淺談幾類化學(xué)創(chuàng)新思維方法
搞 要:讓學(xué)生了解化學(xué)創(chuàng)新思維的方法,等于讓學(xué)生掌握了創(chuàng)新活動的鑰匙。本文以化學(xué)內(nèi)容舉例,總結(jié)歸納出化學(xué)創(chuàng)新思維的三類方法,一是思維邏輯創(chuàng)新類:求同思維、求異思維、逆向思維;二是操作方法創(chuàng)新類:模擬法、分解法、重組法、替換法、改變角度法、類推法;三是思維形式創(chuàng)新類:抽象思維法、形象思維法、靈感思維法。 關(guān)鍵詞:化學(xué)創(chuàng)新思維方法、思維邏輯創(chuàng)新、操作方法創(chuàng)新、思維形式創(chuàng)新。 愛因斯坦說“方法比知識更重要”。要培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力,就要重視利用課堂滲透化學(xué)創(chuàng)新思維的方法,使學(xué)生掌握創(chuàng)新思維的規(guī)律,在化學(xué)的學(xué)習(xí)過程中迸發(fā)出更多的創(chuàng)新思維的火花。創(chuàng)新思維的方法很多,能結(jié)合化學(xué)內(nèi)容介紹給學(xué)生的創(chuàng)新思維方法有哪些呢?在此,筆者作一點(diǎn)粗淺的歸納。
一、思維邏輯創(chuàng)新
⒈求同思維法 也就是“收斂思維”。即在多種事物中尋求相同的規(guī)律,或?qū)ふ医鉀Q多個問題的相同方法。具體在化學(xué)上如多題一解、多儀一用(多種儀器同一用途),多物一性(多種元素、多種物質(zhì)具有相似的性質(zhì)和具相似的規(guī)律)等。
多題一解:即多個題目用同一種方法解答。如已知某兩個量及這兩個量的平均值,求這兩個量的比值的題目,都可以用“十字交叉法”。
例:⑴已知兩種質(zhì)量(或體積)分?jǐn)?shù)的溶液(或氣體)欲混合為一定質(zhì)量(或體積)分?jǐn)?shù)的混合溶液(或混合氣體),求兩混合成份的比例(如MCE91年27題);
⑵已知兩種烴的分子式及其這兩烴混合物的平均分子式,求混合物中兩烴的比例(如MCE 99年21題、MCE91年42題);
⑶已知某元素只有兩種同位素,告知兩種同位素的質(zhì)量數(shù)、平均原子量,求兩種同位素的原子個數(shù)比(如MCE 99年廣東卷4題:求銥的兩同位素的原子個數(shù)比),都能用“十字交叉法”求解。
多儀一用:如大試管、錐形瓶、燒瓶、集氣瓶、U形管加上橡皮塞和導(dǎo)管,都可以用作制取H2(或CO2)的氣體發(fā)生裝置的容器;集氣瓶、試管、錐形瓶、燒瓶都可以用來收集氣體......
等官能團(tuán)的烯烴、炔烴、芳烴、醛類、氰基)等都可以催化加氫。…….
