二、科学方法论教育的内容

化学教学中进行科学方法论教育，通常是指按照科学方法程序化的一般过程组织化学教学活动，使学生从中受到教育。或者说，是指按照科学方法提供的思考步骤和操作步骤组织教学过程，使学生受到科学方法论的教育，在这一过程中运用科学方法，引导学生的认识沿着正确的反映途径前进。在这个认识的整体过程中涉及到的具体科学方法有：观察、实验等感性认识的科学方法，科学抽象、假说、模型等理性认识的科学方法。

观察方法

观察是把外界的自然信息通过感官输入到人的大脑，经过大脑的处理，进而形成对外界事物的感知。

观察包括自然观察和实验观察。自然观察是指对自然状况下的事物、现象不做任何人为的干预和控制的情况下所进行的观察。在化学教学中，让学生在课外观察洗濯碱的风化、粗食盐的潮解以及铁的锈蚀等就是自然观察。实验观察是指在人为的干预、变革或控制实验对象的情况下所进行的观察。在化学教学中采用的观察多数属于实验观察。

观察是激发学生学习化学的兴趣、直接获得感知对象的信息、培养观察能力的一种最基本、最重要的科学方法。在化学教学中，不论哪一种观察，都应引导学生做到：坚持观察的客观性，克服观察中的主观性；坚持观察的全面性，克服观察中的片面性；观察要有明确的目的性和观察重点；坚持观察时开展积极思维。此外，还应注意做好观察记录。记录是一种有效的信息储存方式，是常用的科学方法。它可以督促学生坚持观察的客观性、全面性、系统性、思维性和目的性。

实验和实验条件控制的方法

化学实验就是根据实验目的，运用实验仪器、工具、设备等物质手段，在人为特定的实验条件下，变革实验对象的状态或性质，通过实验观察获得各种化学实验事实的一种科学方法。

无论实验属于哪种类型，它都是由实验者、实验对象、实验手段 3 个基本要素构成的。实验者是实验主体，是设计实验和操作实验的，在学校里就是教师或学生。实验者是变革实验对象的首要因素，实验者的理论水平和实

验操作技能直接关系着实验的成败和效果。实验对象是被教师或学生变革的物质对象，是为学生提供感性认识材料或检验假说、验证知识的，是使学生获得所需信息的物质基础。实验手段是由实验仪器和设备等物质实体所组成的，它是认识主体的感觉器官和思维器官的延长。在实验过程中，实验主体把自己变革实验对象的主观意图，通过实验仪器和设备传递给实验对象，使实验对象得以发生物理的和化学的变化，使物质的属性和变化规律得以显现出来。从而为学生提供感性认识材料，或达到验证假说的目的。

实验条件是物质发生变化必不可少的外在因素；物质的性质往往只有在一定的实验条件下才能显现出来。实验条件不同可以发生不同的变化，但是，实验条件不是独立起作用的因素，它是通过物质的本质属性、物质的内部组成和结构而起作用的。

实验条件的控制是指为使实验对象发生某种变化，实验者对影响实验对象发生变化的各种外部因素给予人为控制的科学方法。外部因素主要有：温度，催化剂，试剂的状态、形状、浓度、用量等，仪器、设备，实验操作步骤和方法等。

化学教学中实验条件控制的主要目的在于使实验成功，为学生提供所需要的感性材料。同时也是为了使实验安全、简易、快捷。

培养学生掌握实验条件控制的方法，可以注意：要结合具体的实验内容，有计划、有目的地进行培养，如通过用高锰酸钾制取氧气的实验来培养学生学习加热控制温度的方法；通过用氯酸钾制取氧气的实验来使学生学习，使用催化剂并给反应物加热这两个实验条件的控制方法；通过电解水的演示实验使学生了解水中加入电解质（氢氧化钠或硫酸）的量、电流的强度、电压的高低、实验装置等条件都需要控制，这个实验告诉学生，有的实验需要同时控制几个条件。培养学生掌握实验条件控制的方法要通过学生亲自动手进行实验操作、进行实验条件的控制才有效，光看不做不行。

测定和数据处理的方法

测定方法测定是在实验中进行的一种量的观察。物质有多方面的属性，其中许多是属于物质量的属性（例如熔点、沸点、相对密度、密度、硬度、溶解度、相对分子质量、氧化还原电势等），这些属性要通过实验测量来认识。对于物质的组成，物质有关各因素之间的数量关系，有时也要通过实验测量才能被认识。化学教学中不仅要使学生认识物质的质的规定性，还应了解物质的量的规定性，只有这样，才能使学生对物质的认识进入更全面和更深刻的阶段。测定能很好地为学生从量的方面去认识物质提供条件。为了进行准确的测量，使测得的数值更接近真实值，使学生注意到以下几点是有益的：测量仪器要有较高的精确度，试剂的纯度较高，溶液的浓度要准确，测定时各种条件要得到严格控制，实验操作技术要熟练，读数要准确。测定在中学化学教学中是十分重要的，这主要表现在：它可为学生提供客观、精细和准确的感性认识；能使学生把测量操作跟测量原理有机地结合起来，测定中运用的数学表达式能帮助学生从量的方面加深对物质的认识；有助于培养学生的实验技能，有利于学生养成严谨、认真的科学态度和一丝不苟的科学作风；测定中涉及的科学方法较多，有助于对学生进行多种科学方法的培养和训练。

