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多媒體元素周期表教育教學(xué)在如今更加重視學(xué)生自我發(fā)展、個性教育的前提下。教師除了教給學(xué)生必要的知識,還要重視他們的自身發(fā)展。隨著電子科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,在教育教學(xué)中引入多媒體教學(xué)以方便、優(yōu)化教學(xué),而今多媒體教學(xué)也越來越成為教師教學(xué)不可或缺的方法之一。將多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合,才能更好發(fā)揮教育教學(xué)的效果。
一、化學(xué)元素周期表的發(fā)展
將化學(xué)元素按性質(zhì)分類排列的第一張化學(xué)元素周期表是法國化學(xué)家拉瓦錫在1789年出版的著作《化學(xué)基礎(chǔ)概念》。隨后,1869年俄國化學(xué)家門捷列夫?qū)?dāng)時已知六十幾種元素按照原子量的大小加以區(qū)分并排列成一張表,他把化學(xué)性質(zhì)類似的元素排在相同的一個橫行,這就是歷史上第一份成型化學(xué)元素周期表,它的誕生方便并影響著化學(xué)科學(xué),之后,許多科學(xué)家對其規(guī)律進(jìn)行研究,其中英國的科學(xué)家莫色勒在1913年利用“X射線實驗”發(fā)現(xiàn)元素的原子序數(shù)(即核電荷數(shù))越大,X射線頻率越高的規(guī)律,他將元素按照核內(nèi)正電荷數(shù)目排列并修訂,這才成為當(dāng)今我們所使用的化學(xué)元素周期表。在化學(xué)教科書字典、詞典中,都會附著這樣一張“化學(xué)元素周期表”。這張小小的表揭示了客觀物質(zhì)世界的奧秘,它將一些看起來毫無聯(lián)系的元素聯(lián)系起來,構(gòu)成了一個完整且具體的物質(zhì)世界,元素周期表的發(fā)明是近代化學(xué)史上的一個偉大成就,其對于化學(xué)科學(xué)的探索與發(fā)展起了里程碑式的作用。
二、認(rèn)識化學(xué)元素周期表
在化學(xué)元素周期表里,以元素的原子序數(shù)從小到大依次排列,原子序數(shù)最小的(H)排在最先??茖W(xué)家們將元素按照原子序數(shù)遞增的規(guī)律,將電子層數(shù)相同的元素放在同一橫行,橫行稱為周期;將最外層電子數(shù)相同的元素放在同一縱列,一個縱列稱為族。元素周期表目前排列已有7個周期,16個族。這七個周期分為:三個短周期(1,2,3)、三個長周期(4,5,6,)、一個不完全周期(7),其中16個族又分為7個主族(ⅠA,ⅡA,ⅢA,ⅣA,ⅤA,ⅥA,ⅦA),7個副族(ⅠB,ⅡB,ⅢB,ⅣB,ⅤB,ⅥB,ⅦB),一個第VⅢ族(包括三個縱行)以及一個零族。
(一)周期規(guī)律
同一周期內(nèi),從堿金屬到惰性氣體,元素都擁有相同的核外電子層數(shù),且元素最外層電子數(shù)依次遞增,原子半徑逐漸減小(零族元素即惰性氣體除外),失去電子的能力逐漸減弱,獲得電子的能力逐漸增強(qiáng),金屬性遞減,非金屬性遞增。從左到右,元素的最高正氧化數(shù)依次遞增(無正氧化價者除外),最低負(fù)氧化價也依次增加(第一周期以及第二周期的O、F除外)。
(二)族規(guī)律
同一族中,自上而下,最外層電子數(shù)相同,核外電子層數(shù)逐漸增加,原子序數(shù)遞增,元素金屬性遞增,非金屬性遞減。
早期化學(xué)元素是按照元素性質(zhì)進(jìn)行分類,即原子量、質(zhì)子數(shù)、原子核電荷的多少進(jìn)行分類,在現(xiàn)代周期表中,元素根據(jù)原子序的順序從左至右排列,并在每個惰性氣體后另起一行開始排列新一個周期。新一行周期的第一個化學(xué)元素一定是堿金屬,該堿金屬的原子序數(shù)比上一個周期的惰性氣體序數(shù)大1(例如,惰性氣體氙的原子序數(shù)為:54,而新一行周期由堿金屬銫開頭,其原子序數(shù)為:55,銫的原子序數(shù)比氙的原子序數(shù)大1)。
三、元素周期表的傳統(tǒng)教學(xué)方式
雖然在生活中化學(xué)隨處可見,但它的不易不同于物理的宏觀直觀性,化學(xué)的現(xiàn)象是本質(zhì)的反映,其有些本質(zhì)卻并不可視,故其難在抽象。
傳統(tǒng)的化學(xué)教學(xué),像化學(xué)這樣抽象的教學(xué)既要言傳板書,又要模型、試驗的演示,對于一名教師來說可謂捉襟見肘了。經(jīng)濟(jì)水平?jīng)Q定教育條件,發(fā)達(dá)地區(qū)的化學(xué)教育自然面面俱到,而高昂的化學(xué)藥品讓貧困地區(qū)無法負(fù)擔(dān)。曾明確指出實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn),自然科學(xué)的學(xué)習(xí)如果只到書本中的知識為止,那么還只是說到問題的一半,對于化學(xué)知識的學(xué)習(xí)即是如此,如果只學(xué)習(xí)理論知識不加以實踐,那么“認(rèn)識”則始終無法得以升華,知識也將停滯不前。
四、化學(xué)元素周期表的教學(xué)中多媒體運(yùn)用
化學(xué)的實踐性很重要,如何解決平困地區(qū)化學(xué)教學(xué)的尷尬境地,就需要運(yùn)用到多媒體教學(xué)了。首先,教師應(yīng)該詳細(xì)并全面收集資料,參照實體化學(xué)元素周期表,制作一張化學(xué)元素周期表涵蓋教學(xué)知識的課件。其次,用超鏈接把對應(yīng)的元素與其知識點(diǎn)聯(lián)系起來。最后在課堂講授時點(diǎn)開元素周期表中超鏈接的相應(yīng)元素展示對應(yīng)知識點(diǎn),對應(yīng)的實驗演示以及元素周期表中元素對應(yīng)性質(zhì)的展示輔助教學(xué)。
(一)課件的特點(diǎn)
1.信息量大。多媒體課件能提供豐富的信息和資料,讓教學(xué)環(huán)境更加豐富有趣。即可節(jié)約寶貴的上課時間,又能傳遞更多的知識,即能增加課堂的趣味性,也可增加學(xué)生的知識面。
2.界面美觀,操作簡單,指示明確。多媒體課件的界面簡潔清爽,提供的內(nèi)容與開設(shè)的教學(xué)環(huán)境能讓老師輕松把握。
3.教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)更加突出。利用多維的動畫與視頻可使抽象、難以理解的現(xiàn)象和知識直觀化、可視化,撥開學(xué)生認(rèn)知領(lǐng)域的迷霧。
4.增加同學(xué)們的求知欲。多媒體課件的動畫演示、聲音環(huán)繞、文本展示等可以給學(xué)生帶來感官上的綜合性刺激。這樣的刺激能有效集中學(xué)生的注意力,使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣,增加學(xué)生學(xué)習(xí)知識的欲望。
(二)課件要求
1.內(nèi)容簡潔明了。課件內(nèi)容應(yīng)該要求準(zhǔn)確、簡潔,避免學(xué)生產(chǎn)生倦怠感。
2.色彩搭配協(xié)調(diào)。色調(diào)要鮮明,不同主題運(yùn)用不同的色調(diào)來體現(xiàn)。
(三)課件制作
檢查電腦是否安裝WPSOffice、Powerpiont、Excel軟件。
首先,用Powerpoint制作需要的課件。如:用Powerpoint制作H的相關(guān)課件,完成后點(diǎn)擊保存。
然后,用Excel或WPSOffice制作一張元素周期表,點(diǎn)擊保存。
最后,點(diǎn)開制作的元素周期表用超鏈接將制作的課件與相應(yīng)的元素鏈接起來,保存即可。
具體地說,所制作的課件點(diǎn)擊鼠標(biāo)后顯示的要求是:①在整個周期表中的位置,即周期和族,用帶色的突出顯閃爍提示,②元素符號的正確讀音,中文名稱,③標(biāo)出原子序數(shù)、原子量,④核外電子層排布式,⑤主要物理性質(zhì),⑥主要化學(xué)性質(zhì),⑦發(fā)現(xiàn)歷史,當(dāng)今的主要應(yīng)用等展示在眼前。制作的課件可使教師更加有效的反思及升華課件內(nèi)容,提升知識覆蓋與教學(xué)效果。
多媒體在教學(xué)中的運(yùn)用能為教師留出更多寶貴的時間,讓老師與同學(xué)之間的交流能更加深入密切,同時能更加有效地提高教師教學(xué)的效果和學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。多媒體課件的制作方法多種多樣,本人只介紹一種簡單易操作的方法,有能力人士可制作更加精美的課件。
參考文獻(xiàn):
【關(guān)鍵詞】 高一化學(xué) 夯實基礎(chǔ) 措施 興趣
【中圖分類號】 G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 1992-7711(2014)02-049-01
夯實學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ),能夠幫助學(xué)生更好地進(jìn)行化學(xué)知識的學(xué)習(xí),靈活運(yùn)用所學(xué)知識去分析問題,解決實際生活中的化學(xué)問題。要結(jié)合高一學(xué)生的實際情況,采取多種方法夯實學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)。
一、培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)的興趣
