吳永才

（常州市教育教研室 江蘇 常州 213001）

新課程旨在進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。而能力既依賴于知識，更依賴于方法。蘇教版高中化學(xué)新教材在幫助學(xué)生建構(gòu)學(xué)科知識體系的同時，也力圖建構(gòu)符合學(xué)生發(fā)展需求的科學(xué)方法體系。

科學(xué)方法是人們認(rèn)識客觀世界而采取的各種手段和途徑。新教材以“化學(xué)是一門中心的、實(shí)用的、創(chuàng)造性的科學(xué)”為核心科學(xué)思想，將科學(xué)素養(yǎng)與人文素養(yǎng)有機(jī)整合，將知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三者和諧統(tǒng)一。新教材中強(qiáng)調(diào)的科學(xué)方法主要是指對所有學(xué)生發(fā)展都具有非常重要價值的科學(xué)研究的一般方法，主要包括獲取經(jīng)驗(yàn)性材料（或科學(xué)事實(shí)）的方法和理性思維的方法兩大方面。

一、獲取經(jīng)驗(yàn)性材料的方法

1．觀察法

觀察法是指人們在自然發(fā)生的條件下，通過感官或借助于儀器，有目的、有計(jì)劃地考察研究對象，從而獲得經(jīng)驗(yàn)性材料的方法。觀察法是科學(xué)研究的一種基本方法，是有目的、有計(jì)劃的認(rèn)知活動。因此，觀察時要有明確的目的和計(jì)劃，要多思考、多提問，要多交流、多討論，要及時記錄、有時還需要測量，要全面細(xì)致和實(shí)事求是。新教材中的觀察法主要包括觀察實(shí)驗(yàn)、觀察模型、觀察圖表等方面。如化學(xué)反應(yīng)速率概念的學(xué)習(xí)，必修教材中要求學(xué)生觀察并比較等物質(zhì)的量濃度的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液與等濃度的鹽酸反應(yīng)的情況；選修教材中要求學(xué)生觀察H2O2溶液在室溫下分解時 c（H2O2）與時間（t）的變化及 N2O5在四氯化碳溶液中發(fā)生分解反應(yīng)時N2O5、NO2、O2三者濃度與時間的變化，通過比較、分析、計(jì)算、歸納出化學(xué)反應(yīng)速率的概念和表示方法。又如同分異構(gòu)體概念的學(xué)習(xí)，必修教材中要求學(xué)生觀察戊烷的三種結(jié)構(gòu)模型和分子組成為C2H6O的兩種有機(jī)物 （乙醇和二甲醚）的球棍模型及結(jié)構(gòu)式；選修教材中要求學(xué)生觀察三組有機(jī)分子結(jié)構(gòu)：①分子式為C4H10的烷烴②分子式為C4H8的烯烴③乳酸，在學(xué)習(xí)了解戊烷的三種同分異構(gòu)體的基礎(chǔ)上，對同分異構(gòu)現(xiàn)象（碳鏈異構(gòu)、順反異構(gòu)、對映異構(gòu)）有更新的認(rèn)識，對同分異構(gòu)體概念有更深的理解。觀察法從現(xiàn)象到本質(zhì)、從具體到抽象、從特殊到一般的學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富和認(rèn)知的不斷發(fā)展。

