關(guān)于中學(xué)化學(xué)要滲透科學(xué)方法
王云峰
方法是指按照某種途徑,達(dá)到某種目標(biāo)或做某事的辦法或手段。科學(xué)方法是指認(rèn)識(shí)自然或獲得科學(xué)知識(shí)的程序或技巧,其步驟系統(tǒng)、有序,合乎邏輯。化學(xué)是一門研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的自然科學(xué),其中蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)思想和科學(xué)方法。化學(xué)教育不僅僅是純粹化學(xué)知識(shí)的講解,還包括對(duì)學(xué)生科學(xué)方法的傳授,是培養(yǎng)學(xué)生思維能力和創(chuàng)新能力的重要手段,也是素質(zhì)教育的發(fā)展方向。學(xué)生掌握了科學(xué)方法,在以后的學(xué)習(xí)及工作實(shí)踐中,都是大有裨益的。本文介紹五種常見(jiàn)的科學(xué)方法,供參考。
1. 科學(xué)經(jīng)驗(yàn)方法
科學(xué)經(jīng)驗(yàn)方法是一種通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)、測(cè)量等實(shí)際操作,直接作用于自然對(duì)象,獲取科學(xué)事實(shí)的方法。具體包括以下三種方法:
(1)科學(xué)觀察
科學(xué)觀察是運(yùn)用感官或者科學(xué)儀器,有目的、有步驟地考察自然現(xiàn)象和研究對(duì)象的方法,是科學(xué)研究的基本方法,也是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要途徑。在化學(xué)領(lǐng)域使用觀察方法表現(xiàn)在:觀察物質(zhì)的顏色、氣味、形態(tài),各種化學(xué)變化的反應(yīng)現(xiàn)象,如火焰、熱效應(yīng)、生成物的狀態(tài)、反應(yīng)快慢等。化學(xué)觀察要求客觀、全面、深入、細(xì)致入微,現(xiàn)代科學(xué)儀器為化學(xué)觀察提供了先進(jìn)的科學(xué)手段。
(2)科學(xué)實(shí)驗(yàn)
科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法是人們通過(guò)科學(xué)儀器和設(shè)備在有目的地干預(yù)控制或模擬客觀對(duì)象條件下,獲取科學(xué)事實(shí)的一種研究方法。化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué),實(shí)驗(yàn)方法是化學(xué)研究中最基本、最常用的方法。化學(xué)實(shí)驗(yàn)一般可分為定性實(shí)驗(yàn)和定量實(shí)驗(yàn),其中定性實(shí)驗(yàn)用于判定對(duì)象物質(zhì)是否存在及成分是什么,或者用來(lái)檢驗(yàn)物質(zhì)的性質(zhì),證明化學(xué)規(guī)律等。定量實(shí)驗(yàn)是在定性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,利用化學(xué)儀器測(cè)量各物質(zhì)間的數(shù)量關(guān)系,及探索化學(xué)規(guī)律的數(shù)量特征等。
(3)科學(xué)測(cè)量
化學(xué)是一門精確的科學(xué),許多科學(xué)數(shù)據(jù)需要準(zhǔn)確的測(cè)量,例如各種化學(xué)物質(zhì)的密度、硬度、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、相對(duì)原子質(zhì)量、電極電勢(shì)、反應(yīng)熱等,需要運(yùn)用儀表工具進(jìn)行科學(xué)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)。隨著現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的不斷提高,化學(xué)測(cè)量得到了巨大的提高,儀器越來(lái)越精密,測(cè)量數(shù)據(jù)越來(lái)越準(zhǔn)確。
2. 科學(xué)抽象方法
科學(xué)抽象就是在思維中排除事物次要的、非本質(zhì)的因素,抽取出其固有的、本質(zhì)特征的一種科學(xué)方法,是透過(guò)現(xiàn)象獲取本質(zhì)的過(guò)程。化學(xué)研究的是物質(zhì)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu),感官直接感知不到,化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程也是轉(zhuǎn)瞬即逝,很難把握。所以要運(yùn)用科學(xué)抽象的方法,透過(guò)物質(zhì)的外觀和反應(yīng)現(xiàn)象,解釋物質(zhì)的組成和反應(yīng)機(jī)理。例如,元素、原子、分子等化學(xué)概念是具體的微觀物質(zhì)存在,并不能直接感知,需要運(yùn)用抽象的方法進(jìn)行提煉。