剛剛升入高中的高一學(xué)生,只是在初中進(jìn)行了一年的化學(xué)知識,對化學(xué)知識的學(xué)習(xí)還比較局限,基礎(chǔ)不夠扎實,有的學(xué)生不能寫出常用化學(xué)物質(zhì)的分子式,沒有記住一些化學(xué)元素的化合價,要想解決這些問題,夯實學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ),不能夠一味地追求教學(xué)進(jìn)度,也沒有時間對初中所學(xué)化學(xué)知識進(jìn)行全面的復(fù)習(xí),根據(jù)自己的實際教學(xué)經(jīng)驗,我認(rèn)為首先要帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行例如化合價、元素符號、分子式和化學(xué)方程式的復(fù)習(xí),扎實學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ),這樣才能更好地學(xué)習(xí)高中化學(xué)知識。在進(jìn)行化學(xué)元素符號的復(fù)習(xí)過程中,以一至二十號化學(xué)元素為重點(diǎn),可以采用測試的方式,讓學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)寫出一至二十號化學(xué)元素的名稱及其符號,不會寫的部分要留出空位。通過這種方式讓學(xué)生對自己沒能寫出的化學(xué)元素進(jìn)行重視,再通過板書的形式,帶領(lǐng)學(xué)生寫出這些元素的符號和名稱。板書演示完后,幫助學(xué)生加強(qiáng)記憶。在幫助學(xué)生復(fù)習(xí)常用化學(xué)元素的化合價時,可以為學(xué)生編排順口溜,幫助學(xué)生進(jìn)行記憶。
要想扎實學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ),首先要做的就是培養(yǎng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生愿意學(xué)習(xí)化學(xué),能夠主動地參與到學(xué)習(xí)中來,從較低的起點(diǎn)出發(fā),激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,在教學(xué)中結(jié)合一些基礎(chǔ)的例題,為學(xué)生設(shè)置有效的教學(xué)情境和問題情境,使學(xué)生真正的參與到教學(xué)中來,在教學(xué)中夯實自己的基礎(chǔ)知識,不斷思考。
二、將學(xué)生作為教學(xué)的主體
在初中的化學(xué)教學(xué)中,由于學(xué)生剛剛接觸到化學(xué),所以大多數(shù)情況下采用灌輸式的教學(xué)。在學(xué)生升入高中后,其心理也發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變,逐漸走向成人化。在學(xué)習(xí)時,更加傾向于主動地去探索知識而不是一味的被動接受。在這種情況下要想夯實學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ),就要求高中教師要采取合適的教學(xué)方法,將學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體,更多的是對其進(jìn)行引導(dǎo)和啟發(fā),讓其自己發(fā)現(xiàn)問題,解決問題,充分發(fā)揮學(xué)生的邏輯思維,讓其在課堂上大膽的發(fā)言,與老師和同學(xué)之間進(jìn)行積極的交流,可以將問題進(jìn)行變化更新,改變其中的一個條件或者從其他角度去看待問題,讓學(xué)生們自己去探究問題的答案。在實際的教學(xué)過程中,教師要引導(dǎo)學(xué)生將新知識和舊知識聯(lián)系到一起,在舊知識的基礎(chǔ)上,去探究新的知識。這不僅是對舊知識的鞏固,也有助于學(xué)生化學(xué)體系的建立,更好的夯實學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)。
比如在進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的教學(xué)時,根據(jù)學(xué)生在初中接觸到的化學(xué)反應(yīng),按照不同的方法將其分類,并讓學(xué)生們按照要求寫出反應(yīng)類型,對學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo),使學(xué)生發(fā)現(xiàn)以上的各種分類方法不能使化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)得到表現(xiàn),同時也不能包含全部的化學(xué)反應(yīng)。然后從初中課本中得失氧的內(nèi)容入手,以初中的氧化還原反應(yīng)為鋪墊,將這種分類的不足進(jìn)行展現(xiàn),使學(xué)生對于新知識的學(xué)習(xí)產(chǎn)生一種強(qiáng)烈的欲望。再讓學(xué)生積極發(fā)言,找出這幾個反應(yīng)的共同特點(diǎn)。最后教師在對氧化還原反應(yīng)的基本特征進(jìn)行說明。這種教學(xué)方法,符合高中生的心理特點(diǎn),不僅能夠幫助學(xué)生掌握有關(guān)的化學(xué)知識,扎實學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ),還能夠使學(xué)生對知識進(jìn)行靈活的運(yùn)用,培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力。
三、幫助學(xué)生做好盲點(diǎn)知識的學(xué)習(xí)
要想夯實學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ),就要從整體出發(fā),不能忽視每個知識點(diǎn),因為化學(xué)的學(xué)習(xí)是一個體系,某個知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)上存在欠缺,會對整個體系造成影響。在教學(xué)過程中為學(xué)生安排必要的聯(lián)系,這些練習(xí)的內(nèi)容要以學(xué)生學(xué)習(xí)中的盲點(diǎn)為主,根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗,總結(jié)出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的盲點(diǎn),通過練習(xí)的方式,逐個解決這些盲點(diǎn)。通過長時間的聯(lián)系,學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)得到了夯實。
例如在學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)的過程中,在判斷氧化性、還原性;氧化劑、還原劑;氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)等的過程中經(jīng)常出現(xiàn)問題。在教學(xué)中要對加強(qiáng)對這方面的聯(lián)系,幫助學(xué)生糾正學(xué)習(xí)中的錯誤,告訴學(xué)生只要是涉及到氧化還原反應(yīng)的問題,不管是對哪部分知識的考察,都要按照順序進(jìn)行分析,首先表明化合價,找出化合價的變化情況,確定氧化劑和還原劑,然后在確定哪種物質(zhì)被氧化,哪種物質(zhì)被還原,在反應(yīng)物中,化合價升高的是還原劑,化合價降低的是氧化劑,還原劑具有還原性,氧化劑具有氧化性,被氧化的是還原劑,被還原的是氧化劑。通過這樣的練習(xí)和講解,學(xué)生就能夠?qū)ρ趸€原反應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析,通過化合價的變化來解題。學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)得到夯實,以氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ),更好的進(jìn)行學(xué)習(xí)。
總結(jié):以上就是對在高一化學(xué)教學(xué)中如何夯實學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)的分析。結(jié)合自己的教學(xué)實踐,主要以氧化還原反應(yīng)部分的知識為例子,提出了夯實高一學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)的措施。由于本人能力的有限對這方面的研究還不夠全面,要想更好地扎實高一學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)還需要廣大高中化學(xué)教師的共同努力。
[ 參 考 文 獻(xiàn) ]
[1] 張弘.淺談中學(xué)化學(xué)概念的教學(xué)方法和策略[J].新課程(教育學(xué)術(shù)版).2009(06).
化學(xué)主族元素指:氫、鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳、硼、鋁、鎵、銦、鉈、碳、硅、鍺、錫、鉛、氮、磷、砷、銻、鉍、氧、硫、硒、碲、釙、氟、氯、溴、碘、砹。
主族元素是化學(xué)上對元素的一種分類,是指周期表中s區(qū)及p區(qū)的元素。主族元素另外一種定義是除了最外層電子層以外的電子層的電子數(shù)都是滿電子的化學(xué)元素。周期表中除了過渡金屬、鑭系元素、錒系元素、惰性氣體之外的都是主族元素。
(來源:文章屋網(wǎng) )
關(guān)鍵詞:巖石礦物;鑒定方法;地質(zhì)工作
對于地質(zhì)工作來說,巖石礦物鑒定是不可或缺的工作環(huán)節(jié),其對于地質(zhì)工作的開展有著基礎(chǔ)性的作用。在巖石礦物鑒定過程中選擇合適的鑒定方法對于巖石礦物鑒定的效率與準(zhǔn)確率有著一定的影響。因此,針對巖石礦物鑒定的意義與方法進(jìn)行研究具有一定的實際意義。