⒉求異思維法 即“發(fā)散思維”。解決某一問題時提出多種途徑、多種方法,并比較得出最佳途徑和方法。如一題多解,一儀多用(同一儀器、同一裝置多種用途)等。
一題多解:同一習(xí)題用不同的方法求解。
例:MCE99年33 題第⑵問(求電中性的Ni 0.97O中Ni3+與Ni2+的離子數(shù)之比)就有多種解法:
⑴方程法:象參考答案那樣設(shè)未知數(shù)列方程式解;
⑵倍比法:將其擴(kuò)大100倍變?yōu)?/span>Ni97O100,則:100個Ni2+離子中有3個空位,又因?yàn)槊?/span>1個離變空位會有2個Ni3+,則;
⑶十字交叉法:設(shè)Ni的平均化合價為x,則
0.97×x =2,則 ,用十字交叉法得:
⑷推理法:要保持電中性,必須每1個Ni2+空缺就有2個Ni3+,故Ni3+數(shù)為
(1—0.97) ×2=0.06 , 所以:
類似的例子很多。
一儀多用:如制氧裝置還可以作什么?(制NH3,制CH4,加熱Cu2(OH)2CO3、NaHCO3檢測其分解產(chǎn)物......),洗氣瓶還有哪些用途?(倒過來通氣可用作排水集氣、可作貯氣瓶、不裝液體用于兩種氣體的混合.......);水浴加熱裝置可以用作制銀鏡、制酚醛樹脂、酯和糖類的水解,加上溫度計可用于測定物質(zhì)的溶解度等等。
⒊逆向思維法 即從逆方向假設(shè)推理??捎糜诶碚摵托再|(zhì)推斷、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)及解答習(xí)題等。如解某些框圖推斷題、步驟較多的計算題,可以由結(jié)論向前步步推出條件;又如追蹤化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的反常現(xiàn)象:通過測定反應(yīng)產(chǎn)物的性質(zhì)倒推回去。
再如用于理論、性質(zhì)和實(shí)驗(yàn):⑴“電解池”把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能;倒過來,能否將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能呢?能:原電池。⑵Cl2通入水中生成HCl和HClO:Cl2+H2O=HCl+HclO;倒過來,HCl和HClO能否反應(yīng)生成Cl2 呢?能:濃鹽酸加入NaClO或Ca(ClO)2中就可以產(chǎn)生Cl2 ;⑶“排水集氣法”是通入氣體排出水,能否倒過來呢?有:貯氣瓶就是加入水排出氣體;⑷初中化學(xué)用吸濾瓶模擬滅火器原理是使瓶內(nèi)所壓增大讓液體向外噴,而高中的噴泉實(shí)驗(yàn)則是使瓶內(nèi)氣壓減小使液體往里噴......
二、操作方法創(chuàng)新類:
例如:初中學(xué)習(xí)了制H2的簡易裝置、啟普發(fā)生器,請學(xué)生在活動課或課外活動,利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器及有關(guān)廢品,組裝出具有啟普發(fā)生器功能的H2發(fā)生裝置。教師先展示兩個改進(jìn)型裝置(并分析:在橡皮管處夾上或松開彈簧夾,由于氣壓的變化,就可以象啟普發(fā)生器那樣隨時令反應(yīng)停止或進(jìn)行),見(圖-1)。
經(jīng)引導(dǎo),部分學(xué)生還利用氰霉素瓶代替容器、自行車氣門芯或輸液管代替橡皮導(dǎo)管、空園珠筆芯代替玻璃導(dǎo)管、一次性針頭代替尖嘴管、一次性塑料針管用于收集有毒氣體、塑料眼藥水瓶用作滴管、塑料瓶蓋用作水槽等,制成了一些方便實(shí)用的的微型實(shí)驗(yàn)器。在這些創(chuàng)造性的活動中,學(xué)生就是利用已學(xué)知識,對現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行模擬和創(chuàng)新。
