化學(xué)探究教學(xué)策略之“假說—驗(yàn)證”

摘 要: 本文論述了化學(xué)“假說—驗(yàn)證”探究教學(xué)策略的含義、教學(xué)意義、教學(xué)應(yīng)用和教學(xué)實(shí)施方式，并就有組織、有計(jì)劃、長(zhǎng)期性實(shí)施這種教學(xué)策略進(jìn)行了意義解讀和例證，最后例舉了一個(gè)教學(xué)實(shí)錄。

關(guān)鍵詞: 化學(xué)教學(xué) “假說—驗(yàn)證”探究教學(xué)策略 教學(xué)實(shí)錄

1.“假說—驗(yàn)證”策略的概述

“假說—驗(yàn)證”探究教學(xué)策略是指應(yīng)用假說方法進(jìn)行組織教學(xué)和實(shí)施探究的一種教學(xué)策略，其目的是以“假說—驗(yàn)證”的教學(xué)方式來引導(dǎo)“假說—驗(yàn)證”的學(xué)習(xí)方式。

1.1假說方法及其教學(xué)意義

假說是指人們以一定的經(jīng)驗(yàn)材料和已知的事實(shí)為依據(jù)，或以已有的科學(xué)理論和技術(shù)為指導(dǎo)，對(duì)未知的事實(shí)或現(xiàn)象的原因及其規(guī)律所作的一種有一定推測(cè)性或假定性的說明方式。它是經(jīng)驗(yàn)材料和科學(xué)理論之間的一座橋梁，科學(xué)的發(fā)展離不開假說，學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)也經(jīng)常需要假說。假說方法的教育意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①幫助學(xué)生正確理解科學(xué)研究，并進(jìn)行了科學(xué)方法教育;②幫助學(xué)生養(yǎng)成一種科學(xué)有效的思維方式，并提高了解決問題的能力;③幫助學(xué)生構(gòu)建性習(xí)得化學(xué)知識(shí)。化學(xué)教學(xué)中經(jīng)常用到的猜想、假設(shè)、設(shè)想等雖然和假說在含義上或程度上不盡相同，但所遵循的思維方式是基本相同的，故教師可以從設(shè)想、假設(shè)、猜想等形式開始培養(yǎng)學(xué)生的這種思維方式，使學(xué)生慢慢地掌握假說方法。

1.2“假說—驗(yàn)證”在化學(xué)教學(xué)中的作用和應(yīng)用

1.2.1解釋現(xiàn)象或規(guī)律

在化學(xué)概念形成、基本理論學(xué)習(xí)、性質(zhì)規(guī)律探究和其它實(shí)踐活動(dòng)的過程中，學(xué)生經(jīng)常會(huì)碰到與自己已有的認(rèn)知相矛盾的現(xiàn)象或事實(shí)，此時(shí)，往往可以借助假說方法來作出預(yù)測(cè)，然后實(shí)施驗(yàn)證。如:學(xué)生在驗(yàn)證氯水酸性的過程中發(fā)現(xiàn)了試紙褪色的現(xiàn)象，學(xué)生用已有的知識(shí)是無法解釋這個(gè)現(xiàn)象的，此時(shí)教師就可以引導(dǎo)學(xué)生作出假設(shè):是Cl、HO、HCl、HClO中的哪一種使試紙漂白褪色了呢?然后進(jìn)行逐個(gè)驗(yàn)證排除，最后只有HClO有可能性。為了進(jìn)一步確證是HClO引起的，就必須再設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。類似的情況在化學(xué)教學(xué)中是很多的。

1.2.2提出新的實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)方向

當(dāng)原有的方法或手段被證偽時(shí)或者原有的方法和手段不能完全解決問題時(shí)，學(xué)生就必須作出新的選擇和預(yù)測(cè)，此時(shí)，新的假說就能發(fā)揮作用了。