数据的处理方法用测量仪器直接测得的数据，如沸点、熔点、密度等，一般不需要进行处理就能直接揭示出物质的某种量的属性，不过，为了使测

得的数据更接近真实值，有时要在同样条件下进行 2～3 次的重复性测定，取平均值，这是最简单的数据处理方法。有时实验测得的数据必须与有关数学表达式建立联系后，才能揭示出物质的某种量的属性，例如阿伏加德罗常数、中和热、相对分子质量的测定，这也是一种数据处理方法。如果被测数据对某一实验对象常因条件的改变而发生变化（例如溶解度与温度的关系、反应速率与温度的关系等）这时所测数据是两组或多于两组，每组又有多个数据时，就要用另一方式进行处理，在中学常用的有表格法和线图法两种。表格法是把测得的数据和算出的数据，填在用横竖线条组成的表格里，这种数据处理方法的优点是，能把测得的数据整齐、有序地归纳在一个表格里，可以使学生很容易看到各数据间的联系和变化规律性。线图法常用在处理两个相关物理量方面，以揭示这两个量之间的相互联系和变化规律。线图一般是在表格的基础上对两个相关物理量的再处理。它的长处是直观、鲜明，能从图中找出未测数据。

科学抽象的方法

科学抽象就是在思维中，排除事物次要的、非本质的因素，抽取出其固有的、本质特征的一种科学方法。科学抽象不论在科学认识中还是在化学教学中都具有重要意义。在化学教学中，学生在观察和实验的基础获得大量的感性认识材料，感性材料作为科学认识的基础是重要的，但认识不能停留在感性认识阶段，感觉只能反映物质的现象，思维才能把握物质的共同的、本质的属性，达到更深刻的认识。科学抽象是达到这一目的的重要方法。

化学教学中科学抽象的任务在于提出化学概念。如，电解质、非电解质、酸、碱、盐、氧化还原反应等化学概念都是在实验的基础上获得一定的感性材料之后，通过科学抽象才提出来的。

化学教学中的科学抽象可分为表征性抽象和原理性抽象两大类。

表征性抽象是以可观察到的物质现象为直接起点的一种初始抽象。如，通过实验观察到：盐酸能使石蕊试液变成红色、硫酸能使石蕊试液变成红色，醋酸能使石蕊试液变成红色等一系列实验事实，经抽象概括，得到的认识是：酸能使石蕊试液变成红色。可见，表征性抽象撇开了事物的个性，抽取的是事物的某种共同的表面属性。

原理性抽象是在表征性抽象基础上形成的一种深层抽象。它所把握的是事物的因果性、本质和规律性。如，在对盐酸、硫酸、醋酸等具体酸的分子结构以及它们在水中电离的情况进行分析、比较之后，了解到它们在水中都能电离产生氢离子，经过抽象概括得到的认识是：酸在电离时产生的全部阳离子是氢离子，这是酸的本质属性。H+是使酸具有许多其它共性（使指示剂变色、跟碱或碱性氧化物反应生成盐和水等）的根本原因。又如，元素周期律、平衡移动原理等理论知识，都是经过这种抽象才使学生获得的。

在化学教学中进行科学抽象方法的教育时，应注意：要让学生学会在掌握充分、可靠的感性材料的基础上进行科学抽象，材料不充分不易作出正确的结论，材料不可靠更不能作出正确的结论。因为，任何一个化学概念、化学定律和原理，都是在取得丰富可靠的实验事实材料以后，经过科学抽象才产生的。这是进行科学抽象的前提，否则，即使思想方法对头，也无法得出完全、深刻、正确的抽象。为了使学生掌握充分可靠的材料，最重要的是让学生有更多的机会去亲自进行观察和实验，以取得实际的、具体的感性材料，才有可能达到科学的抽象。此外，认真学习他人积累的材料也是一个不可忽

视的方面。要注意的另一点，是要让学生学会运用思维规律和方法去进行科学抽象。科学抽象的过程是运用正确的理论思维对感性材料进行逻辑加工的过程。没有充分可靠的感性材料无法进行科学抽象，有了充分可靠的感性材料，没有正确的理论思维也不能进行科学抽象。化学教学中，学生学到的化学概念、定律、原理和理论，都是在教师引导下运用正确的思维方法（如，比较、分类、归纳、概括、分析和综合等）进行抽象的结果。

假说和模型方法

假说方法假说是科学研究工作的一种重要方法。它的特点是根据已知的科学事实，通过逻辑推理后得出假定性结论，这个结论有待于检验和证明。任何科学理论，都是先提出假说，再经过对它检验证明后，才上升为理论的。所以，恩格斯说：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。”①