⒉分解法:即將某一事物分解成幾個部分,分析和利用各部分的功能及特性的方法。如化學(xué)實(shí)驗(yàn)的加熱分解、電解。這是西方的“點(diǎn)金術(shù)”、中國的“煉丹術(shù)”、及近現(xiàn)代化學(xué)發(fā)現(xiàn)和制取新物質(zhì)、推動化學(xué)科學(xué)發(fā)展的重要方法。在教學(xué)中,要求學(xué)生在分析某化學(xué)反應(yīng)原理、某有機(jī)物特定官能團(tuán)的性質(zhì)、某化學(xué)污染物的組成,解答過程比較復(fù)雜習(xí)題,都可以用此方法。
像加熱Cu2(OH)2CO3、實(shí)驗(yàn)室制O2、電解H2O、制堿金屬單質(zhì)、探究原子及原子核組成奧秘......都是分解法。又如Cl2與Ca(OH)2反應(yīng):Cl2+Ca(OH) 2=CaCl2+Ca(ClO) 2+H2O,拆分開來實(shí)際是:先發(fā)生Cl2+H2O=HCl+HClO,然后兩種酸再與Ca(OH) 2 酸堿中和;
⒊重組法:將不同類型和功能的事物以適當(dāng)方式組合起來,形成具有新功能事物的方法。這在化學(xué)上應(yīng)用非常之多。
如化合反應(yīng)、將不同儀器組裝成具有新功能的裝置、將特定性質(zhì)的官能團(tuán)連接到某有機(jī)載體上合成新材料及新藥品、利用數(shù)學(xué)或物理方法解決化學(xué)問題......,都是重組法的應(yīng)用。具體像生產(chǎn)復(fù)合化肥、合成專門攻擊癌細(xì)胞的新藥、綠色材料的研制、1999年諾貝爾化學(xué)獎:飛秒激光(飛秒:10—15 秒)用于研究“化學(xué)反應(yīng)中間歷程”、多種電教媒體的組合應(yīng)用等都是。
⒋替換法:將原有事物中的某一部分,用其它事物的某一部分進(jìn)行替換,形成具有新功能的事物。
例:⑴學(xué)習(xí)了銅絲在Cl2中燃燒的實(shí)驗(yàn),可以讓學(xué)生想象一下:如果將Cu絲換成鎂條、鋁鉑、鋅片,會有會么現(xiàn)象?⑵噴泉實(shí)驗(yàn):把HCl、NH3 換成HI、HBr、HF、CO2、SO2能產(chǎn)生噴泉嗎?再將水換成石灰水、NaOH、KOH溶液行嗎?⑶CH4與Cl2的發(fā)生光鹵代反應(yīng):把Cl2換成F2、Br2、I2可否?需要什么條件?再將CH4換其它烷烴、烯烴、炔烴或苯的同系物,光照下能否取代?會在哪些位置上取代?條件會不會變化?⑷將制氫簡易裝置的長頸漏斗改為分液漏斗可否、有什么好處?如此等等。
5. 改變角度法:即換一個角度來觀察和分析問題,有時候會有新的發(fā)現(xiàn)或突破。它包括正向改為逆向、平面改為立體、首尾改為中間等方法。上文提到的“逆向思維法”是其中的一種。
例題:科學(xué)家1978年制得一種物質(zhì)A,它可以看作是烴B的所有氫原子被烴C的一價基(—R)取代而得。A遇Br2的CCl4溶液不褪色,A中氫原子被一個氯原子取代只得一種物質(zhì)。一定量的C完全燃燒所得H2O和CO2的物質(zhì)的量之比為1.25,C的同分異構(gòu)體不超過三種。一定量的B完全燃燒生成的CO2和H2O的物質(zhì)的量之比為2,B的式量大于26小于78。試回答下列問題:
⑴B的分子式是;⑵寫出C的三種二溴代物的結(jié)構(gòu)簡式;⑶寫出A的結(jié)構(gòu)簡式。
根據(jù)計算和推理,可以迅速得到⑴、⑵的答案為:B的分子式為C4H4;C的三種二溴代物的結(jié)構(gòu)簡式為:;
⒌類推法:比照某一事物的道理或性質(zhì),推出跟它同類的其它事物的道理或性質(zhì)?;瘜W(xué)教學(xué)中,據(jù)已知物的性質(zhì)推斷類似物質(zhì)的性質(zhì)、解答信息題、改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)等都廣泛用到。