1.2.3預(yù)見物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

在物質(zhì)性質(zhì)探究學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生往往要進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)，包括結(jié)構(gòu)和性質(zhì)兩方面。如:在學(xué)習(xí)NH的性質(zhì)時(shí)，我們不妨可以從噴泉實(shí)驗(yàn)開始，引申出兩個(gè)問題:問題一:為什么NH易溶于水?問題二:為什么NH的水溶液顯堿性?第一個(gè)問題與NH的分子極性有關(guān)，可以假設(shè)NH分子是立體結(jié)構(gòu)的而不是平面結(jié)構(gòu)的，這是假說一。其次，NH分子的極性不會(huì)超過HCl的分子極性，但為什么NH的溶解度比HCl大呢?這說明還可能有其它的原因，由此提出假說二:NH與水之間有新的分子間作用力或者NH與水發(fā)生了反應(yīng)。至于為什么其溶液顯堿性，則可以從影響水的電離平衡角度去假設(shè)。

1.3“假說—驗(yàn)證”的教學(xué)基本環(huán)節(jié)和實(shí)施方式

1.3.1.1教學(xué)基本環(huán)節(jié)

提出假說。有五種常用的提出假說的方法:類比提出假說、歸納提出假說、演繹提出假說、經(jīng)驗(yàn)公式法提出假說、直覺思維法提出假說。學(xué)生應(yīng)根據(jù)不同的問題特點(diǎn)和已經(jīng)掌握的事實(shí)材料情況，從自己的思維方式出發(fā)，提出假說。我們?cè)诮虒W(xué)時(shí)，應(yīng)該依據(jù)提出假說的不同方法來組織教學(xué)。

1.3.1.2驗(yàn)證假說。驗(yàn)證假說的方法可分為直接驗(yàn)證法和間接驗(yàn)證法，也可分為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證法(M)和理論驗(yàn)證法(N)。下面是我在研究中總結(jié)出來的幾種驗(yàn)證假說的方法，教師可參照這些方法來組織教學(xué)。

直接驗(yàn)證法:假說M或N

間接驗(yàn)證法:方法一:假說A等價(jià)于推論B，則利用M或N證明了B即驗(yàn)證了A。方法二:假說A有一個(gè)必要條件B，利用M或N，如果B被證偽，則A錯(cuò)誤。方法三:假說A有一個(gè)充分條件B，利用M或N，如果B被證實(shí)，則A正確，如果B被證偽，則A錯(cuò)誤。方法四:利用M或N，反證法。

1.3.2教學(xué)實(shí)施方式

由五種提出假說的方法和五種驗(yàn)證假說的方法，進(jìn)行組合，就可以有二十五種“假說—驗(yàn)證”的教學(xué)實(shí)施方式，這就為化學(xué)教學(xué)中“假說—驗(yàn)證”的實(shí)施提供了廣闊的選擇空間，能更靈活地適應(yīng)豐富多樣的化學(xué)教學(xué)實(shí)際。

2.“假說—驗(yàn)證”探究教學(xué)策略的教學(xué)安排

科學(xué)方法教育是化學(xué)新課程的重要目標(biāo)之一，教師采用“假說—驗(yàn)證”教學(xué)策略的最終目的是使學(xué)生學(xué)會(huì)“假說—驗(yàn)證”的學(xué)習(xí)方式，思考和解決問題的方式，最終提高學(xué)習(xí)能力和解決問題的能力。一次或者隨機(jī)地應(yīng)用“假說—驗(yàn)證”的教學(xué)策略是很難達(dá)到這樣的目的的，因此，教師有必要對(duì)“假說—驗(yàn)證”教學(xué)策略作出有計(jì)劃、合理性的教學(xué)安排，對(duì)學(xué)生進(jìn)行長(zhǎng)期的、循序漸進(jìn)的“假說—驗(yàn)證”方法的教育，形成一種相對(duì)穩(wěn)定的教學(xué)方式。下面是我針對(duì)新課程高中化學(xué)必修①和②(蘇教版)作出的關(guān)于“假說—驗(yàn)證”教學(xué)策略的教學(xué)安排。

注:A層次:體驗(yàn)化學(xué)中的科學(xué)方法及其價(jià)值，并能初步結(jié)合科學(xué)方法來學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)。

B層次:初步了解某些典型的化學(xué)中的科學(xué)方法，知道其特點(diǎn)、應(yīng)用范圍和基本操作程序，能初步養(yǎng)成應(yīng)用該科學(xué)方法的學(xué)習(xí)方式。