1 巖石礦物的類別與特點(diǎn)
巖石礦物是地球地殼中一種或多種化學(xué)元素結(jié)合形成的自然聚合物體,是地殼出現(xiàn)的各種地質(zhì)活動下而形成的產(chǎn)物。巖石礦物的類別眾多,導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因主要是由于自然界中含有不同的化學(xué)元素,并且不同的化學(xué)元素?fù)碛胁煌慕M合排列方式。同時,復(fù)雜多變的地質(zhì)作用也導(dǎo)致了巖石礦物的多樣化。通常來說,巖石礦物可以分為有機(jī)礦物以及無機(jī)礦物兩種類別。其中有機(jī)礦物的類別較少,主要為碳?xì)溲趸?,例如琥珀等物質(zhì)。無機(jī)礦物的類別較多,更為常見,每年地球上都會新出現(xiàn)各種不同類型的無機(jī)礦物。相關(guān)蟮勞臣葡允荊當(dāng)前已知的無機(jī)礦物已經(jīng)有三四千種。有機(jī)礦物的化學(xué)成分為碳?xì)浠衔铮瑹o機(jī)礦物的化學(xué)成分較為復(fù)雜。門捷列夫所歸納的元素周期表中涵蓋了一百余種化學(xué)元素,這一百余個化學(xué)元素可以相互組合,形成多個不同的元素[1]。其中的單個元素形式的礦物類型也較為多見。鐵元素、金元素、銅元素等等都可以形成自然金屬礦,而多種不同的元素更加可以搭配組合成為更多的礦物元素。通常來說巖石礦物的形成大多都是由巖漿活動所導(dǎo)致的。巖漿中包含著不同的元素與物質(zhì),在經(jīng)過高溫影響下這些元素與物質(zhì)會進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),從而形成多種化合物質(zhì)。然而影響化合物質(zhì)形成的因素眾多。地殼下不同區(qū)域巖漿的化學(xué)成分都有所差異,并且?guī)r漿在溫度下降的過程中會受到外界溫度、外界壓力等不同因素的影響,從而導(dǎo)致元素出現(xiàn)改變,因此由巖漿形成的巖石礦物擁有眾多種類。不同類別的礦物都具有其獨(dú)特的外形特征以及物理、化學(xué)性質(zhì)。所以,不同種類的巖石礦物同時還可以被使用在不同領(lǐng)域。
2 巖石礦物鑒定的意義
地質(zhì)工作的開展就是為礦產(chǎn)勘查開發(fā)規(guī)劃、建筑工程建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測提供數(shù)據(jù)真實、內(nèi)容全面的信息。其中,巖石礦物鑒定是最為基礎(chǔ)的環(huán)節(jié),對于我國地質(zhì)考察工作以及掌握地質(zhì)基本情況來說有著重要的意義,同時其還可以獲得相關(guān)地質(zhì)數(shù)據(jù)信息,對于地質(zhì)行業(yè)的發(fā)展具有基礎(chǔ)性、指導(dǎo)性的價值。每一種巖石礦物均為在指定的地質(zhì)環(huán)境與化學(xué)物理反應(yīng)下造就的。往往包括各種類型的礦物。對巖石礦物中的化學(xué)元素進(jìn)行鑒定可以辨別巖石礦物種類,從而得知巖石礦物可以具體被運(yùn)用在哪些領(lǐng)域,可以實現(xiàn)哪些經(jīng)濟(jì)價值。同時,巖石礦物鑒定工作對于找礦工作與地質(zhì)開采工作來說也十分重要,巖石礦物鑒定可以明確巖礦的類型,預(yù)估礦床隱藏的開采量以及潛在的經(jīng)濟(jì)性,進(jìn)而達(dá)到提高地質(zhì)勘探工作效率的目的。同時,巖石礦物在工程地質(zhì)勘查中也起到了十分關(guān)鍵的作用,其可以為建筑工程的設(shè)計與施工提供重要的參考,并且規(guī)范工程在施工中合理的使用自然資源,正確的優(yōu)化改造不良地質(zhì)情況,盡可能地避免工程對自然生態(tài)環(huán)境的損害。
3 巖石礦物鑒定的方法
3.1 試樣加工
一般情況下被用于鑒定的原始礦物樣品會由于種類的不同而出現(xiàn)不同重量,大多數(shù)在幾公斤或十幾公斤。然而在實際的巖石礦物鑒定工作中所使用的巖石礦物樣品僅僅需要幾克幾克。因此,在巖石礦物鑒定工作中第一個步驟就是對巖石礦物進(jìn)行加工處理,以獲取試樣。一般來說可以將巖石礦物研磨粉碎到一定程度,以便其分解;另外還可以通過其他經(jīng)濟(jì)有效的方式來獲取100g為代表重量,成為樣品。
3.2 定性分析
在對巖石礦物進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)處理加工后,還需要對其進(jìn)行定性與半定量的處理分析。進(jìn)行定性與半定量處理分析的主要目的在于更加詳盡、更加準(zhǔn)確地了解樣品中包含哪些元素,同時還可以獲知元素在組合過程中各自所占據(jù)的比例。在經(jīng)過定性分析后,還需要對每一項待測元素選擇最為合適的檢測方法以及防護(hù)策略。當(dāng)前巖石礦物成分測定的方法眾多,沒有一種方法完全適用于全部的巖石礦物測試,因此需要根據(jù)不同的演示類型與礦物類別來選擇托尼蓋的處理方法[2]。目前較為常用的分析法包括色譜法、差熱法、元素法、光譜法等。其中,色譜法:色譜法,又被成為色譜分析法,其是一種通過分離來進(jìn)行分析處理的方法。根據(jù)物質(zhì)潛在的分離機(jī)制,色譜法又可以被分為分配色譜、凝膠色譜、親和色譜等不同類別的方法。差熱法:差熱分析法主要是處于某種實驗溫度環(huán)境下不出現(xiàn)其他化學(xué)反應(yīng)與物理變化的物質(zhì)與其相同量的未知物質(zhì)在同等環(huán)境下等速溫度變化結(jié)果的對比。其中,未知物質(zhì)出現(xiàn)的任何化學(xué)與物理上的變動,都與其處于相同環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)物的溫度信息對比,必然會出現(xiàn)溫度暫時上升或下降的情況,如上升則為放熱反應(yīng),降低則為吸熱反應(yīng)。元素法:元素法主要是針對特征譜線進(jìn)行研究。通常來說,元素法的分析流程就是針對分類元素中的源自以及外層的電子進(jìn)行分析,然后通過獨(dú)特的方式將標(biāo)準(zhǔn)基態(tài)轉(zhuǎn)變成為激發(fā)態(tài),同時還需要對物質(zhì)的溫度變化進(jìn)行詳細(xì)的觀察與記錄,然后對所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析與處理,從而了解到不同元素中所包含的原子含量以及相對濃度。光譜法:光譜法是物質(zhì)在受到輻射能的影響時,物質(zhì)內(nèi)部所產(chǎn)生變化的情況,光譜法通過對物質(zhì)內(nèi)部量子化的變化,吸收、發(fā)射或散射輻射判斷來進(jìn)行分析。光譜法分為原子光譜法與分子光譜儀法,其兩種鑒定方法的表現(xiàn)形式分別為線光譜以及帶光譜[3]。
3.3 草擬鑒定方案
草擬鑒定方案所需要工作內(nèi)容繁多,是最為關(guān)鍵的步驟。在方案的設(shè)計中需要牽涉到各種元素鑒定以及元素分離,需要鑒定人員擁有較為豐富的鑒定經(jīng)驗來完成。
3.4 鑒定結(jié)果的核查
在完成上述步驟后,對結(jié)果進(jìn)行核查是最后一個重要環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中要針對巖石礦物鑒定的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行核查,對各類鑒定信息進(jìn)行核實,以保證最后鑒定結(jié)果的真實性與準(zhǔn)確性。
4 結(jié)束語
整體來說,我國在巖石礦物成分與性質(zhì)的鑒定中已經(jīng)獲得了可喜的成績。但是伴隨著社會的進(jìn)步與技術(shù)的成熟,巖石礦物鑒定工作也必須要緊跟時代的步伐,抓住進(jìn)步的機(jī)會,使用先進(jìn)的鑒定技術(shù),高效、準(zhǔn)確地對巖石礦物的成分進(jìn)行分析,從而提升巖石礦物的利用率,改善巖石礦物的存儲與開發(fā)。
參考文獻(xiàn)
[1]許乃岑,沈加林,張靜.X射線衍射-X射線熒光光譜-電子探針等分析測試技術(shù)在玄武巖礦物鑒定中的應(yīng)用[J].巖礦測試,2015(1):75-81.
[2]杜谷,王坤陽,冉敬.紅外光譜/掃描電鏡等現(xiàn)代大型儀器巖石礦物鑒定技術(shù)及其應(yīng)用[J].巖礦測試,2014(5):625-633.
關(guān)鍵詞:生物學(xué)教學(xué);基本觀念;高考考題
中圖分類號:G632 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1002-7661(2014)03-269-01
在現(xiàn)行高中生物教材中,主要貫穿六大生物學(xué)觀點(diǎn),我們在教學(xué)過程中,應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生充分挖掘出這些學(xué)科觀點(diǎn),并能把它們應(yīng)用于解題過程之中,會起到事半功倍的效果?,F(xiàn)將一些重要的學(xué)科觀點(diǎn)及在高考考題中的滲透進(jìn)行總結(jié):
一、生物的物質(zhì)性觀點(diǎn)
生物界與非生物界具有統(tǒng)一性和差異性,所有生物都是由化學(xué)元素組成的,并且這些化學(xué)元素在無機(jī)自然界都是可以找到的,因此,這一觀點(diǎn)貫穿于整個生物教材的始終。
1、與細(xì)胞部分的聯(lián)系
構(gòu)成細(xì)胞的化學(xué)元素和化合物,是細(xì)胞生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。由各種化合物以一定形式相互作用而形成特殊結(jié)構(gòu),進(jìn)而完成特殊的功能。
例:(2012廣東)有關(guān)生物膜結(jié)構(gòu)與功能的敘述,正確的是
A.膜載體蛋白的合成不需要ATP
