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怎样在化学教学中培养学生的科学素质(1)

2017-12-26 02:55 我国著名无机化学家和化学教育家戴安邦说：“只重传授化学知识和技术是片面的化学教育。全面的化学教育要求化学教学既传授知识和技术，更训练科学方法和思维，还培养科学精神和品德。”这段话指出了化学教学的正确方向，同时又简明地概括出科学素质的基本内容。怎样培养学生具有这些素质，结合中学化学教学的实际论述如下。一、尽可能按照科学方法论组织教学过程　科学方法就是认识和研究自然界所遵循的过程和手段。主要包括五个步骤。第一步是搜集事实。通过各种手段收集丰富的事实。事实是有关事物的感性知识，是产生理论的根源，又是检验理论的唯一标准。所以搜集事实这一步非常重要。“鸟的翅膀无论多么完善，如果不依靠空气的支持，就不能使鸟体上升。事实就是科学家的空气，没有事实，你们就永远不能飞腾起来，没有事实，你们的‘理论’就是枉费心机。”（巴甫洛夫）我们必须用物质的性质和反应的基本事实来充实学生的头脑，通过说服和教育使学生认识到基本化学事实的重要性，乐于和善于记住它们。在丰富多彩的实验基础上搞好元素及其化合物的教学，是学好中学化学的坚实基础。搜集事实的方法是观测和实验。所谓实验就是尽可能地排除外界的许多影响、突出主要因素，并且在能够细致地观察到各种现象之间相互关系的条件下，使某一事物（或过程）发生或重演。例如，化学反应速度是一个复杂的多变量函数，但在实验条件下可以控制只有一个变量改变，从而分别观测到温度、浓度、催化剂等对反应速度影响的规律。加强化学实验是教学优化的的主要模式。因此，提高演示实验和学生实验的效果，变部分演示实验为并进式实验，设计少量探索性实验习题，逐步增加学生在实验室里的实验活动时间，是化学教学发展的一个方向。“化学实验课是实施全面化学教育的一种最有效的教学形式”（戴安邦）。当搜集和积累足够的事实之后，科学方法的第二步是提出假说。假说就是用已有的事实材料和科学原理为依据，对于未知的事实（包括现象之间的规律性联系、事物的存在或原因、未来事件的出现）的假定性的解释。假说具有解释性，它能对已掌握的有关事实作出统一的解释。假说可以是一个概念（如原子、层子）、一个判断（如微观粒子具有波粒二象性）、一个模型（如DNA双螺旋结构）、一个结构式（如苯的凯库勒式）或一个理论体系（如道尔顿原子假说）等。假说是所要建立的理论的预制品。它的作用是指导我们理解新情况、启发我们做新的实验，从而导致新的发现。为了检验假说是否正确，需要对其进行验证，这就是科学方法的第三步：验证假说。即进一步搜集事实以检验其是否与假说符合，或由假说推演出结论再通过实验检验其是否符合。如果不符合，表示假说不真实，必须加以修正或废弃。如果符合，假说的真实性和可靠程度就增加一层或即成立。经过大量事实反复验证为正确的假说就成立理论，这就是科学方法的第四步。理论是概念、原理的体系，是系统化了的理性认识，是事物的本质、规律性的正确反映。从假说到理论虽只一步之差，有时却要经历数年、数十年甚至上百年。理论成立之后不是僵化一成不变的，它要随着新事实的发现而有新的发展，这就是科学方法的第五步：继续发展。有必要让学生初步了解如何提出假说并进行验证，结合教材内容进行一些练习。现以苯的分子结构为例设计如下教学过程。教师：实验得知苯的分子式为C6H6，已知碳为四价、氢一价，请写出苯分子可能的结构式。（巡视学生写的情况后指定一些学生将结构式写到黑板上）学生：在黑板上写出几个结构式……教师：已有的化学经验表明，有累积双键的分子是很不稳定的。苯很稳定，甚至在隔绝空气条件下加热几百度也不分解。根据这些事实应删除哪些结构式？学生：C和D。教师：根据A式和B式，请预测苯的一元取代物应该有多少种？学生：A有一种、B有两种。教师：按教材演示苯与Br2的取代反应。让学生观察纯净溴苯。教师：大量实验的结果只能制得一种一溴代苯（C6H5Br）。说明苯分子中六个氢原子有什么特点？应该保留哪个结构式？学生：六个氢原子的地位全同。应该去掉B式保留A式。教师：请按A式预测苯的二溴代物（C6H4Br2）有几种？学生：两种。教师：经多番努力之后却制出了三种二溴代苯。A式不符合这个实验事实，请重新设计苯的结构式，它应该能说明哪些事实？学生：苯分子很稳定；六个氢原子的地位完全相同；一溴代物只有一种；二溴代物有三种。（学生进行设计，教师巡视，可启发，然后让学生写出）学生：在黑板上写出结构式教师：这个结构式确实可说明一元取代物只有一种，二元取代物有邻、间、对位三种。但是它不满足碳四价的条件。请进一步改进。学生：添加交替双键后成为教师：这个结构式就是1886年德国化学家凯库勒以假说形式提出的苯结构式，可简写为。请根据这个结构式结合你已有的经验预测苯应有什么化学性质？学生：可以和氢气加成，和溴加成而使溴水褪色，可被酸性高锰酸钾溶液氧化而使高锰酸钾溶液褪色。锰酸钾溶液褪色，请大家现在进行实验来证实。（指导学生进行分组实验，所用苯要纯，事先除去还原性杂质。然后让学生报告实验观察到的现象。）学生：苯不能使溴水和高锰酸钾酸性溶液褪色。教师：上述实验又启示苯分子结构有什么特点？学生：没有像烯烃分子那样的双键。教师：还有什么事实可以证明苯分子没固定的像烯烃那样的双键？（必要时可启发）学生：如果有的话，苯的二元取代物就不是三种而是四种，因为邻位的有两种。（让学生写出）教师：正确。苯不跟溴水和高锰酸钾反应，邻位二溴代物只有一种，还有许多其它的事实，都显示苯环上不存在三个固定的双键和三个固定的单键。为说明这些事实，凯库勒在1872年作出一个补充假定，认为苯环上的单键、双键不是固定的，而是按下式迅速地变换位置：按照这个假设，苯环上不再有一般的单键和一般的双键，发生了平均化，是一种介于单键与双键之间的特殊的化学键；苯环是一个正六边形。于是上述所有实验事实的解释不再有困难了。大约一百年后，更多、更有力的实验都证明了凯库勒式的正确性，并从理论上给以更完满的解释。教师接着介绍键角、键长等。　按照科学方法论组织的这个教学过程，有思考、推理和实验验证，学生不是被灌输者，没有结构式是“从天上掉下来”的感觉，而在某种程度上是苯结构式发现过程的参与者。这种教学模式可以应用到其它有机物结构式的推演上，例如乙醇等。如果我们按照科学方法论来设计元素周期律的教学过程，那将会十分生动而在方法论上又富有启迪。共2页: 1 [2] 下一页 论文出处(作者): 中国大学排名
怎样培养学生的观察能力