学生学习的是前人已经证明了的化学知识。化学教学中运用假说方法的目的在于：以便最大限度地调动学生学习的主观能动性和学习的积极性；可以更有效地培养学生的思维能力和发挥学习中的独创精神；提高学生的科学素质，为毕业后从事研究工作打下科学方法的基础。

化学教学中运用假说方法，一般要经历下述的几个主要阶段。让我们以乙醇的分子结构的讲授为例进行说明。

第一步：提出问题。如，乙醇分子结构是什么样的？它的分子结构式应怎样写？

第二步：明确已掌握的化学实验事实和已有的化学知识，这是提出假说的依据。如对乙醇已掌握的化学事实和化学知识是：乙醇的分子式为 C2H6O； C、H、O 的化合价分别为+4、+1、-2。

第三步：在第二步的基础上提出假说。如乙醇分子的结构可能是：一个乙基（C2H5）与一个羟基（OH）相联；也可能是一个氧原子和两个甲基（CH3）相联。

第四步：根据假说推出可能产生的结论。如乙醇的分子结构是第一种情况，当乙醇与钠反应时，生成氢气的量可能是全部含氢量的 5/6 或 1/6。如果其分子结构是第二种情况，所含的氢将全部被置换出来。

第五步：通过实验验证假说。如，做乙醇跟钠反应的实验，收集产生的氢气，测得氢气的体积。经过计算得知产生的氢气量大约是乙醇全部含氢量的 1/6。

二、科学方法论教育的内容 - 图1 第六步：得出结论。在这里得出的结论是乙醇分子结构是第一种情况，其结构式可写成：

肯定了第一种假说，否定了第二种假说。

化学教学中运用假说方法时要注意：教师要结合教学的具体内容，做到精心设计，对教学的每一步活动都要认真考虑，争取在课堂上用较短的时间完成提出假说和验证假说的全过程。其次，在运用假说方法进行教学时，要不断提出一些具有启发性的问题，引导他们在运用已有知识和化学事实的基础上，积极进行思考，大胆提出设想，做出合理地推断；敢于提出验证假说

① 自然辩证法.于光远等译编.北京：人民出版社， 1984.

的实验设计，并能用实验验证它。但是，这要有计划、有步骤地进行，不可要求过高。做法上可由简单的教学示例向较复杂的教学示例过渡，由教师的示范教学向学生独立提出假说和验证假说的方向过渡。

模型方法模型方法是利用模型来达到特定目的的科学方法。模型是指人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的描述。这种描述可以是定性的（如对原子结构的描述），也可以是定量的（如 pV=nRT）。有的借助于具体的实物来描述（如分子结构的球棍模型），有的则通过抽象的形式

（如符号、文字、公式等）来描述。化学教学中运用的模型可分为物质模型和思想模型两大类。

物质模型是用物质实体仿照原型而复制的物件。如在化学教学中使用的分子和晶体的球棍空间结构模型，吸收塔和热交换器等的教学模型等都属于物质模型。物质模型是化学教学常用的直观教具，物质模型较多地应用于物质结构知识的教学中。物质模型在教学中的主要作用在于它能为学生提供生动直观的形象，为学生形成概念、学习理论打下感性认识基础。但是，也应引起学生注意，物质模型只能揭示原型的某些特点，而不能把它当做原型的真实写照。如分子结构的球棍模型，只能向学生展示出分子内原子的空间排布情况，球的大小、颜色不能表示原子或离子的实际情况，棍也不能表示键型和键的强度，这是要提醒学生的。

思想模型（又称观念模型或理想模型）是客观事物在人的头脑中的抽象反映形式。有时还把思想模型看作是“概念”、“假说”或“理论”的同义语。思想模型是观念形态的东西。例如，汤姆生曾提出原子均匀结构模型，卢瑟福提出了原子有核结构模型，他们对原子内部的结构情况都做了微观表述。在这里原子是客观存在的微粒，人们对它们内部结构所提出的各种描述和解释就是思想模型。思想模型可用语言、文字表述，也可用符号、图解、图表、示意图等形式体现出来。思想模型能够用来解释一些现象，能帮助人们认识研究对象的某些变化过程和某方面的本质属性。

化学教学中讲到物质的分子结构时，引出的电子式、结构式、分子结构示意图等，这些化学图式都是表示某物质分子结构的思想模型。其中有的分子结构还可以制成物质模型。上述化学图式、物质模型和模型图，它们从不同的角度，以不同的形式描述了物质分子的结构，为学生形成分子的概念提供了形象化的东西。总之，在教学中学生可以凭借教师的口头讲解、教材上的文字描述、图表、流程图、示意图、模型图、化学符号、化学反应方程式、数学表达式、化学图式等思想模型以及物质模型等，在头脑中形成新的形象，想象出物质结构的形态，解释某种现象产生的原因、某种变化发生的过程和可能产生的结果等，以形成正确的概念和理论知识。可见，思想模型在教学中运用，对于学生接受化学知识，培养与提高想象力、创造性思维能力都起着重要作用。

前面分别介绍了几种科学方法在化学教学中的应用，但是在实际教学过程中，总是综合地运用各种科学方法，不可能只采用某一种科学方法。