例如:⑴無揮發(fā)性的濃H2SO4能與可溶鹽NaCl反應(yīng)產(chǎn)生HCl氣體,類推:濃H2SO4也能與KCl、MgCl2、NaF、KBr等可溶鹽作用產(chǎn)生HCl、HF、HBr氣體;同理,濃H3PO4與濃H2SO4類似,濃度高、無揮發(fā)性,它也可以與上述物質(zhì)作用產(chǎn)生相應(yīng)氣體。
⑵金剛石很堅硬是因?yàn)樗橇Ⅲw網(wǎng)狀原子晶體,類推:只要具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體都應(yīng)該很堅硬,如SiO2、SiC、BN等。⑶元素化學(xué)性質(zhì)主要取決于原子最外層電子數(shù),類推:凡原子最上層有相同電子數(shù)的元素(周期表中同族元素)都應(yīng)該具有相似的
⑷MCE98年廣東卷24題:此題要根據(jù)1,2,3—三苯基環(huán)丙烷的3個苯基,可以分布在環(huán)丙烷平面的上下,產(chǎn)生的2個異構(gòu)體(如右圖):
類推出1,2,3,4,5—五氯環(huán)戊烷的五種異構(gòu)體:
三、思維形式創(chuàng)新類
⒈抽象思維法 抽象思維是“應(yīng)用抽象概念進(jìn)行判斷和推理,認(rèn)識事物一般的本質(zhì)的特征及規(guī)律性聯(lián)系的心理過程。” 簡言之,就是將不同事物的相同屬性抽象出來,概括成普遍適用的、具一般規(guī)律性的概念的思維方法。例如數(shù)字、數(shù)學(xué)的出現(xiàn)和應(yīng)用。
在化學(xué)上,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果、題目條件,轉(zhuǎn)化為一定的數(shù)量關(guān)系、計算式、含未知數(shù)的方程,物質(zhì)的量和摩爾的提出,化學(xué)平衡表達(dá)式等數(shù)學(xué)方法應(yīng)用來解決化學(xué)問題,都是抽象思維法。
⒉形象思維法 是指用直觀形象或表象來思考事物的思維活動。與“抽象思維法”相反,將一些抽象的、難以直接觀察或想象的事物,轉(zhuǎn)化為可看到、可接觸、或容易想象的形態(tài)。如道爾頓的原子說、阿佛加得羅的分子說、盧瑟福的原子模型、晶體或分子結(jié)構(gòu)等,都是將難以琢磨和想象的事物,利用形象思維變成了易于想象和理解的形態(tài)。
⒊靈感思維法 以一定抽象思維和形象思維為基礎(chǔ),通過顯、潛思維溝通產(chǎn)生創(chuàng)造性意象或意念的突發(fā)性思維形式。如:阿基米德在浴盤中發(fā)現(xiàn)了浮力定律、凱庫勒受夢的啟示提出了環(huán)狀苯的結(jié)構(gòu),都是靈感思維的典型的例子。靈感思維一定是在對問題已經(jīng)有了較深入的研究且“百思不得其解”,然后在放松狀態(tài)時的突然“頓悟”。靈感決不會降臨到對問題沒有思考、或“淺嘗則止”的人身上。我們在學(xué)習(xí)中當(dāng)對某問題的思考、對反常實(shí)驗(yàn)的追蹤、解答某個難題時,其實(shí)都產(chǎn)生過靈感思維。
總之,化學(xué)教學(xué)中要重視“化學(xué)創(chuàng)新思維方法”的研究,特別是注意結(jié)合化學(xué)內(nèi)容將“創(chuàng)新思維方法”教給學(xué)生,學(xué)生的化學(xué)創(chuàng)新能力就會被激活,化學(xué)的“教”與“學(xué)”的過程中就會碰撞出更多的創(chuàng)新思維的火花,所教學(xué)生就會具有更強(qiáng)的化學(xué)創(chuàng)新的能力。
[1]丁潤生.現(xiàn)代思維科學(xué). 重慶出版社出版.1992年8月第一版
[2]錢學(xué)森.關(guān)于思維科學(xué).上海人民出版社.1986年7月第一版.10 月第二次印刷。
[3]蔣伍星、秦重慶、劉冰.出點(diǎn)子的技巧. 農(nóng)村讀物出版社.1994年7月第一版 轉(zhuǎn)貼于 中國論文下載中心 http://www. |
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