而象分子—原子學(xué)說(shuō)、化學(xué)平衡移動(dòng)原理等化學(xué)原理也是在經(jīng)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)上,抽象概括出來(lái)的化學(xué)規(guī)律。 化學(xué)符號(hào)是描述具體化學(xué)物質(zhì)、狀態(tài)、反應(yīng)、過(guò)程、操作等標(biāo)志性的化學(xué)用語(yǔ),其形成就是一個(gè)抽象過(guò)程。現(xiàn)代化學(xué)符號(hào)體系包括元素符號(hào)、化學(xué)式、化學(xué)方程式、電離方程式、離子方程式、電子式、結(jié)構(gòu)式、原子和分子軌道表示式,及一些輔助性符號(hào),如===、△、↑、↓、→等,是國(guó)際通用的,具有交流和傳播化學(xué)信息的功能,使化學(xué)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(shí)驗(yàn)和觀測(cè)事實(shí)材料出發(fā),推導(dǎo)出理論性的結(jié)論,是個(gè)別到一般的推理方法。例如,拉瓦錫根據(jù)H2SO4、HNO3、H3PO4都含有氧元素,便歸納出酸中都含有氧元素的結(jié)論,是歸納在化學(xué)中的最早應(yīng)用,后來(lái)化學(xué)家發(fā)現(xiàn)HCl、H2S等屬于酸,才進(jìn)一步歸納出氫元素是酸的本質(zhì)。
演繹是一般規(guī)律推導(dǎo)出科學(xué)事實(shí)的方法,是一般到個(gè)別的推理過(guò)程。俄國(guó)門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律之后,指出元素鎵的密度并不是當(dāng)時(shí)所公認(rèn)的4.7,而是在5.9—6之間,這令遠(yuǎn)在法國(guó)的科學(xué)家、鎵的發(fā)現(xiàn)者瓦博布朗十分詫異,當(dāng)他帶著懷疑的態(tài)度進(jìn)一步測(cè)定鎵的密度,結(jié)果是5.96,完全證實(shí)了門捷列夫的演繹推理結(jié)論是正確的。
4. 分析與綜合方法
分析是把客觀對(duì)象的整體分解為幾部分,并分別加以認(rèn)識(shí)和研究的方法。波義耳在《懷疑的化學(xué)家》一書(shū)中寫道:“化學(xué)的目的就是認(rèn)識(shí)物質(zhì)的結(jié)構(gòu),而認(rèn)識(shí)的方法就是分析”。分析內(nèi)容分為定性分析和定量分析,定性分析的任務(wù)是鑒定物質(zhì)的組成,而定量分析的任務(wù)是測(cè)定各組分的相對(duì)含量。
與分析方法相對(duì)應(yīng)的是綜合方法,它是把研究對(duì)象的各部分的特點(diǎn)和性質(zhì)聯(lián)系起來(lái)考察,從整體上認(rèn)識(shí)和把握研究對(duì)象的方法。化學(xué)上,當(dāng)確定物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)時(shí),需要一一分析所含的每一種元素,再把這些元素和結(jié)構(gòu)信息結(jié)合起來(lái),才能最終確定物質(zhì)的構(gòu)成。分析和綜合雖然是兩個(gè)相反的思維過(guò)程,但它們是相輔相成、辯證統(tǒng)一的。
5. 比較方法
比較是辨別異同、區(qū)別事物之間的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)的邏輯方法。比較方法在化學(xué)探索中發(fā)揮了重要作用,化學(xué)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(shuō),以及恩培多克勒的“水、火、氣、土”四元素說(shuō)和煉金術(shù)中的“汞、硫、鹽”三原子說(shuō),得出了科學(xué)的元素概念。
化學(xué)知識(shí)非常零碎,但在化學(xué)物質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)結(jié)構(gòu)、化學(xué)原理之間普遍存在著個(gè)性和共性,在學(xué)習(xí)時(shí),運(yùn)用比較方法,可以使知識(shí)系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化,容易記憶和理解。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中有兩種比較方法:對(duì)照試驗(yàn)和空白試驗(yàn),用來(lái)證明某種因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,減少或消除誤差。
21世紀(jì)是一個(gè)科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的時(shí)代,人們?nèi)绾蚊鎸?duì)未來(lái)的挑戰(zhàn),掌握和運(yùn)用科學(xué)的方法,無(wú)疑是一個(gè)有力的武器,對(duì)科學(xué)方法的研究也是對(duì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)推動(dòng)。