2．實(shí)驗(yàn)法

實(shí)驗(yàn)法是指人們從自然現(xiàn)象中提取所期望的東西，是在觀察的基礎(chǔ)上探索規(guī)律的主要方法，實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識、解決生產(chǎn)和生活中的實(shí)際問題的重要途徑。新教材改變了傳統(tǒng)的教師演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)要求明確的特點(diǎn)，以實(shí)驗(yàn)建議、信息提示、思路啟迪、技術(shù)支持等方式增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的選擇性、自主性、開放性和創(chuàng)造性，增加了學(xué)生自主、合作、探究的機(jī)會，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中既有獨(dú)立思考、又有集體協(xié)作，既有個人發(fā)現(xiàn)、又有共同分享。在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和內(nèi)容的呈現(xiàn)方式上巧妙地滲透了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的對比思想和控制變量的思想，如溶液、膠體在光照下的現(xiàn)象對比，溴水在加入四氯化碳前后溶液中的現(xiàn)象對比等生動的實(shí)驗(yàn)事實(shí)不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，也提升了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。又如反應(yīng)熱的測量，新教材中假設(shè)溶液的比熱與水的比熱相等，溶液的密度與水的密度相等，忽略量熱計(jì)的比熱，根據(jù)溶液溫度升高的數(shù)值來計(jì)算反應(yīng)熱的大小，強(qiáng)調(diào)了控制變量的思想，啟發(fā)學(xué)生在科學(xué)研究中、探索僅靠觀察所看不到的未知的過程中，必須對研究對象進(jìn)行人為控制或施加某種影響。實(shí)驗(yàn)中控制變量的思想在選修教材《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》中有更充分和真實(shí)的體現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)化學(xué)反應(yīng)總是在一定條件下進(jìn)行，突出人在科學(xué)研究中主觀能動性的獨(dú)立性和有限性，使學(xué)生充分認(rèn)識化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)和運(yùn)用實(shí)驗(yàn)法的基本要求。

3．調(diào)查法

調(diào)查法是科學(xué)研究常用的方法，調(diào)查時需要明確調(diào)查的目的和調(diào)查對象，制定合理的調(diào)查方案，采取合理的調(diào)查方式，記錄、整理和分析調(diào)查結(jié)果。新教材指導(dǎo)學(xué)生初步了解和學(xué)會基本的調(diào)查方法，如原子晶體在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的重要應(yīng)用，各種維生素的生理、營養(yǎng)功能和溶解性，紡織品的品種、性能和價格，減少大氣中二氧化碳的含量的建議和利用二氧化碳為人類服務(wù)的方案，居室空氣中污染物的來源及危害，家用燃料的燃燒效率以及水的飲用等化學(xué)知識的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生查閱資料、訪問、咨詢、試驗(yàn)來獲取感性認(rèn)識，并能進(jìn)一步上升為理性認(rèn)識，使學(xué)生的體驗(yàn)有效轉(zhuǎn)化為經(jīng)驗(yàn)。

4．模擬法

在科學(xué)研究中，有時不能對研究對象直接進(jìn)行控制，需要設(shè)計(jì)和構(gòu)想研究對象的替代物，通過研究替代物來獲取經(jīng)驗(yàn)性材料，這種方法稱為模擬法。如氯化鈉在水中的電離過程、氯化鈉中離子鍵的形成、熔融氯化鈉通電前后離子的運(yùn)動、氧化鎂的形成過程及分子碰撞等微觀過程，新教材引領(lǐng)并要求教師能用動畫模擬的方法來展開教學(xué)；對映異構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)等一些抽象的知識內(nèi)容，可采用比較手的鏡像、乒乓球的堆積來展開教學(xué)。模擬法可幫助學(xué)生從宏觀的角度來認(rèn)識微觀世界，從具體形象的角度來理解所學(xué)的知識。

二、理性思維的方法

1．分析和綜合

分析是將研究對象的整體分解為若干部分、要素、階段和層次，并分別加以研究的方法。分析可分為定性分析、定量分析、因素分析、可逆分析、結(jié)構(gòu)分析和元過程分析等諸多方面。如學(xué)習(xí)氯氣的性質(zhì)，可從物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)兩方面來分析，物理性質(zhì)又可從顏色、狀態(tài)、氣味、密度、溶解性和熔沸點(diǎn)等方面來分析，化學(xué)性質(zhì)又可從氯氣與金屬、非金屬、水、堿、鹽溶液等角度來定性分析。又如學(xué)習(xí)分散系時，可從溶液、膠體、懸濁液和乳濁液等分散質(zhì)微粒直徑的大小來定量分析。再如學(xué)習(xí)有機(jī)物的推斷和合成時，可從有機(jī)物的結(jié)構(gòu)角度來分析，定性和定量相結(jié)合來分析。從近代科學(xué)到現(xiàn)代科學(xué)，一個基本特點(diǎn)就是把事物分成一段段、一層層地去研究。如果分析得當(dāng)，可窺一斑而見全豹，如果分析不當(dāng)，容易導(dǎo)致只見樹木不見森林。綜合是指把研究對象的各個部分或各個方面聯(lián)系起來考察，從整體上去認(rèn)識和把握研究對象的方法。如學(xué)習(xí)影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素時，可從濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等幾個方面聯(lián)系起來分析研究化學(xué)反應(yīng)的快慢和反應(yīng)進(jìn)行的程度。根據(jù)事物發(fā)展、變化的特點(diǎn)可以靈活地運(yùn)用分析和綜合的方法，明確分析是綜合的基礎(chǔ)，綜合是分析的發(fā)展，二者是相互依存、相互滲透、甚至是相互轉(zhuǎn)化的。

