化学教学假设能力培养策略

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1问题提出

在新课程改革实施的过程中，探究式教学成为一种流行趋势和主流模式。当前教学实践表明，教师大量使用探究式教学但存在只重视假设的检验，如设计实验、数据处理等，而对学生假设能力的培养并不关注。笔者在所在学校高一、高二年级部分学生问卷调查时设计了2个问题［1］：问题1：某位同学发现铜制眼镜框表面出现绿色物质，通过上网查阅知道，该物质是铜锈，俗称铜绿，主要成分是Cu2（OH）2CO3。你知道铜在什么情况下生锈吗？问题2：某位同学将短玻璃导管插入焰心，发现导管的另一端也可以燃烧。于是他提出这样的问题：导管中一定有可燃性的气体，气体的成分可能是什么？问卷调查统计采用计分制，说出3个或3个以上与问题相关假设及合理理由得3分，2个得2分，1个得1分。由表1可以看出，问题1和2的平均分分别为0．72和0．46，这说明当前高中生论述化学假设的能力还很弱。面对这个问题，部分教师认为提出假设特别是有创造性的假设依靠的是灵感和直觉，是不能在课堂上来传授的，实际上这种想法是由于对假设产生的逻辑结构认识模糊而导致的。国内学者从假设的数量、质量和对所提假设的解释等几个方面来探讨假设能力的结构及其培养［2，3］。国内其他学者认为应从“加强双基教学、尊重学生所提出的假设、加强假设方法的教学”等方面来培养学生的假设能力［4］。这些研究或仅关注假设自身的含义，未注意假设能力的其他维度，或属于自身的教学经验，理论基础较弱。因此有必要完整探讨假设产生的逻辑机制、提出假设的思维过程，进而促进学生假设能力的培养。

2假设产生的逻辑机制

科学家究竟是如何提出假设的？经验主义者认为，科学发现是一个归纳的过程，所谓的假设也就是由归纳而产生的。现代科学哲学研究表明，我们不可能从事实归纳出任何可能的假设，因为如果没有假设的指导，人们就不知道应该收集哪些事实。换言之，即使是归纳也应是以假设为前提。演绎一般被认为不能产生假设，因为演绎推理是从一般到个别，如果前提为真，其结论也为真，即演绎推理并不会产生新的命题。因此，假设既不是通过归纳，也不是通过演绎推理产生的，而是科学家发明出来的，包含直觉、顿悟等非理性因素。科学家提出的假设是否要遵循一定的逻辑机制［5］？目前科学哲学界的共识是，提出假设具有一定的逻辑模式，皮尔斯提出的溯因推理是产生假设的唯一逻辑操作。溯因推理是由结果推出原因的一种推理方式，它的触发条件是事实与预期不符，如新事实、异常事实的出现。其逻辑形式可用如下模式表示：一个令人惊讶的现象A被观察（推理的前提和诱因）找到一个假设B（省略了另外的前提———已有的知识和理论），它能作为A的原因并解释它，使得A变为不惊讶。因此有充足的理由去推敲B，使它成为可能的假设［6］。

3化学问题中提出假设的具体思维过程

假设悄无声息地通过科学家的有意识和无意识在问题解决中起着关键的作用。在这些问题解决中都是从待解释的事实开始，科学家分析对比事实而发明出假设。尽管大多数人不是科学家，但科学家推理产生假设的思维过程具有示范意义。化学界所熟悉的元素周期律的发现史从假设的视角看就是一个完美的典范。随着科学技术的不断发展，到19世纪60年代，化学家发现的化学元素增加到63种。化学元素间性质的巨大差异严重困扰着化学家，使得他们难以发现众多元素间的内在规律，更不用说发现新的化学元素。门捷列夫在书写元素符号及对应的相对原子质量数据时（见表2），发现N、P、As或O、S、Se或F、Cl、Br等组内，性质彼此相似，立即产生假设，元素的性质是不是表现在它们的原子量上？能不能根据它们的原子量建立元素体系？接着就走向这个体系的试验［7］。1869年3月，门捷列夫发表了论文《元素性质和原子量的关系》，其基本观点是：按照原子量的大小顺序而排列起来的元素，它们的性质呈现明显的周期性，甚至元素的化合价也是一个接一个按照它们原子量的大小形成算术的序列。根据门捷列夫发现元素周期律的案例，我们可以想象，门捷列夫面临乱的知识寻求一个一般的原理，必定在已有的认知结构中思考了多种相似的经验现象，然后选择最合适的一种作为问题的假设提出。事实上，门捷列夫最初力图到原子价中寻求这一原理。门捷列夫在《化学原理》第一部著作中，按照1价的氢，2价的氧、3价的氮、4价的碳的顺序进行叙述，最后再回到1价的氟。第二部则从另一种1价的元素碱金属开始［8］。由此可知，在现象与假设之间存在一条可以逾越的鸿沟，那就是从已有知识和理论中寻找相似的经验现象或理论，并借用其中的因果解释而提出假设。科学假设提出的整个溯因过程可以用图1来描述：其具体思维步骤为：（1）科学假设的产生过程从分析问题，探讨其中的因果关系开始；（2）推理者在已有的知识结构中寻找与当前问题相似的经验事实；（3）探讨各种相似经验事实的因果解释；（4）把各种经验事实与当前的问题情境进行对比比较；（5）借用经验事实的因果解释，提出假设；（6）选择合理的最合适的假设。图中“”表示问题情境和经验知识间的对比。由此可见，假设产生的溯因推理程序看似简单，其实包含复杂的思维过程，如探索、比较、综合和选择等操作。我们不能把上述诸多环节狭隘地理解为类比推理过程，如寻找相似经验这个环节，除类比推理外还包括运用已有知识创造性想象出与问题情境相似的结构模型，如凯库勒的苯分子结构的发现。其中，非理性的灵感、直觉也发挥重要作用［5］。