B.葡萄糖跨膜運(yùn)輸不需要載體蛋白
C.線粒體外膜與內(nèi)膜的主要功能不同
D.變形蟲和草履蟲的細(xì)胞膜基本組成成分不同
【答案】C
【解析】A、任何蛋白質(zhì)的合成都需要ATP的參入提供能量;B、葡萄糖的跨膜運(yùn)輸方式為主動運(yùn)輸或協(xié)助擴(kuò)散,都需要載體蛋白的參入;D、幾乎所有的生物膜的基本結(jié)構(gòu)都是蛋白質(zhì)和磷脂。
2、與新陳代謝部分的聯(lián)系
新陳代謝與物質(zhì)密切相連。如呼吸作用要消耗大量的有機(jī)物;缺少氧氣就無法進(jìn)行有氧呼吸; 如植物缺少必需的礦質(zhì)元素,就會表現(xiàn)出相應(yīng)的缺素癥;人缺少胰島素,會患糖尿??;哺乳動物血液中鈣含量低,會抽搐。
二、結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一觀點(diǎn)的運(yùn)用
1、有一定的結(jié)構(gòu)就必然有與之相對應(yīng)功能的存在,例如哺乳動物和人的紅細(xì)胞無核,就可以儲存更多的血紅蛋白;無線粒體,進(jìn)行無氧呼吸,就可以把更多的氧送給其他細(xì)胞;根成熟區(qū)的表皮細(xì)胞長有根毛,增大了吸收面積,這與其吸收水分和礦質(zhì)元素的功能相適應(yīng)。
2、任何功能都需要一定的結(jié)構(gòu)來完成,例如人的心肌細(xì)胞,鳥的飛行肌細(xì)胞代謝旺盛、耗能多的細(xì)胞中線粒體含量多;分泌蛋白的合成、運(yùn)輸、分泌與核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體有關(guān),因此能合成分泌蛋白的細(xì)胞中這些種類的細(xì)胞器含量多,如人的腸腺細(xì)胞,效應(yīng)B細(xì)胞,胰島B細(xì)胞。
三、生命活動對立統(tǒng)一觀點(diǎn)的運(yùn)用
生物的諸多生命活動之間有對立統(tǒng)一的關(guān)系。如植物的光合作用和呼吸作用就是對立統(tǒng)一的一對生命活動。光合作用,是合成有機(jī)物,儲存能量;呼吸作用,是分解有機(jī)物,釋放能量,兩者之間是相互對立的。呼吸作用需要光合作用的產(chǎn)物;光合作用需要呼吸作用提供能量。因此說,呼吸作用和光合作用又是相互聯(lián)系、相互依存的。
例:(2009浙江理綜)下列關(guān)于植物光合作用和細(xì)胞呼吸的敘述,正確的是
A.無氧和零下低溫環(huán)境有利于水果的保鮮
B.CO2的固定過程發(fā)生在葉綠體中,C6H12O6分解成CO2的過程發(fā)生在線粒體中
C.光合作用過程中光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能,細(xì)胞呼吸過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎虯TP
D.夏季連續(xù)陰天,大棚中白天適當(dāng)增加光照,夜晚適當(dāng)降低溫度,可提高作物產(chǎn)量
【答案】D
【解析】陰天可通過增加光照增加光合作用產(chǎn)物、夜晚降溫有利減弱細(xì)胞呼吸減少有機(jī)物的消耗,有利作物產(chǎn)量的提高。
四、生物進(jìn)化觀點(diǎn)的運(yùn)用
地球上生活著的生物,從形態(tài),結(jié)構(gòu)到生理功能,以及分布都是于他所生活的環(huán)境相適應(yīng)的,是長期自然選擇的結(jié)果。
例:(2012北京)金合歡蟻生活在金合歡樹上,以金合歡樹的花蜜等為食,同時也保護(hù)金合歡樹免受其他植食動物的傷害。如果去除金合歡蟻,則金合歡樹的生長減緩且存活率降低。由此不能得出的推論是
A.金合歡蟻從金合歡樹獲得能量
B.金合歡蟻為自己驅(qū)逐競爭者
C.金合歡蟻為金合歡樹驅(qū)逐競爭者
D.金合歡蟻和金合歡樹共同(協(xié)同)進(jìn)化
答案:C
解析:考察種間關(guān)系和共同進(jìn)化,理解能力。金合歡蟻也保護(hù)金合歡樹免受其他植食動物的傷害,金合歡蟻與其他植食動物是競爭關(guān)系,而金合歡樹與其他植食動物則是捕食關(guān)系,所以B正確,C錯誤。從題干可知金合歡蟻和金合歡樹是互利共生的關(guān)系,兩者共同進(jìn)化。
五、生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)的運(yùn)用
生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)的基本內(nèi)容是生物與環(huán)境之間是相互影響、相互作用的,也是相互依賴、相互制約的。生物生活在環(huán)境中受到環(huán)境的影響和制約,因而必須適應(yīng)環(huán)境,同時生物體的生命活動也影響環(huán)境。生物與環(huán)境是一個不可分割的統(tǒng)一整體。
參考文獻(xiàn):
一、在高中生物教學(xué)中有效滲透化學(xué)知識
高中生物課本蘊(yùn)含著豐富的化學(xué)知識,但受傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)的束縛以及應(yīng)試教學(xué)工作的限制,教師在講解到生物知識時,遇到化學(xué)知識往往采用一筆帶過的方法,并未深入講解。在不少教師看來,高中生物中的化學(xué)知識僅僅是幫助學(xué)生理解生物知識的一種方法,教師可以通過其他方式幫助學(xué)生理解生物知識,無需過多地占用課時來進(jìn)行這方面知識的講解。其實,在高中生物教學(xué)中適當(dāng)滲透化學(xué)知識,不僅能夠幫助學(xué)生理解生物知識,還能夠培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng),提升學(xué)生跨學(xué)科運(yùn)用和整合能力。
如在講解在生物知識點(diǎn)“碳是組成生物體的最基本的化學(xué)元素”這方面內(nèi)容時,可以將化學(xué)學(xué)科中的“碳元素”知識點(diǎn)有效滲透進(jìn)去。教師可以引導(dǎo)學(xué)生先對“碳元素”在化學(xué)學(xué)科中的概念、分類、性質(zhì)、特點(diǎn)等進(jìn)行全面梳理,在梳理的基礎(chǔ)上,注重聯(lián)系化學(xué)元素與生物體之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。通過這種教學(xué)滲透,學(xué)生在分析與梳理化學(xué)知識的過程中,內(nèi)化化學(xué)元素在生物體之間的關(guān)聯(lián)性,理解生物體的發(fā)展演變。再如,在生物教學(xué)中,“光合作用”是比較關(guān)?I的內(nèi)容體系,若教師單純依靠生物知識進(jìn)行講解,學(xué)生在理解“光合作用”時很難深入地理解內(nèi)在的關(guān)聯(lián)。但如果將“光合作用”與“氧化還原反應(yīng)”有效地聯(lián)系起來,則能夠深化這方面知識的關(guān)聯(lián)性,使學(xué)生全面理解植物光合作用的過程、能量之間的轉(zhuǎn)換和光合作用中的電子轉(zhuǎn)移等。
總而言之,在高中生物教學(xué)過程中,涉及很多的化學(xué)知識以及化學(xué)內(nèi)容,教師只有注重不同學(xué)科之間的融會貫通,注重不同學(xué)科之間的融合與聯(lián)系,才能全面有效地提升學(xué)生的跨學(xué)科能力,才能提升學(xué)生的知識遷移的能力。
二、在高中生物教學(xué)中滲透物理知識
在高中生物教學(xué)中,物理知識也是非常關(guān)鍵的教學(xué)內(nèi)容。雖然不少物理知識并非當(dāng)學(xué)期的教學(xué)內(nèi)容,甚至是一些高年級才會涉及的內(nèi)容,但這并不影響高中生物教學(xué)中物理知識的滲透和融入。相反,通過教師的提前介入與分析,能夠為學(xué)生下一階段的物理知識的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。在高中生物教學(xué)中教師要滲透物理學(xué)科,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的物理知識分析生物知識,提升學(xué)生的知識整合能力。
例如,在生物教學(xué)中,DNA檢測是非常重要的內(nèi)容,人們在利用DNA進(jìn)行相關(guān)疾病的檢測時,利用的是放射性同位素、熒光分子標(biāo)記等。這些內(nèi)容涉及近代物理學(xué)中的同位素、放射性、半衰期、探測射線的依據(jù)。在高中生物學(xué)科建構(gòu)中,這部分內(nèi)容屬于高二階段的內(nèi)容,但所涉及的物理知識則是高三階段的物理內(nèi)容,但這并不影響知識之間的滲透。相反,通過提前的物理知識滲透,能夠幫助學(xué)生形成一個預(yù)先的概念認(rèn)知,使學(xué)生結(jié)合對高二階段生物知識的理解,深化感知未來可能需要學(xué)習(xí)的物理學(xué)科。
此外,生物學(xué)科是一門實踐性非常強(qiáng)的學(xué)科。在高中生物的教學(xué)過程中,教師還需要注重培養(yǎng)和優(yōu)化學(xué)生的知識運(yùn)用能力,將生物知識運(yùn)用到社會實踐中,更好地指導(dǎo)社會實踐。學(xué)生生物知識的實際應(yīng)用能力,往往能夠通過對物理知識的分析與應(yīng)用得到體現(xiàn)。比如,在生物教學(xué)中“耕作松土”的意義分析時,教師可以引導(dǎo)學(xué)生將這方面的內(nèi)容與物理學(xué)科中的毛細(xì)現(xiàn)象結(jié)合起來,引導(dǎo)學(xué)生積極思考,構(gòu)想更加科學(xué)的松土方式。
本人是站在醫(yī)學(xué)的角度,以辯證和唯物主義的觀點(diǎn);以實際臨床經(jīng)驗;以個人自身嘗試(或試驗);以傳統(tǒng)中醫(yī)治療方法結(jié)合現(xiàn)代化學(xué)元素分解規(guī)律得出的結(jié)論。以下觀點(diǎn)或理論,應(yīng)該說它是站在傳統(tǒng)理論基礎(chǔ)上的發(fā)展和進(jìn)步。