2．歸納與演繹

歸納是從特殊事實(shí)中概括出一般原理或規(guī)律，而演繹是根據(jù)一類事物都有的一般屬性、關(guān)系、本質(zhì)來推斷這類事物的個別事物所具有的屬性、關(guān)系和本質(zhì)，歸納和演繹是一對思維方向相反的推理形式和思維方法。化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，大量的化學(xué)知識的學(xué)習(xí)是在觀察、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上運(yùn)用歸納而完成的，而知識的運(yùn)用和新知識的學(xué)習(xí)可以通過演繹來實(shí)現(xiàn)，從特殊到一般、從一般到特殊是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要思想方法。如門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律是運(yùn)用歸納法的典型事例，新教材中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)元素周期律也是采用了歸納的方法，而學(xué)習(xí)蓋斯定律及應(yīng)用則是采用了演繹的方法?；瘜W(xué)平衡常數(shù)的建立采用了歸納法，而以后的電離平衡常數(shù)的學(xué)習(xí)則采用了演繹的方法。新教材的設(shè)計(jì)可謂煞費(fèi)心思，一方面尊重科學(xué)事實(shí)和科學(xué)發(fā)展的歷史，另一方面遵循學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律和符合學(xué)生身心發(fā)展的特點(diǎn)。

歸納與演繹各有優(yōu)勢，也各有有限性，二者是互為補(bǔ)充、相輔相成的。從近代科學(xué)到現(xiàn)代科學(xué)，以觀察（實(shí)驗(yàn)）-歸納為主的方法逐漸讓位于以假說-演繹為主的方法?，F(xiàn)代科學(xué)從總體上來說，已經(jīng)不是處在經(jīng)驗(yàn)材料的收集階段，而是處于高度的理論概括和演繹的階段。人們能夠憑借數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等工具來提出假說，然后演繹出理論體系或具體推論，再通過觀察和實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)。因此，在應(yīng)用假說-演繹法時，仍需要以經(jīng)驗(yàn)歸納法做補(bǔ)充，以一定的實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)。

3．比較與類比

比較是找出研究對象的同一性和差異性，是一種學(xué)生應(yīng)知應(yīng)會的基礎(chǔ)思維方法。新教材中廣泛采用了比較的方法，如四種無機(jī)化學(xué)基本反應(yīng)類型比較、兩種鹽（NH4Cl、CH3COONa）水解過程比較、碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質(zhì)比較、防止鋼鐵的腐蝕方法比較、化學(xué)鍵類型的比較、晶體中原子的堆積方式比較、1 mol氣體的體積與一只籃球的體積比較、晶胞與晶體的關(guān)系與磚塊與墻的關(guān)系比較、合成有機(jī)玻璃的兩種路線比較、工業(yè)生產(chǎn)異丙苯的兩種工藝流程比較等多種比較，運(yùn)用表格、圖型、實(shí)物、模型等多種比較方式，來幫助引導(dǎo)學(xué)生在求同、求異的過程中，建立新舊知識的內(nèi)在聯(lián)系，加深對所學(xué)知識的本質(zhì)理解。又如大理石與鹽酸的反應(yīng)，比較你與其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如有差異，分析產(chǎn)生差異的可能原因。亞硝酸鈉的鑒別，在你和同學(xué)設(shè)計(jì)的各種實(shí)驗(yàn)方案中，哪一種最簡便、實(shí)驗(yàn)效果最好？如上問題的設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主、合作學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)的交流、情感的溝通、思維的碰撞及能力的提升。

