科學方法教育的實施

1、.科學方法教育的施行新課程高中化學必修教學中科學方法教育的施行以人教版?化學2必修?中?苯?的教學為例 課程高中化學必修課程是全體學生的共同根底，其目的是為了進一步進步全體學生的科學素養(yǎng)，并為學生學習其他相關學科課程和化學選修課程提供根底。所以，高中化學必修課程中化學知識的邏輯性和系統(tǒng)性有所弱化，聯(lián)絡社會的知識和知識的應用相對較強。而為了進步學生的科學探究才能，對培養(yǎng)學生科學方法的要求那么沒有放松，在認識化學科學的主題下就有“認識實驗、假說、模型、比較、分類等科學方法對化學研究的作用的明確要求。知識是才能和方法的支架，知識的掌握對才能和方法的形成具有促進作用。為此“知識弱化了，怎樣培養(yǎng)才能和方

2、法的問題擺在了我們面前。本文擬以人教版?化學2必修?中?苯?的教學為例，分析新課程高中化學必修教學中施行科學方法教育的策略。1 教材分析人教版?化學2必修?第三章?有機化合物?的框架為：顯然，教科書按?課程標準?的要求，沒有考慮有機化學本身的內(nèi)在邏輯體系，而是以典型有機物的學習為切入點，介紹其根本的構造、主要性質以及在消費、生活中的應用，較少涉及到有機物的類概念和它們的性質如烯烴、芳香烴、醇類、羧酸等，讓學生在初中有機物常識的根底上，能進一步從構造的角度，加深對有機物和有機化學的整體認識。為了學習同系物和同分異構體的概念，也只簡單介紹了烷烴的構造特點和主要性質，沒有涉及烷烴的系統(tǒng)命名等內(nèi)容。苯

3、是?有機化合物?第二節(jié)介紹的第二種有機物，教科書主要介紹了苯的物理性質、分子構造及化學性質中的燃燒、取代和加成等性質，其重點和難點是苯的分子構造和性質。2 學生分析21 學科知識方面由于受?課程標準?及教科書的限制，學生在學習苯的有關知識之前，結合甲烷與烷烴及乙烯等根本知識的學習，理解了碳碳單鍵、碳碳雙鍵的構造特征，以及甲烷等烷烴的取代反響和乙烯的氧化、加成反響等特征反響，并且以烷烴為例理解了同系物和同分異構體的根本概念，對烷烴同系物物理性質的遞變性和化學性質的相似性也有所認識。進展苯的教學時，要以學生已有知識為根底，注意新知識與已有知識之間的聯(lián)絡，引導學生運用已經(jīng)學習過的知識來推測和學習苯分

4、子的構造和性質。22 科學方法方面由于化學教育中科學方法教育的目的包括科學認識的一般過程和科學認識過程的方法兩個層面。人教版新課程高中化學必修教科書在著力構建化學知識體系的同時，力圖從這兩個層面構建符合高中學生探究才能開展需要的科學方法體系。一是通過教科書中不同欄目的設計，表達科學認識的一般過程；二是重視科學認識過程方法的浸透。這些科學方法大致可以分為三個層次：第一個層次是化學學科內(nèi)的特殊方法，如物質的別離和提純方法、化學性質的試驗方法等；第二層次是科學研究的一般方法，包括獲取事實材料的觀察、實驗等方法，加工事實材料的邏輯方法、假說方法、模型方法等；第三層次是哲學方法，如唯物辯證法、系統(tǒng)方法等

5、。?有機化合物?在?化學2必修?中列第三章，從章節(jié)的數(shù)量看，學生已經(jīng)學完了必修課程的3/4，已經(jīng)根本到達了“認識實驗、假說、模型、比較、分類等科學方法對化學研究的作用的要求，所以，在?苯?的教學中，要充分挖掘科學方法教育的因素，促進學生在運用科學方法探究苯的知識的過程中，進一步加深對有關科學方法的認識，進步科學探究的才能。3 教學設計學習任務一：用文獻方法理解苯的發(fā)現(xiàn)和來源學習活動1：交流課前就“苯的發(fā)現(xiàn)和來源查閱的有關資料。學習活動2：在老師的帶著下，總結苯的發(fā)現(xiàn)和主要來源。設計意圖：1雖然文獻法不是化學教學活動中獲得事實材料的主流方法，但適當安排文獻方法的運用，能使學生體驗獲得事實材料的多