3.“假說—驗(yàn)證”探究教學(xué)策略的教學(xué)實(shí)錄

課題:苯酚。

教學(xué)目標(biāo):①理解苯酚的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其關(guān)系;②學(xué)會(huì)運(yùn)用“演繹—?dú)w納”的“假說—驗(yàn)證”方法來學(xué)習(xí)苯酚的化學(xué)性質(zhì);③初步養(yǎng)成“假說—驗(yàn)證”的學(xué)習(xí)方式。

教學(xué)策略:“演繹—?dú)w納”的“假說—驗(yàn)證”探究策略。

教學(xué)過程:

[問題提出]在觀察總結(jié)了苯酚的物理性質(zhì)后，提問:苯酚有哪些化學(xué)性質(zhì)?怎么去探究苯酚的化學(xué)性質(zhì)?

[問題分析與假設(shè)提出]可以從有機(jī)物的結(jié)構(gòu)去分析和推測(cè)有機(jī)物的化學(xué)性質(zhì)，思路如下:

苯環(huán)—苯的化學(xué)性質(zhì)—取代和加成—假設(shè)—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—結(jié)論

羥基—乙醇和乙酸的化學(xué)性質(zhì)—假設(shè)—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—結(jié)論

假設(shè)1:苯酚不與溴水反應(yīng)。

假設(shè)2:苯酚不與酸性KMnO溶液反應(yīng)。

假設(shè)3:苯酚可以和鈉反應(yīng)。

假設(shè)4:苯酚不能和NaOH反應(yīng)。

[實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與討論]實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步表明:

苯酚的羥基具有酸性，但其酸性的強(qiáng)弱程度需要進(jìn)一步探究。

苯酚能和濃溴水反應(yīng)，是加成還是取代，有待進(jìn)一步討論。

苯酚溶液能使酸性KMnO溶液褪色，但是羥基和苯環(huán)都不能單獨(dú)解釋，其原因有待討論。

[再探究]①驗(yàn)證其酸性是否比HCO強(qiáng)(往NaCO溶液中加入苯酚溶液，或者往苯酚鈉溶液中通入CO)，如果強(qiáng)，還可以進(jìn)一步用NaSO驗(yàn)證。②可以通過檢測(cè)苯酚溶液和濃溴水(少量)反應(yīng)體系反應(yīng)前后的pH變化來判斷是發(fā)生了加成還是取代反應(yīng)，如果pH值有明顯降低，則發(fā)生取代反應(yīng)，否則，發(fā)生加成反應(yīng)。③苯酚容易被空氣中的氧氣氧化，也容易被酸性KMnO溶液氧化，這說明苯酚具備一定的還原性，通過閱讀討論，知道原因是:苯環(huán)和羥基的相互影響使得羥基容易被氧化成羰基(部分類似于乙醇被氧化為乙醛)。

[歸納綜合]通過以上問題的解決，我們已經(jīng)對(duì)苯酚的化學(xué)性質(zhì)有了一定的認(rèn)識(shí)，但還是局部和零碎的，為了能上升到對(duì)苯酚化學(xué)性質(zhì)的整體認(rèn)識(shí)，請(qǐng)同學(xué)們進(jìn)一步閱讀、討論，并進(jìn)行歸納和綜合。

[結(jié)論]①取代反應(yīng):苯酚能發(fā)生取代反應(yīng)(在苯環(huán)上)，但與苯的取代反應(yīng)有所區(qū)別，比苯容易進(jìn)行取代，這是羥基影響了苯環(huán)(活化了苯環(huán))，表現(xiàn)在試劑不同(濃溴水和液溴)，反應(yīng)條件不同，取代上去的溴原子個(gè)數(shù)也不同。②加成反應(yīng):和苯類似，也能和H在一定條件下發(fā)生加成反應(yīng)。還原性:由于受苯環(huán)的影響，羥基變得容易被氧化了，其羥基的還原性比乙醇和乙酸中羥基的還原性要強(qiáng)得多。弱酸性:由于苯環(huán)的影響，其羥基上的氫原子更容易電離了，表現(xiàn)出弱酸性，比HCO酸性弱。苯酚的化學(xué)性質(zhì)取決于其中的苯環(huán)、羥基及其相互作用。