類比是一種以比較為基礎(chǔ)的邏輯推理方法，是根據(jù)兩個研究對象的相同或相似方面來推斷它們在其他方面一致性的一種思維方法，是從特殊到特殊、一般到一般的一種非必然性推理。類比推理的學(xué)習(xí)活動就是將要學(xué)習(xí)的信息與已經(jīng)掌握的信息進(jìn)行聯(lián)系，表現(xiàn)在三個方面：①類比使學(xué)習(xí)者自動地搜索類似的已有信息；②類比激發(fā)學(xué)習(xí)者搜索自己認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的類似信息；③學(xué)習(xí)者使用類比可以生成類似的信息。如在物質(zhì)的量濃度知識的教學(xué)過程中，可啟發(fā)學(xué)生積極主動地把質(zhì)量百分比濃度與物質(zhì)的量濃度聯(lián)系起來，將相似的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行類比，從而加快、加深學(xué)生對新學(xué)知識的理解。又如學(xué)習(xí)了從海水中提取鎂后，可啟發(fā)學(xué)生從金屬活動性及金屬冶煉方法的角度來學(xué)習(xí)從鋁土礦中提取鋁、從自然界中獲取鐵和銅等知識內(nèi)容。再如學(xué)習(xí)了工業(yè)上制備硫酸后，可啟發(fā)學(xué)生從制備原理與方法的角度來學(xué)習(xí)工業(yè)上制備硝酸，新教材中先后呈現(xiàn)的兩個流程圖給了我們以較好的啟示。總之，類比是提出化學(xué)假說的重要手段，是探索未知事物的重要途徑，是解決具體化學(xué)問題的有力武器。

4．聯(lián)想與想象

聯(lián)想是兩個或兩個以上表象的聯(lián)絡(luò)過程，想象是許多表象的融合形成新表現(xiàn)的過程。聯(lián)想和想象是形象思維的重要部分，是創(chuàng)造性思維的重要特征。原子結(jié)構(gòu)模型的演變、科學(xué)家怎樣研究有機(jī)物等內(nèi)容向?qū)W生介紹了科學(xué)家科學(xué)探究的過程和方法，不僅豐富了知識，開闊了眼界，更給予了學(xué)生聯(lián)想與想象的機(jī)會。在知識的學(xué)習(xí)過程中有何啟迪、受何啟發(fā)等一些開放性問題的設(shè)計(jì)，使學(xué)生的聯(lián)想與想象能力的培養(yǎng)成為了現(xiàn)實(shí)。

5．假說方法

假說是以一定的科學(xué)事實(shí)和科學(xué)原理為依據(jù)的關(guān)于未知事物及其規(guī)律所作出的一種假定性說明。假說是科學(xué)理論發(fā)展的必有階段，是科學(xué)研究的重要方法。假說的結(jié)論不一定正確，需要在進(jìn)一步的研究中加以證實(shí)或證偽。如在學(xué)習(xí)配合物的形成時，要求學(xué)生先比較兩個反應(yīng)，后提出設(shè)想，再進(jìn)一步研究四氨合銅離子的形成，從而得出相關(guān)結(jié)論。又如，在學(xué)習(xí)影響酶催化活性的主要因素時，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出假說，而假說有待進(jìn)一步的驗(yàn)證，從而得出結(jié)論。從發(fā)現(xiàn)問題到提出假說，從驗(yàn)證假說到得出結(jié)論，假說中常采用歸納與類比的方法。學(xué)生了解了假說方法，且在探究性學(xué)習(xí)中多次體會假說的意義。

