在全日製普通高中的化學教學大綱中，規定中學化學學科的教學目的分為三個層麵。
一、知識、技能
在初中化學的基礎上，學生進一步學習一些化學基礎知識和基本技能，了解化學與社會、生活、生產、科學技術的密切聯係以及重要應用。
二、能力、方法
培養和發展學生的觀察能力、實驗能力、思維能力和自學能力，使他們能綜合應用化學和其他科學知識、技能解釋和解決一些簡單的實際問題。訓練學生的科學方法，充分挖掘學生的潛能，培養他們的創新精神，發展他們的個性和特長。
三、情感、態度
激發學生學習化學的興趣，指導他們關心環境、能源、衛生、健康等與現代社會有關的化學問題，培養他們的科學態度。結合化學學科的特點，對學生進行辯證唯物主義和愛國主義教育，培養他們的社會責任感以及勤奮、堅毅、合作等優良品德。
溫寒江先生在《能力的概念、結構及其培養》一文中指出：能力是認識活動中，一種順利地完成獲取知識和運用知識的活動方式，是技能的高水平的綜合。能力結構具有兩個層次：第一個層次，是能力的技能成分，也就是基礎成分，是能力的起步，能力的訓練是從技能開始的；第二層次，是技能高水平的綜合，也就是能力的心理特征。從技能轉化為能力的訓練，主要是思維的訓練，是形象思維與抽象思維結合的、概括的、靈活的、綜合的訓練。因此，可以說在課堂教學中培養能力的核心在於思維訓練。在化學教學大綱中，對於培養和發展學生的觀察能力、實驗能力、思維能力和自學能力已做出了明確的規定。在本章中，我們將主要從實驗與觀察能力、思維能力，結合實驗培養思維能力和科學發現中兩種思維有機結合等方麵加以討論。
第一節實驗能力的培養
一、實驗與觀察
(一）科學實驗
在人類認識自然、改造自然的曆史上，科學實驗經曆了兩個基本發展階段。第一階段，大概從遠古時代到十五六世紀，在這一階段中,科學實驗並沒有與人們的生產活動分離，也沒有成為一種獨立的社會實踐活動，它被包含在生產活動中，是生產活動的一個環節。例如在我國古代火藥、造紙等的發明過程中，都涉及很多科學實驗，沒有實驗就製出火藥或造出潔白的紙，那是不可想象的。但是，這些實驗的目的仍然是為了生產出火藥或紙，它不是一種單純的科學實驗，仍然沒有與生產脫離，包含在生產活動之中。
科學實驗發展的第二個曆史階段，從十五六世紀開始並一直延續到今天。這一階段是伴隨著近代自然科學一起產生的。隨著生產力的發展，到一定階段產生了資本主義的生產方式,並出現了一個新興階級——資產階級。資產階級為了滿足自身對資本的不斷追求，迫切地要發展生產，需要自然科學來提供技術支持，為了從深度和廣度探索自然，實驗研究的方法也就隨之產生。它的主要標誌就是科學實驗從生產實踐中分離出來，作為自然科學的主要認識手段和方法，它是從屬於自然科學研究活動的一種獨立的社會實踐活動。
科學實驗是在人工控製的條件下複製、模擬或改變自然現象,並在實驗過程中可以幹預現象,它具有很多獨到的優點。
第一，實驗可以為我們創造在自然條件下無法得到的條件，從而使我們能夠通過實驗認識到在簡單條件下不可能認識到的自然界各種現象的特性和規律性。
第二，通過人工調控實驗條件，我們有可能通過實驗來改變自然現象的進程，使我們能夠在較短時間內觀察到自然界幾百年、甚至幾百萬年才能完成的反應的全過程，也可以將一些瞬間完成的反應放慢,仔細研究它的機理。
第三，在實驗中，由於人工控製和人為地改變現象發生的條件，幹預現象的進程，因而能夠更好地暴露現象中各種因素之間的相互聯係，從而能夠使我們比較容易認識和把握對象。