1 腰酸、背痛、腿抽筋理論上認(rèn)為是缺鈣和人體鈣流失所致。這些疾病和人體鈣沒有任何關(guān)系。它們是人體神經(jīng)發(fā)生膨脹,擠壓周圍血管動脈和毛細(xì)血管,使血液不能正常供應(yīng)周圍機(jī)體,毛細(xì)血管不能正常擴(kuò)張,肌體體溫下降,氧氣不能正常傳導(dǎo)所致。
2 腰痛的原因是腎虛。更有甚者說是腎陰虛、腎陽虛。使理論更加抽象,撲朔迷離,讓臨床治療無所適從。腰痛是人體腰椎神經(jīng)受二氧化碳壓迫的結(jié)果。腰痛98%的病例和腎沒有關(guān)系(不排除特殊的典型病例),腎結(jié)石不在其范圍。
在新課程改革實施的過程中,探究式教學(xué)成為一種流行趨勢和主流模式。當(dāng)前教學(xué)實踐表明,教師大量使用探究式教學(xué)但存在只重視假設(shè)的檢驗,如設(shè)計實驗、數(shù)據(jù)處理等,而對學(xué)生假設(shè)能力的培養(yǎng)并不關(guān)注。筆者在所在學(xué)校高一、高二年級部分學(xué)生問卷調(diào)查時設(shè)計了2個問題[1]:問題1:某位同學(xué)發(fā)現(xiàn)銅制眼鏡框表面出現(xiàn)綠色物質(zhì),通過上網(wǎng)查閱知道,該物質(zhì)是銅銹,俗稱銅綠,主要成分是Cu2(OH)2CO3。你知道銅在什么情況下生銹嗎?問題2:某位同學(xué)將短玻璃導(dǎo)管插入焰心,發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管的另一端也可以燃燒。于是他提出這樣的問題:導(dǎo)管中一定有可燃性的氣體,氣體的成分可能是什么?問卷調(diào)查統(tǒng)計采用計分制,說出3個或3個以上與問題相關(guān)假設(shè)及合理理由得3分,2個得2分,1個得1分。由表1可以看出,問題1和2的平均分分別為0.72和0.46,這說明當(dāng)前高中生論述化學(xué)假設(shè)的能力還很弱。面對這個問題,部分教師認(rèn)為提出假設(shè)特別是有創(chuàng)造性的假設(shè)依靠的是靈感和直覺,是不能在課堂上來傳授的,實際上這種想法是由于對假設(shè)產(chǎn)生的邏輯結(jié)構(gòu)認(rèn)識模糊而導(dǎo)致的。國內(nèi)學(xué)者從假設(shè)的數(shù)量、質(zhì)量和對所提假設(shè)的解釋等幾個方面來探討假設(shè)能力的結(jié)構(gòu)及其培養(yǎng)[2,3]。國內(nèi)其他學(xué)者認(rèn)為應(yīng)從“加強(qiáng)雙基教學(xué)、尊重學(xué)生所提出的假設(shè)、加強(qiáng)假設(shè)方法的教學(xué)”等方面來培養(yǎng)學(xué)生的假設(shè)能力[4]。這些研究或僅關(guān)注假設(shè)自身的含義,未注意假設(shè)能力的其他維度,或?qū)儆谧陨淼慕虒W(xué)經(jīng)驗,理論基礎(chǔ)較弱。因此有必要完整探討假設(shè)產(chǎn)生的邏輯機(jī)制、提出假設(shè)的思維過程,進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生假設(shè)能力的培養(yǎng)。
2假設(shè)產(chǎn)生的邏輯機(jī)制
科學(xué)家究竟是如何提出假設(shè)的?經(jīng)驗主義者認(rèn)為,科學(xué)發(fā)現(xiàn)是一個歸納的過程,所謂的假設(shè)也就是由歸納而產(chǎn)生的?,F(xiàn)代科學(xué)哲學(xué)研究表明,我們不可能從事實歸納出任何可能的假設(shè),因為如果沒有假設(shè)的指導(dǎo),人們就不知道應(yīng)該收集哪些事實。換言之,即使是歸納也應(yīng)是以假設(shè)為前提。演繹一般被認(rèn)為不能產(chǎn)生假設(shè),因為演繹推理是從一般到個別,如果前提為真,其結(jié)論也為真,即演繹推理并不會產(chǎn)生新的命題。因此,假設(shè)既不是通過歸納,也不是通過演繹推理產(chǎn)生的,而是科學(xué)家發(fā)明出來的,包含直覺、頓悟等非理性因素。科學(xué)家提出的假設(shè)是否要遵循一定的邏輯機(jī)制[5]?目前科學(xué)哲學(xué)界的共識是,提出假設(shè)具有一定的邏輯模式,皮爾斯提出的溯因推理是產(chǎn)生假設(shè)的唯一邏輯操作。溯因推理是由結(jié)果推出原因的一種推理方式,它的觸發(fā)條件是事實與預(yù)期不符,如新事實、異常事實的出現(xiàn)。其邏輯形式可用如下模式表示:一個令人驚訝的現(xiàn)象A被觀察(推理的前提和誘因)找到一個假設(shè)B(省略了另外的前提———已有的知識和理論),它能作為A的原因并解釋它,使得A變?yōu)椴惑@訝。因此有充足的理由去推敲B,使它成為可能的假設(shè)[6]。
3化學(xué)問題中提出假設(shè)的具體思維過程
假設(shè)悄無聲息地通過科學(xué)家的有意識和無意識在問題解決中起著關(guān)鍵的作用。在這些問題解決中都是從待解釋的事實開始,科學(xué)家分析對比事實而發(fā)明出假設(shè)。盡管大多數(shù)人不是科學(xué)家,但科學(xué)家推理產(chǎn)生假設(shè)的思維過程具有示范意義?;瘜W(xué)界所熟悉的元素周期律的發(fā)現(xiàn)史從假設(shè)的視角看就是一個完美的典范。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,到19世紀(jì)60年代,化學(xué)家發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素增加到63種。化學(xué)元素間性質(zhì)的巨大差異嚴(yán)重困擾著化學(xué)家,使得他們難以發(fā)現(xiàn)眾多元素間的內(nèi)在規(guī)律,更不用說發(fā)現(xiàn)新的化學(xué)元素。門捷列夫在書寫元素符號及對應(yīng)的相對原子質(zhì)量數(shù)據(jù)時(見表2),發(fā)現(xiàn)N、P、As或O、S、Se或F、Cl、Br等組內(nèi),性質(zhì)彼此相似,立即產(chǎn)生假設(shè),元素的性質(zhì)是不是表現(xiàn)在它們的原子量上?能不能根據(jù)它們的原子量建立元素體系?接著就走向這個體系的試驗[7]。1869年3月,門捷列夫發(fā)表了論文《元素性質(zhì)和原子量的關(guān)系》,其基本觀點(diǎn)是:按照原子量的大小順序而排列起來的元素,它們的性質(zhì)呈現(xiàn)明顯的周期性,甚至元素的化合價也是一個接一個按照它們原子量的大小形成算術(shù)的序列。根據(jù)門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律的案例,我們可以想象,門捷列夫面臨亂的知識尋求一個一般的原理,必定在已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中思考了多種相似的經(jīng)驗現(xiàn)象,然后選擇最合適的一種作為問題的假設(shè)提出。事實上,門捷列夫最初力圖到原子價中尋求這一原理。門捷列夫在《化學(xué)原理》第一部著作中,按照1價的氫,2價的氧、3價的氮、4價的碳的順序進(jìn)行敘述,最后再回到1價的氟。第二部則從另一種1價的元素堿金屬開始[8]。由此可知,在現(xiàn)象與假設(shè)之間存在一條可以逾越的鴻溝,那就是從已有知識和理論中尋找相似的經(jīng)驗現(xiàn)象或理論,并借用其中的因果解釋而提出假設(shè)??茖W(xué)假設(shè)提出的整個溯因過程可以用圖1來描述:其具體思維步驟為:(1)科學(xué)假設(shè)的產(chǎn)生過程從分析問題,探討其中的因果關(guān)系開始;(2)推理者在已有的知識結(jié)構(gòu)中尋找與當(dāng)前問題相似的經(jīng)驗事實;(3)探討各種相似經(jīng)驗事實的因果解釋;(4)把各種經(jīng)驗事實與當(dāng)前的問題情境進(jìn)行對比比較;(5)借用經(jīng)驗事實的因果解釋,提出假設(shè);(6)選擇合理的最合適的假設(shè)。圖中“”表示問題情境和經(jīng)驗知識間的對比。由此可見,假設(shè)產(chǎn)生的溯因推理程序看似簡單,其實包含復(fù)雜的思維過程,如探索、比較、綜合和選擇等操作。我們不能把上述諸多環(huán)節(jié)狹隘地理解為類比推理過程,如尋找相似經(jīng)驗這個環(huán)節(jié),除類比推理外還包括運(yùn)用已有知識創(chuàng)造性想象出與問題情境相似的結(jié)構(gòu)模型,如凱庫勒的苯分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)。其中,非理性的靈感、直覺也發(fā)揮重要作用[5]。
4化學(xué)教學(xué)中運(yùn)用假設(shè)的常見形式
4.1類比式假設(shè)
類比式假設(shè)是根據(jù)2個或2類對象所具有的某種或某些共有的相似要素或特征,推出其中一個(類)研究對象可能具有另一個(類)研究對象所具有的屬性或部分屬性而形成假設(shè)。[例1](2009年海南高考題)門捷列夫在描述元素周期表時,許多元素尚未發(fā)現(xiàn),但他為第四周周期的3種元素留下了空位,并對它們的一些性質(zhì)做了預(yù)測,X是其中的一種“類硅”元素,后來被德國化學(xué)家文克勒發(fā)現(xiàn),并證實門捷列夫當(dāng)時的預(yù)測相當(dāng)準(zhǔn)確。根據(jù)元素周期律,下列有關(guān)X性質(zhì)的描述中錯誤的是()A.X單質(zhì)不易與水反應(yīng)B.XO2可被C或H2還原為XC.XCl4的沸點(diǎn)比SiCl4的高D.XH4的穩(wěn)定性比SiH4的高從已有的知識經(jīng)驗知道Si具有不易與水反應(yīng)、SiO2可被C或H2還原、SiCl4是分子晶體等性質(zhì)。在此題信息中X具有與Si相似的性質(zhì),進(jìn)而推出X具有與Si類似的性質(zhì)。