6．?dāng)?shù)學(xué)方法

馬克思認(rèn)為，一種科學(xué)只有在成功地運(yùn)用了數(shù)學(xué)之后，才算達(dá)到了完善的地步。在化學(xué)教與學(xué)的過程中只有正確把握數(shù)學(xué)方法與化學(xué)問題的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，將化學(xué)問題抽象為數(shù)學(xué)問題，利用數(shù)形結(jié)合、對稱分析、等價轉(zhuǎn)化、分類討論、函數(shù)與方程、排列組合、不等式、極限等數(shù)學(xué)思想方法來解決實(shí)際的化學(xué)問題，才能使化學(xué)學(xué)科發(fā)展到新的層次和高度。如化學(xué)平衡常數(shù) （K）和電離平衡常數(shù)（Ka）的建立與應(yīng)用，中和滴定中根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制滴定曲線、研究滴定過程中的pH值的變化，同分異構(gòu)體的分析與判斷，圖表數(shù)據(jù)的分析與處理等實(shí)際化學(xué)問題的解決無不在考查學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)方法的能力。

7．模型方法

無論是在科學(xué)研究還是學(xué)習(xí)科學(xué)的過程中，模型方法都起著十分重要的作用。模型方法是以研究模型來揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法，是以簡化和直觀的形式來顯示復(fù)雜事物或過程的手段。模型可分為物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型三種。物理模型是指以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識對象特征的模型，如球棍模型、比例模型、結(jié)構(gòu)模型、實(shí)物圖片、照片、示意圖、流程圖等。概念模型是指以文字表達(dá)來抽象概括出事物本質(zhì)特征的模型，如元素周期律的概念模型（元素的性質(zhì)隨著原子序數(shù)的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化）。數(shù)學(xué)模型是指用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式，如函數(shù)圖象中化學(xué)量之間的關(guān)系。

8．系統(tǒng)分析法

系統(tǒng)分析法是指在明確系統(tǒng)的邊界后，在分析系統(tǒng)組成要素、層次結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分析系統(tǒng)各組分間相互影響的定量關(guān)系，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并利用計(jì)算機(jī)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使系統(tǒng)具有功能整合作用的問題分析法，是一種現(xiàn)代的科學(xué)方法。限于高中學(xué)生的發(fā)展水平和需要，新教材并不要求學(xué)生掌握完整的系統(tǒng)分析法，而是重在領(lǐng)悟方法的思想，初步學(xué)會從系統(tǒng)的整體出發(fā)，如模塊學(xué)習(xí)、專題和單元學(xué)習(xí)等，分析整體與局部、部分與部分、整體與外部環(huán)境之間的相互關(guān)系。

新教材在建構(gòu)科學(xué)方法體系的同時，充分考慮化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，廣泛運(yùn)用宏觀與微觀相結(jié)合、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)相結(jié)合、定性與定量相結(jié)合、特殊和一般相結(jié)合等化學(xué)學(xué)科思想和方法，強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用和可持續(xù)發(fā)展，將科學(xué)思想與科學(xué)方法融為一體，使化學(xué)學(xué)科成為科學(xué)思想和科學(xué)方法的載體。另外，新教材中蘊(yùn)藏著世界是物質(zhì)的、而物質(zhì)的運(yùn)動是永恒的，矛盾是對立統(tǒng)一的，事物是普遍聯(lián)系的，內(nèi)因與外因共同影響事物的發(fā)展，量變會引起質(zhì)變等豐富的哲學(xué)思想方法，有效指導(dǎo)著教學(xué)實(shí)踐活動，對學(xué)生的智能與情意發(fā)展也產(chǎn)生積極深遠(yuǎn)的影響。

綜上所述，蘇教版高中化學(xué)新教材中的科學(xué)方法體系內(nèi)容豐富，教材編寫者根據(jù)不同模塊的教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)和學(xué)生認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行了精心的設(shè)計(jì)。新教材中的科學(xué)方法，有些是專門介紹的，有些是滲透在字里行間的，有些是通過學(xué)生的活動來練習(xí)和運(yùn)用的，有些則是讓學(xué)生在分析案例的過程中體會和領(lǐng)悟的。筆者撰寫本文，意在拋磚引玉，重在強(qiáng)調(diào)和突出過程與方法的教學(xué)，讓過程和方法的教學(xué)彰顯其無窮的魅力，使學(xué)生真正學(xué)會用化學(xué)的眼光和科學(xué)的思維去審視我們賴以生存的世界。