.假說和模型方法

假說方法假說是科學研究工作的一種重要方法。它的特點是根據已知的科學事實,通過邏輯推理後得出假定性結論,這個結論有待於檢驗和證明。任何科學理論,都是先提出假說,再經過對它檢驗證明後,才上升為理論的。所以,恩格斯說:“隻要自然科學在思維著,它的發展形式就是假說。”

學生學習的是前人已經證明了的化學知識。化學教學中運用假說方法的目的在於:以便最大限度地調動學生學習的主觀能動性和學習的積極性;可以更有效地培養學生的思維能力和發揮學習中的獨創精神;提高學生的科學素質,為畢業後從事研究工作打下科學方法的基礎。