4.2歸納式假設(shè)
運(yùn)用歸納法提出和建立假設(shè)是一種從特殊、個別事實、所獲得的認(rèn)識或規(guī)律,提高到一般的認(rèn)識和規(guī)律的方法。[例2](2008年廣東高考題)醇在催化劑作用下氧化成醛的反應(yīng)是綠色化學(xué)的研究內(nèi)容之一。某科研小組研究了鈀催化劑在氧氣氣氛中對一系列醇氧化成醛反應(yīng)的催化效果,反應(yīng)條件為:K2CO3、363K、甲苯(溶劑)。此題要求學(xué)生對給出含有苯環(huán)不同結(jié)構(gòu)的醇及其氧化反應(yīng)數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行分析,歸納出由于此類醇中苯環(huán)上的取代基及與羥基相連的碳鏈長短不同,單位時間內(nèi)醛的產(chǎn)率也不同,進(jìn)而總結(jié)出在鈀催化劑作用下的一般規(guī)律[9]。
4.3演繹式假設(shè)
演繹假設(shè)是一種將一般認(rèn)識、規(guī)律或原理運(yùn)用于特殊、個別范圍內(nèi)所產(chǎn)生的必然性推理結(jié)果的假設(shè)。[例3]CuSO4受熱分解生成氧化銅和氣體,受熱溫度不同,生成的氣體成分也不同。根據(jù)物質(zhì)化學(xué)變化前后元素守恒,氣體成分可能含有SO2、SO3和O2中的一種、二種或三種。根據(jù)氧化還原反應(yīng)中化合價的升降規(guī)律,所得氣體的成分可能只含有SO3一種,或可能含有SO2、O2二種,或含有SO3、SO2和O2三種。在此題信息中,CuSO4受熱分解生成的氣體,盡管有3種可能的假設(shè),但是都需要符合基本的氧化還原反應(yīng)規(guī)律。
4.4分類式假設(shè)
依據(jù)化學(xué)現(xiàn)象和資料的某些重要特征,分析整理形成假設(shè),進(jìn)行分類假設(shè)的驗證。[例4]將水加入盛有過氧化鈉固體的試管中,待形成溶液,滴加少量酚酞溶液,溶液先變紅,半分鐘內(nèi)褪為無色,原因是什么?溶液褪色可能是生成的H2O2的作用,也可能是溶液中NaOH的濃度過大。溶液中出現(xiàn)的現(xiàn)象是先出現(xiàn)紅色后褪色。紅色出現(xiàn)的原因是酚酞與堿作用的結(jié)果,紅色褪去的原因是酚酞發(fā)生變化或堿發(fā)生變化,其中酚酞變化是由于被可能生成的H2O2氧化所致。
4.5模型假設(shè)
模型假設(shè)是為了更好地解釋某些物質(zhì)的性質(zhì)或化學(xué)實驗現(xiàn)象,依據(jù)客觀事實而進(jìn)行模型構(gòu)建。如氣體摩爾體積模型、晶體模型、化學(xué)平衡的中間狀態(tài)模型等。[例5]原子結(jié)構(gòu)模型的演變,是從質(zhì)量守恒定律、定組成定律等的發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致1803年道爾頓原子模型提出;但在解釋蓋•呂薩克氣體體積定律時遇到困難,由1874年克羅克斯觀察到陰極射線現(xiàn)象,導(dǎo)致1904年湯姆遜模型提出;隨后盧瑟福的α質(zhì)點(diǎn)散射實驗,提出了“行星系式”原子模型,但這個模型與原子長期穩(wěn)定發(fā)生了矛盾。玻爾根據(jù)原子輻射出的能量是不連續(xù)的線狀光譜的實驗事實,提出了原子的殼層同心模型;目前又進(jìn)一步完善為電子云模型等。
5化學(xué)教學(xué)中學(xué)生假設(shè)能力的培養(yǎng)策略
5.1樹立新型的教育觀和學(xué)生觀
化學(xué)教學(xué)應(yīng)該立足于學(xué)生的發(fā)展,包括能力的提高、良好習(xí)慣的培養(yǎng)和健全人格的形成等。課堂教學(xué)中問題的設(shè)計,關(guān)鍵不在于問題的本身,而在于學(xué)生探索知識的興趣的培養(yǎng)、方法的培養(yǎng)和品格的形成。教師的作用在于創(chuàng)造條件、教給方法。心理學(xué)研究表明:只有在充滿民主和諧氛圍下的教學(xué)才會使學(xué)生得到心靈的解放,他們的思維才會活躍。因此,教師要樹立教學(xué)相長的觀念,對學(xué)生提出的疑難問題,要與學(xué)生共同研究切磋,對學(xué)生求真質(zhì)疑的舉動應(yīng)該給以充分的肯定和贊賞。
5.2教師要創(chuàng)設(shè)積極的假設(shè)情境
關(guān)鍵詞:化學(xué)方法;實驗歸納法;化學(xué)直覺;化學(xué)創(chuàng)造力
文章編號: 1005–6629(2012)5–0075–04 中圖分類號: G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: B
1 一部化學(xué)發(fā)展史也是一部化學(xué)方法的演變史
循著化學(xué)學(xué)科發(fā)展的歷史線索,我們編寫了關(guān)于古今中外有代表性的化學(xué)家、學(xué)者及化學(xué)工作者所作貢獻(xiàn)的系列化學(xué)史話。嘗試向讀者提供能具體觸摸化學(xué)歷史發(fā)展脈絡(luò)的史料與見解。這對有興趣進(jìn)一步學(xué)習(xí)與研究化學(xué)史的化學(xué)教育工作者來說,也許是有益的。我國膠體化學(xué)家、化學(xué)教育家傅鷹教授曾語重心長地指出:“一門科學(xué)的歷史是那門科學(xué)中最寶貴的一部分,因為科學(xué)只能給我們知識,而科學(xué)的歷史卻能給我們智慧”。在他看來,化學(xué)與化學(xué)史的關(guān)系也是如此,而作為化學(xué)史給我們的智慧的結(jié)晶,則主要體現(xiàn)在人們對化學(xué)知識的思維方式和研究方法上。對此,抱有同感的還有中國化學(xué)會前會長柳大綱先生,他曾言簡意賅地說過:“化學(xué)窮物質(zhì)轉(zhuǎn)化運(yùn)動之理,綜宏析微、撥偽存真、精益求精,乃認(rèn)識自然、改造自然之鎖鑰”(中國化學(xué)會成立50周年《祝愿》詞)。在這里,所謂“綜宏析微、撥偽存真、精益求精”亦就是對運(yùn)用化學(xué)方法探索化學(xué)科學(xué)真理的作用的經(jīng)典描述。
化學(xué)史家們現(xiàn)在一般都承認(rèn):化學(xué)發(fā)現(xiàn)與發(fā)明,無論巨細(xì),幾乎從來就不是個人自發(fā)做出的獨(dú)創(chuàng)貢獻(xiàn)。即使那些最具革命性的化學(xué)理論也都是長期演變或發(fā)展的結(jié)果。一些基本的化學(xué)思想(如元素、原子、分子等)產(chǎn)生于各個不同的地域,這些思想逐漸經(jīng)過交融、合并、修改和補(bǔ)充,最后公之于眾,形成了一種新的化學(xué)概念。這種化學(xué)概念又轉(zhuǎn)而影響和改變后來的化學(xué)理論,結(jié)果使化學(xué)科學(xué)有可能永無止境的進(jìn)步不己。在這里,我們認(rèn)為有必要明確回答這樣一個問題:推動化學(xué)科學(xué)不斷前進(jìn)的動力因素究竟是什么?從科學(xué)方法論的視角來考察,化學(xué)的不同發(fā)展階段就會孕育或形成不同的化學(xué)方法,而一旦新的化學(xué)方法產(chǎn)生又會推動化學(xué)發(fā)展從一個階段邁向新的階段。從這個意義上可以說:一部化學(xué)發(fā)展史也是一部化學(xué)方法的演化史。
化學(xué)方法從其內(nèi)涵來說有兩個方面:一是化學(xué)家的思維方式,另一個是化學(xué)家運(yùn)用的物質(zhì)手段。用現(xiàn)代約定俗成的話來說,前一個是“軟件”,后一個“硬件”,兩者相輔相成才構(gòu)成完整的所謂的科學(xué)方法。而要比較全面而又系統(tǒng)地敘述和探討化學(xué)方法的演化史,不僅要涉及化學(xué)家的個人秉性和才智,而且也涉及到化學(xué)家所處的社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境以及他們所接觸的哲學(xué)思想。
2 古代實用化學(xué)時期和化學(xué)方法的孕育
化學(xué)的原始形式是煉金術(shù)(或煉丹術(shù)),煉金術(shù)是思辨哲學(xué)(在古希臘是亞里士多德哲學(xué),在古代中國則是道教哲學(xué))和工藝技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。其后形成的醫(yī)藥化學(xué)和冶金化學(xué)則是煉金術(shù)向近代化學(xué)的過渡,比起煉金術(shù)來,后者更注重化學(xué)工藝技術(shù)、強(qiáng)調(diào)實用。但是,其哲學(xué)思想基礎(chǔ)仍然是和煉金術(shù)一脈相承。此時的化學(xué)還沒有從生產(chǎn)實踐和哲學(xué)中分化出來形成一門獨(dú)立的科學(xué),相對應(yīng)的化學(xué)方法也不具有科學(xué)的形志,而具有思辨的特征和“準(zhǔn)實驗”(或用火操作的化學(xué)實踐)的痕跡。
2.1 思辨方法
煉金術(shù)士力圖通過物體的可直接觀察的性質(zhì)(如顏色、熔度及晶形等)作為實證來闡明亞里士多德的哲學(xué)。亞里士多德關(guān)于“萬物皆變”并趨向“完善”的思想告訴人們,金屬中那些不夠完善的金屬(所謂賤金屬),總是力求變得象黃金等貴金屬一樣盡善盡美。煉金術(shù)士們堅信自己掌握的化學(xué)工藝技術(shù)手段能使之如愿以償,即可用火操作把賤金屬變成為貴金屬,這既是煉金術(shù)賴以生存的思想基礎(chǔ),也是從當(dāng)時冶金實踐中得出的仿佛合乎邏輯的結(jié)論。與其驚人相似的是信奉道教哲學(xué)的中國著名煉丹家葛洪有句名言:“變化者,乃天地之自然,何嫌金銀不可以異物乎”。在他看來,不僅金銀等貴金屬可以由它物變化而來,而且金銀等“不腐”、“不朽”的屬性也可發(fā)生轉(zhuǎn)移,甚至進(jìn)入體內(nèi)。這種“萬物皆可互變”的思想使煉丹方士們堅信“服金者壽如金”,“服玉者壽如玉”。
