科學方法論教育(3 / 3)

化學教學中運用假說方法,一般要經曆下述的幾個主要階段。讓我們以乙醇的分子結構的講授為例進行說明。

第一步:提出問題。如,乙醇分子結構是什麼樣的?它的分子結構式應怎樣寫?

第二步:明確已掌握的化學實驗事實和已有的化學知識,這是提出假說的依據。如對乙醇已掌握的化學事實和化學知識是:乙醇的分子式為C2H6O;C、H、O的化合價分別為+4、+1、-2。

第三步:在第二步的基礎上提出假說。如乙醇分子的結構可能是:一個乙基(C2H5)與一個羥基(OH)相聯;也可能是一個氧原子和兩個甲基(CH3)相聯。

第四步:根據假說推出可能產生的結論。如乙醇的分子結構是第一種情況,當乙醇與鈉反應時,生成氫氣的量可能是全部含氫量的5/6或1/6。如果其分子結構是第二種情況,所含的氫將全部被置換出來。

第五步:通過實驗驗證假說。如,做乙醇跟鈉反應的實驗,收集產生的氫氣,測得氫氣的體積。經過計算得知產生的氫氣量大約是乙醇全部含氫量的1/6。

第六步:得出結論。在這裏得出的結論是乙醇分子結構是第一種情況,其結構式可寫成:

肯定了第一種假說,否定了第二種假說。

化學教學中運用假說方法時要注意:教師要結合教學的具體內容,做到精心設計,對教學的每一步活動都要認真考慮,爭取在課堂上用較短的時間完成提出假說和驗證假說的全過程。其次,在運用假說方法進行教學時,要不斷提出一些具有啟發性的問題,引導他們在運用已有知識和化學事實的基礎上,積極進行思考,大膽提出設想,做出合理地推斷;敢於提出驗證假說的實驗設計,並能用實驗驗證它。但是,這要有計劃、有步驟地進行,不可要求過高。做法上可由簡單的教學示例向較複雜的教學示例過渡,由教師的示範教學向學生獨立提出假說和驗證假說的方向過渡。

模型方法模型方法是利用模型來達到特定目的的科學方法。模型是指人們為了某種特定目的而對認識對象所作的一種簡化的描述。這種描述可以是定性的(如對原子結構的描述),也可以是定量的(如pV=nRT)。有的借助於具體的實物來描述(如分子結構的球棍模型),有的則通過抽象的形式(如符號、文字、公式等)來描述。化學教學中運用的模型可分為物質模型和思想模型兩大類。

物質模型是用物質實體仿照原型而複製的物件。如在化學教學中使用的分子和晶體的球棍空間結構模型,吸收塔和熱交換器等的教學模型等都屬於物質模型。物質模型是化學教學常用的直觀教具,物質模型較多地應用於物質結構知識的教學中。物質模型在教學中的主要作用在於它能為學生提供生動直觀的形象,為學生形成概念、學習理論打下感性認識基礎。但是,也應引起學生注意,物質模型隻能揭示原型的某些特點,而不能把它當做原型的真實寫照。如分子結構的球棍模型,隻能向學生展示出分子內原子的空間排布情況,球的大小、顏色不能表示原子或離子的實際情況,棍也不能表示鍵型和鍵的強度,這是要提醒學生的。

思想模型(又稱觀念模型或理想模型)是客觀事物在人的頭腦中的抽象反映形式。有時還把思想模型看作是“概念”、“假說”或“理論”的同義語。思想模型是觀念形態的東西。例如,湯姆生曾提出原子均勻結構模型,盧瑟福提出了原子有核結構模型,他們對原子內部的結構情況都做了微觀表述。在這裏原子是客觀存在的微粒,人們對它們內部結構所提出的各種描述和解釋就是思想模型。思想模型可用語言、文字表述,也可用符號、圖解、圖表、示意圖等形式體現出來。思想模型能夠用來解釋一些現象,能幫助人們認識研究對象的某些變化過程和某方麵的本質屬性。

化學教學中講到物質的分子結構時,引出的電子式、結構式、分子結構示意圖等,這些化學圖式都是表示某物質分子結構的思想模型。其中有的分子結構還可以製成物質模型。上述化學圖式、物質模型和模型圖,它們從不同的角度,以不同的形式描述了物質分子的結構,為學生形成分子的概念提供了形象化的東西。總之,在教學中學生可以憑借教師的口頭講解、教材上的文字描述、圖表、流程圖、示意圖、模型圖、化學符號、化學反應方程式、數學表達式、化學圖式等思想模型以及物質模型等,在頭腦中形成新的形象,想象出物質結構的形態,解釋某種現象產生的原因、某種變化發生的過程和可能產生的結果等,以形成正確的概念和理論知識。可見,思想模型在教學中運用,對於學生接受化學知識,培養與提高想象力、創造性思維能力都起著重要作用。

前麵分別介紹了幾種科學方法在化學教學中的應用,但是在實際教學過程中,總是綜合地運用各種科學方法,不可能隻采用某一種科學方法。

三、科學方法論教育的基本要求

要真正發揮科學方法在化學教學中的作用,使學生受到科學方法的訓練,需注意以下幾點基本要求。

1.要根據教材的具體內容來設計教學的一般過程和選定科學方法

化學教學中有些教學內容是從實驗、觀察的感性認識入手,然後運用理性認識方法,經過科學抽象和概括形成化學概念的。例如質量守恒定律、電解質和非電解質等概念的形成都屬於這種情況。在化學教學中,有許多情況並不需要通過實驗和觀察,而是利用已知的事實,並在已有概念和理論的基礎上,經過一係列的分析和綜合、判斷和推理,最後形成新的概念。還有的概念是通過歸納推理或者演繹推理建立起來的。這說明科學方法(包括邏輯方法)的應用要以教學的具體內容為依據。

2.要深入鑽研教材,創設運用科學方法進行教學的條件

既然科學方法的應用對於學生的培養很重要,教師就要不受教材的限製,在鑽研教材的基礎上,努力挖掘其中的有利因素,積極創設運用科學方法進行教學的條件,使學生有更多的機會受到科學方法的訓練。

3.要做到教學方法與科學方法有機結合,相互為用

進行科學方法教育的目的,是在於提高教學質量和培養具有一定科學素養的人才。如果教師仍采用填鴨式、滿堂灌的教學方法,不注重啟發式,不去調動學生學習的積極性和主動性,即使教師本人運用了科學方法,也不一定能達到上述目的。因此,運用科學方法時還要認真考慮教學方法的選用和配合的問題。例如在分析、研究和處理資料和數據時,為了訓練和培養學生的理性思維,常要采用討論、談話、問答、練習等教學方法,必要時配合以適當的講授,有時還要使用電化教具和各種直觀教具。教師的主導作用就在於使科學方法和教學方法二者相互聯係、緊密配合,使學生的學習主動性和積極性得到很好地調動和發揮,同時又能受到科學方法的培養和訓練。

4.運用科學方法進行教學時,還應重視教學原則對化學教學提出的要求

教學原則是根據教育方針、教育任務和學生在教學活動中的認識規律製訂出來的,是對學生提出的基本要求,是教師在教學活動中應該遵循的一般原理。在化學教學中運用科學方法時也要遵循教學原則。