6、種途徑。2創(chuàng)設學生感興趣的情境，使他們從一個輕松的話題“苯的發(fā)現(xiàn)和來源入手，愉快地進入新的學習任務之中。學習任務二：運用觀察方法認識苯的主要物理性質學習活動1：通過對苯的觀察，感知苯的顏色、狀態(tài)、氣味等物理性質，并從記憶中搜尋嗅到苯的氣味的生活情景。學習活動2：通過觀察苯與水為了便于觀察，可在水中加一滴墨水的混合實驗，感知苯的密度和水溶性等物理性質，并討論別離苯與水的方法。學習活動3：在老師的帶著下，總結苯的主要物理性質，知道苯是一種重要的有機溶劑。設計意圖：觀察是獲取事實材料的主要方法，在科學研究中居于非常重要的地位。對苯的顏色、狀態(tài)、氣味的直接感知屬于自然觀察，通過與水的混合實驗感知苯的密

7、度和水溶性屬于實驗觀察。這些觀察活動教科書都沒有安排，但它們能使學生對苯的相關物理性質留下深化印象，值得老師的重視和研究。學習任務三：用假說方法確定苯分子的組成學習活動1：根據(jù)通常情況下烷烴的狀態(tài)與分子中碳原子數(shù)的關系，估計苯分子中碳原子數(shù)的取值范圍。學習活動2：閱讀老師提供的信息，推測苯分子的組成。信息法國化學家熱拉爾等人首先確定苯的相對分子質量為78。學習活動3：通過比較C6H6與乙烯分子中碳的質量分數(shù)，預測苯在空氣中燃燒時的現(xiàn)象。學習活動4：通過觀察演示實驗用玻棒蘸取苯在酒精燈上點燃，進一步確認苯分子的組成。設計意圖：1假說是人們根據(jù)已有的知識對于所研究的事物或現(xiàn)象所做的初步解釋，它是在

8、人們對于該事物或現(xiàn)象的原因沒有全面認識的情況下作出的推測，所以假說需要驗證真?zhèn)?。假說屬于認識創(chuàng)新方法，是科學探究的核心要素。學生對假說方法的認識，需要在科學教育活動中屢次的體驗和不斷的深化。2本節(jié)學習任務是在改造教科書呈現(xiàn)方式的根底上設計的，目的是給學生增加體驗假說方法的時機。發(fā)現(xiàn)問題苯分子的組成是怎樣的？提出假說苯常溫下是液體，分子中的碳原子數(shù)應該大于5；假如碳原子數(shù)為5，那么氫原子數(shù)為7812×518，超過飽和時所需的2×5212，所以苯的分子式只能是C6H6。C6H6分子中碳的質量分數(shù)遠大于乙烯，乙烯在空氣中燃燒時火焰亮堂伴有黑煙，苯在空氣中燃燒時黑煙應該更濃。實驗檢

9、驗苯燃燒時產(chǎn)生亮堂的帶有濃煙的火焰因燃燒時的黑煙會污染環(huán)境，不宜分組實驗。得出結論苯的分子式是C6H6。學習任務四：認識苯的凱庫勒式，感悟直覺思維的意義學習活動1：閱讀老師提供的信息和圖片，認識凱庫勒提出的苯的單雙鍵交替的環(huán)狀構造。信息德國化學家凱庫勒為了苯分子的構造，苦思冥想不得其解。1865年的一天夜晚，凱庫勒在書房里打起了瞌睡，夢見一個個原子跳躍而出，并且像蛇一樣盤繞卷曲。一會兒眼前的蛇銜住了自己的尾巴，并旋轉不停。凱庫勒從夢中驚醒，繪制出了苯分子中碳原子呈環(huán)狀排列的構造。為了保持碳的4價，凱庫勒又在環(huán)內(nèi)加了3個雙鍵，得到了苯的凱庫勒式。 或簡寫成德國化學家凱庫勒 苯的凱庫勒式學習活動2