綜上所述,古代的化學(xué)思辨方法是以觀察為基礎(chǔ),并運(yùn)用原始的歸納與演繹的邏輯方法所構(gòu)成的。其中包括了直觀的觀察、天才的猜測和原始的邏輯推理三個構(gòu)成內(nèi)容。而古代原子論和邏輯學(xué)則是這種方法的兩大杰出成果,可以說它們是后來化學(xué)發(fā)展為科學(xué)的內(nèi)在“種子”或“胚芽”。
古代原子論的創(chuàng)立者德謨克利特首先寫成《論邏輯》一書,認(rèn)為人對自然的認(rèn)識是從經(jīng)驗觀察上升到理性認(rèn)識的過程,在該過程中需要運(yùn)用歸納邏輯等方法。他在建立原子論的過程中,把直觀可見的水、氣、火、土等“元素”以致自然萬物,都視為由不可見的“原子”所構(gòu)成的物質(zhì)客體,試圖以觀察不到的本質(zhì)來說明可觀察到的現(xiàn)象,從而產(chǎn)生了科學(xué)方法的“胚芽”,即以微觀物質(zhì)的相互作用來解釋宏觀運(yùn)動現(xiàn)象的方法。該方法試圖把宏觀層次物質(zhì)變化現(xiàn)象還原到微觀層次原子運(yùn)動變化的規(guī)律來認(rèn)識。這種“還原思維模式”對后來的哲學(xué)和科學(xué)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。
繼德謨克利特之后,主張四元素說的亞里士多德又進(jìn)一步論述了演繹邏輯,他把以往的一些零散的邏輯方法論思想加以吸收、改造并以其名著《工具論》一書的完成確立了邏輯學(xué)。他強(qiáng)調(diào)把邏輯方法視為研究科學(xué)、認(rèn)識真理的重要工具,并試圖說明思辨觀念怎樣從經(jīng)驗的東西產(chǎn)生的,進(jìn)而從邏輯上對思辨方法進(jìn)行了總結(jié)。
2.2 準(zhǔn)實驗方法
實用化學(xué)時期產(chǎn)生的化學(xué)思辨方法有其合理性,并具有科學(xué)內(nèi)在“種子”或“胚芽”的積極意義。但在古代社會生產(chǎn)力和科學(xué)水平低下的情況下,思辨方法還不可能依照充分的事實去進(jìn)行理論概括,更不可能進(jìn)行科學(xué)實驗去檢驗,從而就可能導(dǎo)致粗糙的以致是錯誤的結(jié)論。例如,把本來并非是化學(xué)元素的水、氣、土、火等復(fù)雜物質(zhì)看成是最簡單的“元素”等。由此可見,沒有用實踐或?qū)嶒炄z驗化學(xué)認(rèn)識的結(jié)果,也沒有用假設(shè)所預(yù)言的事實,來驗證各種假設(shè)——這是思辨方法的根本缺陷。帶有這種缺陷的化學(xué)思辨方法還只是一種處于萌芽狀態(tài)的科學(xué)方法,盡管它是與處于化學(xué)原始形態(tài)的煉金術(shù)(或煉丹術(shù))是相適應(yīng)的,但畢竟是極不完善的,還需要向以科學(xué)實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)方法轉(zhuǎn)變。
處在16世紀(jì)至17世紀(jì)前半葉的醫(yī)藥化學(xué)家和冶金化學(xué)家們,對變賤金屬為貴金屬的目標(biāo)已經(jīng)不感興趣。對于他們來說,寧肯放棄煉金術(shù)的思辨觀念,也要強(qiáng)調(diào)實用。這是由于煉金術(shù)(或煉丹術(shù)),無論在西歐還是在中國流行千年之久,但結(jié)果得不償失。相反由于它的神秘性質(zhì)和脫離生產(chǎn)實際,終究還是嚴(yán)重地延緩以致阻滯了化學(xué)的發(fā)展。不少有識之士開始在實踐中摒棄煉金術(shù)(或煉丹術(shù)),這方面的代表人物有西歐的醫(yī)藥化學(xué)派帕拉塞斯、冶金化學(xué)派阿格里柯拉,在中國則是醫(yī)藥學(xué)家李時珍和編撰化學(xué)工藝百科全書《天工開物》的學(xué)者宋應(yīng)星。他們主張化學(xué)只有從煉金術(shù)(或煉丹術(shù))的羈絆中解放出來,才能達(dá)到它前進(jìn)的真正出發(fā)點(diǎn)。
正是在制取藥物和冶煉金屬的實踐中,天平開始得到廣泛應(yīng)用、定量觀念得到傳播、定量實驗方法的重要性開始受到重視,一些元素和化合物的知識有了新的積累,酸、堿、鹽及其反應(yīng)的性質(zhì)開始為人知??梢姀臒捊鹦g(shù)士(或煉丹方士)開始到冶金化學(xué)家及醫(yī)藥化學(xué)家的活動,無疑帶來了多種可以作為科學(xué)解釋的結(jié)果。但是,這些近代化學(xué)的先驅(qū)者們的目標(biāo)均屬實用性質(zhì),而不屬于化學(xué)科學(xué)。作為科學(xué)的化學(xué)還需要以建立科學(xué)理論為目標(biāo),還需科學(xué)的理念來指導(dǎo)觀察和理解實驗事實。
3 近代實驗化學(xué)時期和化學(xué)方法的形成
17世紀(jì)下半葉到18世紀(jì),化學(xué)進(jìn)入實驗化學(xué)時期,它開始同思辨哲學(xué)相分離,并徹底從煉金術(shù)(或煉丹術(shù))中解放出來,近代化學(xué)由此開端。這一時期化學(xué)的主要任務(wù)是“搜集材料”,對物質(zhì)及其性質(zhì)進(jìn)行分門別類的研究。這就需要運(yùn)用化學(xué)實驗手段對物質(zhì)進(jìn)行分解或分析,并在依次獲得的大量經(jīng)驗知識基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納與概括,結(jié)果抽提出了關(guān)于科學(xué)的元素概念和燃燒的氧化理論。在這個過程中,以實驗歸納為標(biāo)志的經(jīng)驗方法,作為科學(xué)形態(tài)的化學(xué)方法開始形成。
3.1 經(jīng)驗方法
波義耳和拉瓦錫作為這一時期的兩個富有代表性的化學(xué)家,為化學(xué)方法的形成作出了奠基性的貢獻(xiàn)?!皯岩膳苫瘜W(xué)家”波義耳以他的新思想(機(jī)械論的微粒哲學(xué))和新方法(化學(xué)實驗方法),把化學(xué)開始確立為科學(xué),而拉瓦錫則以他的具有系統(tǒng)性、嚴(yán)格定量性的實驗方法和善于運(yùn)用理論思維的邏輯推理方法(主要是歸納法)完成了由波義耳開始的將化學(xué)變成科學(xué)的化學(xué)革命過程。
具體來說,波義耳深受現(xiàn)代實驗科學(xué)的始祖、英國哲學(xué)家弗朗西斯.培根的科學(xué)方法論(或“新工具論”)和機(jī)械論的微粒哲學(xué)的影響。在他的化學(xué)和物理學(xué)研究中,相當(dāng)強(qiáng)調(diào)實驗和歸納法的科學(xué)方法論作用,同時非常嚴(yán)格地遵循機(jī)械論解釋的原則。波義耳反對把化學(xué)看做一種制造黃金等貴金屬或者醫(yī)療藥物的經(jīng)驗技藝,而應(yīng)當(dāng)看作一門科學(xué),作為科學(xué)的一個分支,化學(xué)主要從事對化學(xué)現(xiàn)象作理論解釋,而不是單純?nèi)嶋H利用它們。他還主張,實驗的方法和與此相聯(lián)系的對自然界的觀察是形成科學(xué)思維的基礎(chǔ),化學(xué)應(yīng)該用實驗方法而不是用玄虛的思辨和抽象的空談來確立關(guān)于物質(zhì)化學(xué)變化的定律。同時波義耳復(fù)興了與亞里士多德哲學(xué)相悖逆的古代樸素的原子論,強(qiáng)調(diào)了物質(zhì)的微粒哲學(xué)的觀點(diǎn)。該觀點(diǎn)認(rèn)為:自然界是由一些細(xì)小致密、用物理方法不可分割的粒子構(gòu)成,粒子結(jié)合成粒子團(tuán),粒子團(tuán)作為基本單位參與化學(xué)反應(yīng)。在這里可以說已經(jīng)孕育著近代科學(xué)原子論的雛形。
拉瓦錫同波義耳一樣,繼承了弗朗西斯·培根的科學(xué)實驗論,強(qiáng)調(diào)“除了通過實驗和觀察的自然道路去尋求真理之外,別無它途”。但他與波義耳不同,特別強(qiáng)調(diào)了實驗歸納中的定量性,認(rèn)為“必須用天平進(jìn)行測定來確定真理”。并以精密的規(guī)范操作實踐檢驗傳統(tǒng)理論。拉瓦錫把波義耳倡導(dǎo)的經(jīng)驗性的實驗歸納法推進(jìn)到了新的階段。其經(jīng)驗方法表現(xiàn)出了如下特點(diǎn):從定性的實驗歸納發(fā)展到了定量的實驗歸納。拉瓦錫是明確提出,把由天平確定的量作為衡量的尺度,對化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行實驗證明的第一個化學(xué)家。正是運(yùn)用了這種“以量求質(zhì)”的方法用以檢驗傳統(tǒng)的燃素說,終于否定了燃素的存在,了燃素理論對化學(xué)的百年統(tǒng)治。
拉瓦錫時代的化學(xué)方法尚屬經(jīng)驗性質(zhì),但具有較高的嚴(yán)密性和系統(tǒng)性,較強(qiáng)的理論概括性。正是在實驗基礎(chǔ)上,運(yùn)用概括的理論思維方法,拉瓦錫把從若干燃燒反應(yīng)中所抽取出來的氧化的本質(zhì)屬性,推廣到所有燃燒反應(yīng)過程,從而形成具有普遍意義的氧化燃燒理論。
總之,波義耳——拉瓦錫時代的化學(xué)方法已趨形成,但比較強(qiáng)調(diào)“知識不能超出經(jīng)驗范圍”,相對來說還比較忽視科學(xué)抽象、假說和演繹的理論思維作用?;瘜W(xué)的進(jìn)一步發(fā)展就需要推動化學(xué)方法,從經(jīng)驗方法過渡到理論方法的階段。
3.2 理論方法
