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關于中學化學要滲透科學方法

王云峰

方法是指按照某種途徑,達到某種目標或做某事的辦法或手段。科學方法是指認識自然或獲得科學知識的程序或技巧,其步驟系統、有序,合乎邏輯。化學是一門研究物質的組成、結構、性質和變化規律的自然科學,其中蘊含著豐富的科學思想和科學方法。化學教育不僅僅是純粹化學知識的講解,還包括對學生科學方法的傳授,是培養學生思維能力和創新能力的重要手段,也是素質教育的發展方向。學生掌握了科學方法,在以后的學習及工作實踐中,都是大有裨益的。本文介紹五種常見的科學方法,供參考。

1. 科學經驗方法

科學經驗方法是一種通過觀察、實驗、測量等實際操作,直接作用于自然對象,獲取科學事實的方法。具體包括以下三種方法:

(1)科學觀察

科學觀察是運用感官或者科學儀器,有目的、有步驟地考察自然現象和研究對象的方法,是科學研究的基本方法,也是科學發現的重要途徑。在化學領域使用觀察方法表現在:觀察物質的顏色、氣味、形態,各種化學變化的反應現象,如火焰、熱效應、生成物的狀態、反應快慢等。化學觀察要求客觀、全面、深入、細致入微,現代科學儀器為化學觀察提供了先進的科學手段。

(2)科學實驗

科學實驗方法是人們通過科學儀器和設備在有目的地干預控制或模擬客觀對象條件下,獲取科學事實的一種研究方法。化學是一門以實驗為基礎的自然科學,實驗方法是化學研究中最基本、最常用的方法。化學實驗一般可分為定性實驗和定量實驗,其中定性實驗用于判定對象物質是否存在及成分是什么,或者用來檢驗物質的性質,證明化學規律等。定量實驗是在定性實驗基礎上,利用化學儀器測量各物質間的數量關系,及探索化學規律的數量特征等。

(3)科學測量

化學是一門精確的科學,許多科學數據需要準確的測量,例如各種化學物質的密度、硬度、熔點、沸點、相對原子質量、電極電勢、反應熱等,需要運用儀表工具進行科學測量和統計。隨著現代測量技術的不斷提高,化學測量得到了巨大的提高,儀器越來越精密,測量數據越來越準確。

2. 科學抽象方法

科學抽象就是在思維中排除事物次要的、非本質的因素,抽取出其固有的、本質特征的一種科學方法,是透過現象獲取本質的過程。化學研究的是物質內部的微觀結構,感官直接感知不到,化學反應的過程也是轉瞬即逝,很難把握。所以要運用科學抽象的方法,透過物質的外觀和反應現象,解釋物質的組成和反應機理。例如,元素、原子、分子等化學概念是具體的微觀物質存在,并不能直接感知,需要運用抽象的方法進行提煉。而象分子—原子學說、化學平衡移動原理等化學原理也是在經驗材料和實驗事實基礎上,抽象概括出來的化學規律。 化學符號是描述具體化學物質、狀態、反應、過程、操作等標志性的化學用語,其形成就是一個抽象過程。現代化學符號體系包括元素符號、化學式、化學方程式、電離方程式、離子方程式、電子式、結構式、原子和分子軌道表示式,及一些輔助性符號,如===、△、↑、↓、→等,是國際通用的,具有交流和傳播化學信息的功能,使化學研究變得方便、快捷。

3. 邏輯推理方法

歸納和演繹是兩種基本的邏輯推理方法。歸納是從實驗和觀測事實材料出發,推導出理論性的結論,是個別到一般的推理方法。例如,拉瓦錫根據H2SO4、HNO3、H3PO4都含有氧元素,便歸納出酸中都含有氧元素的結論,是歸納在化學中的最早應用,后來化學家發現HCl、H2S等屬于酸,才進一步歸納出氫元素是酸的本質。

演繹是一般規律推導出科學事實的方法,是一般到個別的推理過程。俄國門捷列夫發現元素周期律之后,指出元素鎵的密度并不是當時所公認的4.7,而是在5.9—6之間,這令遠在法國的科學家、鎵的發現者瓦博布朗十分詫異,當他帶著懷疑的態度進一步測定鎵的密度,結果是5.96,完全證實了門捷列夫的演繹推理結論是正確的。

4. 分析與綜合方法

分析是把客觀對象的整體分解為幾部分,并分別加以認識和研究的方法。波義耳在《懷疑的化學家》一書中寫道:“化學的目的就是認識物質的結構,而認識的方法就是分析”。分析內容分為定性分析和定量分析,定性分析的任務是鑒定物質的組成,而定量分析的任務是測定各組分的相對含量。

與分析方法相對應的是綜合方法,它是把研究對象的各部分的特點和性質聯系起來考察,從整體上認識和把握研究對象的方法。化學上,當確定物質的組成和結構時,需要一一分析所含的每一種元素,再把這些元素和結構信息結合起來,才能最終確定物質的構成。分析和綜合雖然是兩個相反的思維過程,但它們是相輔相成、辯證統一的。

5. 比較方法

比較是辨別異同、區別事物之間的相同點和不同點的邏輯方法。比較方法在化學探索中發揮了重要作用,化學家波義耳就是比較了古代泰勒斯的“水”、赫拉克利特的“火”、德謨克利特的“原子”等元素說,以及恩培多克勒的“水、火、氣、土”四元素說和煉金術中的“汞、硫、鹽”三原子說,得出了科學的元素概念。

化學知識非常零碎,但在化學物質、化學反應、化學實驗、化學結構、化學原理之間普遍存在著個性和共性,在學習時,運用比較方法,可以使知識系統化、網絡化,容易記憶和理解。在化學實驗中有兩種比較方法:對照試驗和空白試驗,用來證明某種因素對實驗結果的影響,減少或消除誤差。

21世紀是一個科學技術迅猛發展的時代,人們如何面對未來的挑戰,掌握和運用科學的方法,無疑是一個有力的武器,對科學方法的研究也是對科學技術發展的一個推動。

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