科學家們在研究有機物的過程中發現,烯烴小分子的兩根共價鍵中有一根比較牢固,稱為0鍵,另一根相對比較弱,稱做冗鍵。可采用一定的方法把較弱的7鍵“切斷”。這樣,一根7鍵就斷成了兩截,就好像每個小分子都空出了兩隻“手”,很多個小分子“手”拉“手”連接起來,90形成分子量很大的高分子化合物。而乙炔的結構中有三根共價鍵,兩根是1鍵,一根是0鍵。如果能夠像單烯烴那樣,把乙炔的冗鍵“切斷”,再讓乙炔小分子“手”拉“手”連接起來,而且這種大分子是單雙鍵交替排列的,它會表現出很多特殊的性質。在這個想法的啟發下,科學家研製出一係列新的導電聚合物,已應用於高科技領域。
人類的文明與進步,是建立在無數的發明、發現和科學假說上的,而這些發明、發現和科學假說又都或多或少涉及人們的想象力,因此,通過課堂教學進行想象力的培養與訓練是非常必要的。
(二)在課堂教學中培養學生想象力的方法在課堂教學中培養學生具有豐富的想象力,要求學生理解化學反應的種種微觀過程,理解在化學反應中微粒間的分解與
組合、微粒的運動、離子反應等知識。
在化學教學中培養學生的想象力可以從以下幾方麵入手。
表象的整合創造
在製備時,由於還原性很強,容易被氧化,即使是溶液中溶解的少量氧氣也能將它氧化呈綠色,而無法看到它的本來麵目白色。因此,人們改進了反應的實驗裝置。
課堂上,這個實驗的設計可讓學生來完成。在教學中,把這個裝置分解,給學生兩個具支試管,導管和膠皮管,鐵夾。在設計之前,老師把要點講清——即創設一個還原性的環境,且設計幾個有梯度的問題加以引導:
反應中共發生了幾個反應?
兩個反應分別發生在兩個試管中還是發生在一個試管中?
怎樣將這兩種反應物混合?考慮氣體的通路和液體的通路學生會順著階梯考慮,反應中一共發生了兩個反應,而這兩個反應一定不能發生在同一試管裏,否則硫酸就會與氫氧化鈉反應了,而鐵則不發生反應(這兩個問題主要涉及抽象思維);接下來學生需要運用形象思維想象,怎樣才能使兩個試管中的反應物混合在一起呢?隻有借助大氣壓。接下來再考慮如何應用氣壓,將一種溶液壓入另一溶液中,並且還要保證反應是在還原性的條件下進行的,因此,應讓體係中充滿氫氣,這是學生需要考慮如何組裝裝置才能實現上述條件,然後讓學生設計可能的裝置並畫圖。
空間想象力的培養講乙烯與溴發生加成反應時,老師可以通過講述先告訴學生乙烯與溴是怎樣加成的,然後拿著乙稀分子的模型讓學生看,想象在加成反應的前後整個分子的構型、鍵都發生了怎樣的變化。最後老師設計幾個問題讓學生思考:
鍵長怎樣變?
鍵角怎樣變?分子構型怎樣變?
學生的頭腦中會根據間相互作用的減弱、原子成鍵方式的改變而浮現出產物二溴乙烷的空間構型。然後組織學生討論,老師評價,最後給學生看軟件,給學生一個反饋。除此之外,化學教學中許多知識點都可采用這種方法,例如:電子雲的概念、電離平衡、水解平衡等內容,都可讓學生展開想象。當學生想象出現分歧時,可通過討論,加深對概念、反應本質的理解。
在講到晶體結構這部分內容時,從知識內容上來講,並不重要,但這裏涉及石墨和金剛石的空間構型,是進行空間想象力訓練的一個極好的知識點。教學中,老師在學生觀察石墨和金剛石的模型後,可直接提問:現在人們已能將石墨轉化為金剛石,從結構上來看,石墨的結構怎樣變化,才能得到金剛石?此處為便於學生思考,仍為學生設計一定的台階,先從晶體中最基本的微粒原子說起。
通過觀察、對比,學生可發現,減小石墨層與層之間的距離,且使碳原子之間形成四個共價鍵,使石墨的層狀結構轉化為金剛石的空間網狀結構。最後,老師根據得出的結論,可再追問學生:在什麼條件下可發生上述轉化?欲使層與層之間的距離接近,應采用高溫高壓的條件,這樣將空間想象力的訓練與化學知識的應用聯係在一起。