從18世紀(jì)末到19世紀(jì),化學(xué)呈現(xiàn)出從搜集材料向整理材料發(fā)展的勢頭。在此期間,化學(xué)積累了龐大數(shù)量的實證的知識材料,以致在化學(xué)研究領(lǐng)域中有系統(tǒng)地和依據(jù)材料的內(nèi)在聯(lián)系。把這些材料加以整理的要求,已經(jīng)成為勢在必然。而建立化學(xué)的各個知識領(lǐng)域相互間的正確聯(lián)系,也同樣成為不可避免。由此,近代化學(xué)開始走進(jìn)了理論領(lǐng)域。這一時期得到發(fā)展的理論方法主要有科學(xué)抽象、演繹推理、科學(xué)假說、比較分類及非邏輯推理等。
3.2.1 科學(xué)抽象
由波義耳倡導(dǎo),拉瓦錫加以發(fā)展的定量實驗歸納法,在18世紀(jì)與19世紀(jì)之交得到了化學(xué)家們普遍的重視與運(yùn)用。在這種狀況下,質(zhì)量守恒定律、定比定律和當(dāng)量定律等化學(xué)基本定量定律被發(fā)現(xiàn),緊接著對這些定律作出理論上的科學(xué)解釋亦就成為化學(xué)家的迫切任務(wù)。英國化學(xué)家道爾頓首先把這些在化學(xué)實驗基礎(chǔ)上歸納總結(jié)得出的定量定律跟物質(zhì)由原子構(gòu)成的觀念相聯(lián)系,并把原子量概念引入化學(xué),建立了科學(xué)的原子論。該理論在19世紀(jì)初被公認(rèn)為理論化學(xué)的最高成就。他所采用的就是一種稱謂“科學(xué)抽象”的理論方法,即在經(jīng)驗歸納所提供的大量科學(xué)事實的基礎(chǔ)上,運(yùn)用概念、判斷、推理的理論思維方法,抽提出物質(zhì)內(nèi)部的共同本質(zhì),確認(rèn)了“原子”的客觀實在,并就原子的不同類型、性質(zhì)和質(zhì)量等屬性提出了科學(xué)論斷,從而找到了各個經(jīng)驗定律的內(nèi)部聯(lián)系,建立起了科學(xué)的原子論。這種科學(xué)抽象的方法具有把觀察與思考、實驗經(jīng)驗的積累和豐富想象,新穎的理論構(gòu)思相結(jié)合的特點(diǎn),致使他的思維分析能達(dá)到實驗分析所不能達(dá)到的深度。即使在顯微鏡得到改進(jìn)時也不易被人看見的原子,道爾頓卻早已用思維把握住了原子。
3.2.2 演繹推理
該理論方法是指從一般規(guī)律或原理出發(fā),運(yùn)用數(shù)學(xué)的演算或者邏輯的證明,得出特殊事實應(yīng)遵循的規(guī)律,即“從一般到特殊”的邏輯推理方法。演繹推理是一種必然性的推理,只要推理的前提是真實的,推理形式是合乎邏輯的,那么推理結(jié)論也必然是正確的。在道爾頓時代,化學(xué)理論的建立與發(fā)展就迫切需要運(yùn)用這種演繹推理的思維工具。19世紀(jì)初,道爾頓在初步建立科學(xué)原子論后,就從這一普遍原理出發(fā),考察不同元素的原子之間的相互關(guān)系及其規(guī)律性。他注意到:一種元素的原子不僅可以同另一種元素的一個原子相化合形成化合物,也可以同另一種元素的兩個、三個或更多個原子相化合形成化合物,而每種元素的原子的重量(原子量)又都是固定的。據(jù)此運(yùn)用原子論就可以推論得出:在由兩種元素生成的多種化合物中,同一定重量的第一種元素相化合的第二種元素的重量,彼此間就必然會呈現(xiàn)出簡單整數(shù)比的關(guān)系。
沿著這樣的思路前行,后來,化學(xué)家們用演繹方法推理出了“倍比定律”。此后,道爾頓根據(jù)倍比定律的邏輯推理,有目的地進(jìn)行了定量分析實驗,從氮的氧化物、碳的氧化物等一系列化合物組成分析的數(shù)據(jù)中證實了倍比定律的成立。
3.2.3 科學(xué)假說
科學(xué)假說的出現(xiàn)是理論方法日趨成熟的一個標(biāo)志。因為運(yùn)用假說方法能夠在已知科學(xué)事實的基礎(chǔ)上超出經(jīng)驗感覺的范圍,對未知現(xiàn)象作出假定性的說明。正如1811年,意大利化學(xué)家阿伏伽德羅提出分子假說時所做的那樣。當(dāng)時道爾頓的原子論和蓋·呂薩克所發(fā)現(xiàn)的氣體體積簡比定律的經(jīng)驗事實之間正處于不可調(diào)和的矛盾狀態(tài)。而解決這一矛盾,不能單純依靠經(jīng)驗方法,以此為契機(jī),阿伏伽德羅提出“分子假說”,把原子理論推向前進(jìn)。阿伏伽德羅的理論研究有一個總的指導(dǎo)思想,那就是試圖找出化合物的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)之間的聯(lián)系。同時還試圖用數(shù)學(xué)方法不但表示化合物的物理性質(zhì),還用它來表示化合物的化學(xué)性質(zhì)。
由于主客觀方面的原因,分子假說長期受到壓抑而未獲承認(rèn),直到坎尼查羅加以重新論證和分子量的實驗測定得以確認(rèn),終于把道爾頓的原子論和阿佛加德羅的分子假說協(xié)調(diào)成一個合理的理論系統(tǒng),也就是說,通過分子假說的方法把道爾頓原子論發(fā)展成為原子分子學(xué)說。
3.2.4 比較分類
這是既有區(qū)別又有密切相關(guān)的一組理論方法,它們是近代化學(xué)得以完成其“整理材料”任務(wù)的一對重要思維工具。“比較”是根據(jù)物質(zhì)及其運(yùn)動變化屬性之間的某些共同點(diǎn)或相似方面的對稱比對,以揭示其內(nèi)在本質(zhì)聯(lián)系的推理方法,而“分類”則是根據(jù)事物之間的共同點(diǎn)和差異點(diǎn)把研究對象區(qū)分為不同從屬關(guān)系的邏輯方法??梢姟胺诸悺笔且浴氨容^”為基礎(chǔ)的,兩者相輔相成,有助于化學(xué)家們透過紛繁復(fù)雜的化學(xué)現(xiàn)象,尋找到隱藏在背后的化學(xué)物質(zhì)及其變化的規(guī)律。十九世紀(jì)中期,以門捷列夫為代表的無機(jī)化學(xué)家就是創(chuàng)造性地運(yùn)用比較與分類的方法,把當(dāng)時已有的龐雜混亂的化學(xué)元素及化合物的知識加以整理和綜合,從而發(fā)現(xiàn)了化學(xué)元素周期律。
門捷列夫既強(qiáng)調(diào)在觀察和實驗的基礎(chǔ)上,通過全面的比較和自然的分類,從質(zhì)和量(即元素性質(zhì)和原子量)的關(guān)系上去對化學(xué)元素的自然體系進(jìn)行理論概括,又主張只有把歸納與演繹、分析與綜合結(jié)合起來,才能發(fā)現(xiàn)元素性質(zhì)周期性變化的規(guī)律并據(jù)此作出科學(xué)的預(yù)測。他對某些公認(rèn)原子量的校正和對類鋁(鎵)、類硼(鋁)、類硅(鍺)的預(yù)測就是有力的例證。
3.2.5 化學(xué)直覺
隨著科學(xué)原子論、分子假說、原子分子學(xué)說的建立和元素周期律的發(fā)現(xiàn)及周期系理論的形成,在整個19世紀(jì),理論方法已在化學(xué)方法中居于主導(dǎo)地位。但是也應(yīng)當(dāng)看到在理論方法發(fā)展的同時,經(jīng)驗方法也在進(jìn)一步發(fā)展,而且構(gòu)成了理論方法發(fā)展的堅實基礎(chǔ)。尤其在有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域,基于發(fā)展了的經(jīng)驗方法派生出了一種非邏輯推理——化學(xué)直覺,它極大地推動了有機(jī)分子結(jié)構(gòu)理論的建立與建立與發(fā)展,并賦予化學(xué)理論方法特有的個性化色彩。
所謂“直覺”是一種在感知過程中未經(jīng)嚴(yán)格邏輯證明,但能迅速而準(zhǔn)確填補(bǔ)知識空白的能力,廣義的直覺包括靈感(頓悟)及直感、直觀等不同層次的一類非邏輯思維形式??茖W(xué)史表明,化學(xué)家尤其有機(jī)化學(xué)家,他們擅長于憑籍化學(xué)經(jīng)驗取得對化學(xué)事實的直觀的理解,并能卓有成效地運(yùn)用那種不注重邏輯推理,而直接得到基本正確的結(jié)果。例如,在制備某一染料之前,對于它的顏色他也會有一定的設(shè)想,在試圖合成一種具有某種藥性的藥物時也往往有一種預(yù)見,而結(jié)果往往跟預(yù)想取得一致。這也就是說,化學(xué)家有了豐富的化學(xué)經(jīng)驗,就會有一種油然而生的對某些結(jié)果的“預(yù)感”或“直感”——這也許是化學(xué)家,尤其是有機(jī)化學(xué)家所具有的一種特有的科學(xué)素養(yǎng),稱之為“化學(xué)直覺”,這是一種認(rèn)識上的飛躍,屬于直覺思維范疇。
盡管這種直覺思維并未以突發(fā)性的形式出現(xiàn),即不表現(xiàn)為“靈感”或“頓悟”,但基于豐富的化學(xué)經(jīng)驗并通過長時間的沉思和積累,化學(xué)家會有更多的機(jī)會獲得這種靈感或頓悟的。應(yīng)該承認(rèn),依靠“化學(xué)直覺”,有機(jī)化學(xué)家用化學(xué)變化的邏輯就能想象或預(yù)感原子在空間中的復(fù)雜構(gòu)型,并通過富有成效的實驗合成手段制成具有這種構(gòu)型的有機(jī)化合物,進(jìn)而在理論與實踐的結(jié)合上把握住了有機(jī)物性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系,建立起了有機(jī)分子結(jié)構(gòu)理論??梢娀瘜W(xué)直覺是有機(jī)化學(xué)家富有創(chuàng)造潛力的一種標(biāo)志。眾所周知,德國有機(jī)化學(xué)家凱庫勒就是一個杰出的代表。正是他,把個人的才智和對碳原子相互結(jié)合關(guān)系的理論研究相聯(lián)系,最終完成了一種天賦般的直覺判斷——苯的碳原子之間成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。在這里,凱庫勒的個人才智主要表現(xiàn)在他早期學(xué)習(xí)建筑所獲得的對事物“空間結(jié)構(gòu)美”的認(rèn)識和對事物形象化的孜孜追求。一旦這種才智和他的化學(xué)經(jīng)驗積累相結(jié)合,就會產(chǎn)生一種閃耀智慧火花的化學(xué)直覺。
參考文獻(xiàn):
[1]王德勝主編.化學(xué)方法論[M].杭州:浙江教育出版社,2007.