4化学教学中运用假设的常见形式

4．1类比式假设

类比式假设是根据2个或2类对象所具有的某种或某些共有的相似要素或特征，推出其中一个（类）研究对象可能具有另一个（类）研究对象所具有的属性或部分属性而形成假设。［例1］（2009年海南高考题）门捷列夫在描述元素周期表时，许多元素尚未发现，但他为第四周周期的3种元素留下了空位，并对它们的一些性质做了预测，X是其中的一种“类硅”元素，后来被德国化学家文克勒发现，并证实门捷列夫当时的预测相当准确。根据元素周期律，下列有关X性质的描述中错误的是（）A．X单质不易与水反应B．XO2可被C或H2还原为XC．XCl4的沸点比SiCl4的高D．XH4的稳定性比SiH4的高从已有的知识经验知道Si具有不易与水反应、SiO2可被C或H2还原、SiCl4是分子晶体等性质。在此题信息中X具有与Si相似的性质，进而推出X具有与Si类似的性质。

4．2归纳式假设

运用归纳法提出和建立假设是一种从特殊、个别事实、所获得的认识或规律，提高到一般的认识和规律的方法。［例2］（2008年广东高考题）醇在催化剂作用下氧化成醛的反应是绿色化学的研究内容之一。某科研小组研究了钯催化剂在氧气气氛中对一系列醇氧化成醛反应的催化效果，反应条件为：K2CO3、363K、甲苯（溶剂）。此题要求学生对给出含有苯环不同结构的醇及其氧化反应数据等信息进行分析，归纳出由于此类醇中苯环上的取代基及与羟基相连的碳链长短不同，单位时间内醛的产率也不同，进而总结出在钯催化剂作用下的一般规律［9］。

4．3演绎式假设

演绎假设是一种将一般认识、规律或原理运用于特殊、个别范围内所产生的必然性推理结果的假设。［例3］CuSO4受热分解生成氧化铜和气体，受热温度不同，生成的气体成分也不同。根据物质化学变化前后元素守恒，气体成分可能含有SO2、SO3和O2中的一种、二种或三种。根据氧化还原反应中化合价的升降规律，所得气体的成分可能只含有SO3一种，或可能含有SO2、O2二种，或含有SO3、SO2和O2三种。在此题信息中，CuSO4受热分解生成的气体，尽管有3种可能的假设，但是都需要符合基本的氧化还原反应规律。

4．4分类式假设

依据化学现象和资料的某些重要特征，分析整理形成假设，进行分类假设的验证。［例4］将水加入盛有过氧化钠固体的试管中，待形成溶液，滴加少量酚酞溶液，溶液先变红，半分钟内褪为无色，原因是什么？溶液褪色可能是生成的H2O2的作用，也可能是溶液中NaOH的浓度过大。溶液中出现的现象是先出现红色后褪色。红色出现的原因是酚酞与碱作用的结果，红色褪去的原因是酚酞发生变化或碱发生变化，其中酚酞变化是由于被可能生成的H2O2氧化所致。

4．5模型假设

模型假设是为了更好地解释某些物质的性质或化学实验现象，依据客观事实而进行模型构建。如气体摩尔体积模型、晶体模型、化学平衡的中间状态模型等。［例5］原子结构模型的演变，是从质量守恒定律、定组成定律等的发现，导致1803年道尔顿原子模型提出；但在解释盖•吕萨克气体体积定律时遇到困难，由1874年克罗克斯观察到阴极射线现象，导致1904年汤姆逊模型提出；随后卢瑟福的α质点散射实验，提出了“行星系式”原子模型，但这个模型与原子长期稳定发生了矛盾。玻尔根据原子辐射出的能量是不连续的线状光谱的实验事实，提出了原子的壳层同心模型；目前又进一步完善为电子云模型等。

5化学教学中学生假设能力的培养策略

5．1树立新型的教育观和学生观

化学教学应该立足于学生的发展，包括能力的提高、良好习惯的培养和健全人格的形成等。课堂教学中问题的设计，关键不在于问题的本身，而在于学生探索知识的兴趣的培养、方法的培养和品格的形成。教师的作用在于创造条件、教给方法。心理学研究表明：只有在充满民主和谐氛围下的教学才会使学生得到心灵的解放，他们的思维才会活跃。因此，教师要树立教学相长的观念，对学生提出的疑难问题，要与学生共同研究切磋，对学生求真质疑的举动应该给以充分的肯定和赞赏。

5．2教师要创设积极的假设情境

要使学生能够进行合理的假设，教师就需要要求学生掌握一定的科学知识作为前提。如果没有足够的知识（包括生活经验）作为依据，假设就成主观的、凭空的猜想，由此所作出的假设也就失去意义。教学中教师要重视问题情境的创设，以引起学生的好奇心和求知欲，激发学生的学习兴趣和探究欲望，使学生在符合客观事实的基础上，能够在活动中发现问题，提出问题，作出切合实际的假设，凸现问题的解决方式或答案的信息［10］。

作者：王保强工作单位：江苏省新沂市第一中学