第四，既然實驗是在人工控製之下人為地複製或模擬某一自然現象，因而我們就有可能排除它在自然條件下要受到的各種幹擾，以利於我們對它的認識和研究。
第五，在實驗中，由於我們是在人工控製之下複製模擬自然現象，所以我們可以根據需要多次重複某一現象，而不需要在自然條件下困難地尋找和等待。
化學實驗屬於科學實驗中的一部分，是人們在現代化學科學研究中獲得直接的感性經驗和事實材料的根本途徑和重要手段，是檢驗和發展各種假說的實踐基礎，是使化學科學知識達到真理標準的基本方法。
科學實驗也可以看成是一種特殊的科學觀察。
(二）科學觀察
在心理學上，觀察指有目的、有計劃的知覺,它與思維相聯係。當觀察不停留在表麵而深入進行時，觀察的目的就是抓住事物本質的特征和規律性的聯係，這時觀察成為一種思維活動。科學觀察，就是為了科學研究的某一目的，有計劃、有選擇地對自然條件下所發生的某種特定過程或現象做係統的、仔細地考察。這時觀察不再停留在感性認識上，已屬於理性認識，這是一種思維活動。科學觀察就屬於這種情況。與科學實驗相比較，科學觀察的主要特點就在於它直接觀察自然條件下所發生的過程和現象，而對自然過程和現象不進行人工的幹預。
觀察是科學研究中的一種最基本、最常用的科學方法，任何聯係實際的科學研究都離不開觀察。
門捷列夫說：科學的原理起源於實驗的世界和觀察的領域，觀察是第一步，沒有觀察就不會有接踵而來的前進。
伽利略曾樣一句話：閱讀大自然這部偉大的教科書。於是有些人就以此為依據，強調實驗與觀察是不依賴於理論，相對獨立的。不僅如此，人們在實驗中,在觀察的時候還要努力排除頭腦中固有的一些東西的幹擾，相信實驗和事實是絕不會有錯的。
而事實上，伽利略所開創的近代科學實驗的方法論思想，並非僅僅是把觀察和實驗事實當作事實來對待，而恰恰相反，他強調了對觀察所得的經驗事實進行理性的審視。伽利略之所以在科學研究中做出革命性的變革，正是由於他深刻地認識到從觀察經驗所得出的直接的結論有時是不可靠的，它經常會把人引到錯誤的思路上去，因而他十分重視對現象進行理性分析。他認為科學實驗應該是用嚴格的理性分析來指導觀察的方法。愛因斯坦對此做出高度的評價，他認為伽利略強調必須對直接經驗進行理性分析，“是人類思想史上最偉大的成就之一”。
20世紀初，隨著人們對科學方法論認識的深入，越來越發現觀察依賴於理論，於是也就認識到單純依靠實驗事實去發現規律的歸納主義方法的弊端，在實驗事實中需要注人越來越多的思考的成分。正如愛因斯坦指出，隨著科學的進展，適用於科學早期的以歸納為主的方法正在逐漸讓位給探索性的演繹法。愛因斯坦的所謂探索性演繹法，實質上就是猜測一試錯法。
法國化學家蓋，呂薩克在道爾頓原子論的基礎上提出了這樣的假說：在同溫、同壓下，同體積的各種氣體含有相同數目的原子，用於解釋為什麼在化學反應中各氣體體積間會存在著簡單整數比的關係，但是這個假說和許多氣體反應的實驗數據相矛盾。為了解決這個矛盾,意大利物理學家阿伏伽德羅引進了分子的概念。他認為分子是任何物質中能夠獨立存在的最小微粒，並保留原子是元素在各種化合物中的最小微粒的看法。他同時指出，單質的分子常由幾個相同的原子組成，它在化學反應中能分解成單個原子。在這個概念的基礎上，他提出了著名的阿伏伽德羅假說：在同溫、同壓下，相同體積的任何氣體都含有相同的分子數。
阿伏伽德羅的假說，在當時就可以圓滿地解釋氣體間反應的體積關係，是非常有獨創性的，但是這個假說在幾乎經曆了半個世紀才被人們所接受，除了他的理論與當時的權威學說不相容之外，另一個原因是人們還不適應這種思維方式——這實際上就是一種猜測一試錯法。
(三）化學實驗與觀察