讓學生在頭腦中“想象”實驗對於一些課本上沒有的實驗,可以讓學生結合所學的知識,先在頭腦中想象完成,例如在講到離子反應時,基本的概念、規律都已給出,然後補充一些內容,目的是為了應用離子反應的規律。在講到檢驗時,可以告訴學生,檢驗試劑為硝酸銀溶液,請想象一下,當向磷酸和磷酸鈉溶液中分別加入硝酸銀溶液時,會看到什麼現象?學生需要考慮溶液中微粒間的反應,然後通過實驗來驗證自己想象的結果,教師在此基礎上再組織學生討論,給他們充分的思考空間。
學生在學習濃硫酸的性質時,有一個趣味性很強的實驗:濃硫酸與鹿糖的反應。這個實驗的目的本是為了演示濃硫酸有脫水性,但是這個實驗實際上包含了非常豐富的內容。因此,老師應引導學生仔細觀察,設置詳細的問題,把實驗所體現的化學知識充分揭示出來。
首先,用小燒杯取少量蔗糖,研成粉末,然後向其中滴入幾滴濃硫酸,用玻璃棒攪拌,觀察現象。
學生會發現隨著玻璃棒的攪拌,蔗糖的顏色逐漸發生變化,開始時變黃、棕色、褐色,一直到黑色,而且隨著攪拌的進行,蔗糖的體積開始不斷地膨脹。把玻璃棒停在燒杯的中心不動,最後蔴糖竟漲出了燒杯,圍繞玻璃棒竟長成了一個類似“糖葫蘆”的長長的黑棒。在整個過程中可以聽到噝噝的聲音,用手觸摸燒杯壁,發現溫度很高,空氣中彌漫著非常嗆人的氣味。用濕潤的藍色石蕊試紙檢驗這種氣體,試紙變紅。
學生看到這個實驗後會非常興奮,這時教師應趁熱打鐵。
將整個實驗現象分解為如下的問題:
我們看到的黑色物質是什麼?它是怎樣得來的?燒杯壁摸上去感覺很燙,說明什麼?
猜測有刺激性氣味的氣體成分是什麼?它是怎樣產生的?
為什麼黑色物質的體積會膨脹?仔細觀察它的表麵為什麼有很多蜂窩?
這個實驗都說明了濃硫酸具有哪些性質?學生根據實驗現象可以得到如下的結論:這個過程必然是一個放熱過程,因此燒杯壁摸上去才會感覺燙手;刺激性氣味的氣體成分顯然不是水蒸氣,如果學生的頭腦中儲存有嗅覺表象的話,可以判斷出來這是二氧化硫的氣味。鼓勵學生結合實驗內容進行猜測:它是怎麼產生的呢?實際上,濃硫酸使蔗糖脫水,是使得蔗糖分子中的氫和氧按照2:1的比例脫去,最後得到黑色的物質碳;這裏一定發生了第二個化學反應一蔗糖脫水後得到的碳在溫度較高時與濃硫酸起反應,生成了二氧化硫、二氧化碳和水。由於反應放熱,使得得到的碳體積發生膨脹,在這個過程中又有氣體生成,從固體物質中放出,因此得到蜂窩狀的多孔物質。學生的頭腦中需要運用想象力來實現這個過程,想象在實驗過程中由於氣體的產生,使得生成的固體體積膨脹,最終得到蜂窩狀的物質。這個實驗不僅體現了濃硫酸的脫水性,還體現了它的另一個重要性質——強氧化性,與生成的碳發生氧化還原反應。
想象的培養必須以化學知識為載體,與抽象思維相結合。想象作為重要的形象思維的方法,能使人跳過某些思維的階段,具有創造性。但是它的過程與抽象思維有著千絲萬縷的聯係。從前麵舉的一些發明和發現的例子也可看出,每一個成功的發明和發現都是形象思維與抽象思維有機地作用的結果,二者密不可分。在教學中培養學生的想象能力,還知識內容形象的本來麵目,但是在培養能力的過程中,必須以化學知識為載體,與抽象思維相結合,才能確保思維的正確與成功。因此,教師在這裏必須有所設計,有所限製,對思維的過程加以引導,著重有意想象的培養。
(三)直覺在化學學科發展中的重要意義談到直覺在化學發展中的重要意義,就必須要提到假說。化學作為自然科學的一個分支,它的發展史與自然科學的發展史一樣,是科學假說的形成、檢驗和更新的曆史。假說是科學發展的重要形式,是科學進步過程中不可缺少的重要環節,是建立科學理論的重要橋梁。假說是科學家提出的有關自然現象及其規律的一種不完備的、基本觀念有待驗證的學說。