10、：從老師提供的上述信息中，感悟直覺思維對科學研究的意義。設計意圖：1由于學生只有甲烷與烷烴及乙烯等根本知識，對碳碳之間化學鍵的多樣性缺乏足夠的認識，他們難以猜測苯分子的可能構造，為此選擇了直接給出苯的凱庫勒式的策略。2直覺思維是非邏輯性的，它能打破常規(guī)思維定勢和邏輯規(guī)那么的束縛，因此是創(chuàng)造性思維的重要形式。一個人的直覺是無法訓練出來的，它是研究者長期孜孜以求的結果。凱庫勒之所以可以從夢中得到啟發(fā)，是由于他一直致力于分子構造的研究，才會夢其所思；同時他又懂得化合價的真正含義，才捕捉到了直覺形象。近年來，有文獻說明，苯的環(huán)狀構造是奧地利中學老師勞斯密特在1861年提出的，比凱庫勒的夢早了4年。這一

11、學習活動的設計，并不是要為誰論功，而是為了給出苯的環(huán)狀構造，同時引導學生感悟直覺思維的意義。學習任務五：用假說方法確定苯分子中沒有與乙烯類似的雙鍵學習活動1：根據(jù)乙烯的性質和苯的凱庫勒式，推測苯的性質。學習活動2：進展苯與溴水、酸性高錳酸鉀溶液的混合實驗，得出苯分子中沒有與乙烯類似的雙鍵的結論注意引導學生分析苯對溴水的萃取現(xiàn)象。設計意圖：這一節(jié)的學習任務教科書本來就是按假說的形式編排的，這不僅能提醒苯的凱庫勒式存在的問題，而且能激發(fā)學生深化學習苯的構造和性質的興趣。發(fā)現(xiàn)問題苯的凱庫勒式是單雙鍵交替的環(huán)狀構造，其中的雙鍵與乙烯中的雙鍵類似嗎？提出假設假如苯分子中有與乙烯類似的雙鍵，那么苯也能使溴

12、水或酸性高錳酸鉀溶液褪色。實驗檢驗苯不能使溴水或酸性高錳酸鉀溶液褪色。得出結論苯分子中沒有與乙烯類似的雙鍵。學習任務六：用模型方法認識苯分子的平面正六邊形構造學習活動1：觀察苯分子構造的比例模型，認識苯分子的獨特構造。學習活動2：根據(jù)老師提供的信息，進一步糾正凱庫勒式中的單雙鍵交替的環(huán)狀構造。信息苯的鄰位二氯取代物只有一種構造。設計意圖：1受?課程標準?要求的限制，必修教科書中沒有介紹共價鍵的鍵參數(shù)，所以用鍵參數(shù)等分析苯分子構造的特殊性宜留在?選修5有機化學根底?中進展。2化學科學對微觀粒子構造及其變化的研究離不開模型方法。苯分子的比例模型屬于物理模型，它能為學生直觀地展示苯分子的獨特構造。而

13、苯的鄰位二氯取代物只有一種構造的信息，又能使學生加深對苯環(huán)構造特殊性的認識。學習任務七：用演繹方法完成苯的有關反響的化學方程式學習活動1：根據(jù)老師提供的信息，運用已有知識完成苯的取代和加成反響的化學方程式。信息1在一定條件下，苯能與溴、硝酸等物質發(fā)生取代反響，苯環(huán)上的氫原子分別被溴原子和硝基NO2取代后，生成溴苯和硝基苯。信息2在一定條件下，苯能與氫氣發(fā)生加成反響，生成環(huán)己烷。學習活動2：由苯的取代和加成等性質，體會其在化工消費中的應用。設計意圖：1受?課程標準?要求的限制，苯與溴、硝酸等取代反響的實驗操作暫不宜介紹，因此無法通過實驗現(xiàn)象抽象出相關的化學方程式。2演繹是從一般原理推論個別事物的推理方法。學生在前面的學習中，已經(jīng)理解了甲烷的取代反響和乙烯的加成反響，從取代反響和加成反響的定義出發(fā)，用演繹方法完成苯的有關反響方程式既符合科學思維的