化學教學假設能力培養策略

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1問題提出

在新課程改革實施的過程中，探究式教學成為一種流行趨勢和主流模式。當前教學實踐表明，教師大量使用探究式教學但存在只重視假設的檢驗，如設計實驗、數據處理等，而對學生假設能力的培養并不關注。筆者在所在學校高一、高二年級部分學生問卷調查時設計了2個問題［1］：問題1：某位同學發現銅制眼鏡框表面出現綠色物質，通過上網查閱知道，該物質是銅銹，俗稱銅綠，主要成分是Cu2（OH）2CO3。你知道銅在什么情況下生銹嗎？問題2：某位同學將短玻璃導管插入焰心，發現導管的另一端也可以燃燒。于是他提出這樣的問題：導管中一定有可燃性的氣體，氣體的成分可能是什么？問卷調查統計采用計分制，說出3個或3個以上與問題相關假設及合理理由得3分，2個得2分，1個得1分。由表1可以看出，問題1和2的平均分分別為0．72和0．46，這說明當前高中生論述化學假設的能力還很弱。面對這個問題，部分教師認為提出假設特別是有創造性的假設依靠的是靈感和直覺，是不能在課堂上來傳授的，實際上這種想法是由于對假設產生的邏輯結構認識模糊而導致的。國內學者從假設的數量、質量和對所提假設的解釋等幾個方面來探討假設能力的結構及其培養［2，3］。國內其他學者認為應從“加強雙基教學、尊重學生所提出的假設、加強假設方法的教學”等方面來培養學生的假設能力［4］。這些研究或僅關注假設自身的含義，未注意假設能力的其他維度，或屬于自身的教學經驗，理論基礎較弱。因此有必要完整探討假設產生的邏輯機制、提出假設的思維過程，進而促進學生假設能力的培養。

2假設產生的邏輯機制

科學家究竟是如何提出假設的？經驗主義者認為，科學發現是一個歸納的過程，所謂的假設也就是由歸納而產生的?，F代科學哲學研究表明，我們不可能從事實歸納出任何可能的假設，因為如果沒有假設的指導，人們就不知道應該收集哪些事實。換言之，即使是歸納也應是以假設為前提。演繹一般被認為不能產生假設，因為演繹推理是從一般到個別，如果前提為真，其結論也為真，即演繹推理并不會產生新的命題。因此，假設既不是通過歸納，也不是通過演繹推理產生的，而是科學家發明出來的，包含直覺、頓悟等非理性因素?？茖W家提出的假設是否要遵循一定的邏輯機制［5］？目前科學哲學界的共識是，提出假設具有一定的邏輯模式，皮爾斯提出的溯因推理是產生假設的唯一邏輯操作。溯因推理是由結果推出原因的一種推理方式，它的觸發條件是事實與預期不符，如新事實、異常事實的出現。其邏輯形式可用如下模式表示：一個令人驚訝的現象A被觀察（推理的前提和誘因）找到一個假設B（省略了另外的前提———已有的知識和理論），它能作為A的原因并解釋它，使得A變為不驚訝。因此有充足的理由去推敲B，使它成為可能的假設［6］。

3化學問題中提出假設的具體思維過程

假設悄無聲息地通過科學家的有意識和無意識在問題解決中起著關鍵的作用。在這些問題解決中都是從待解釋的事實開始，科學家分析對比事實而發明出假設。盡管大多數人不是科學家，但科學家推理產生假設的思維過程具有示范意義?；瘜W界所熟悉的元素周期律的發現史從假設的視角看就是一個完美的典范。隨著科學技術的不斷發展，到19世紀60年代，化學家發現的化學元素增加到63種。化學元素間性質的巨大差異嚴重困擾著化學家，使得他們難以發現眾多元素間的內在規律，更不用說發現新的化學元素。門捷列夫在書寫元素符號及對應的相對原子質量數據時（見表2），發現N、P、As或O、S、Se或F、Cl、Br等組內，性質彼此相似，立即產生假設，元素的性質是不是表現在它們的原子量上？能不能根據它們的原子量建立元素體系？接著就走向這個體系的試驗［7］。1869年3月，門捷列夫發表了論文《元素性質和原子量的關系》，其基本觀點是：按照原子量的大小順序而排列起來的元素，它們的性質呈現明顯的周期性，甚至元素的化合價也是一個接一個按照它們原子量的大小形成算術的序列。根據門捷列夫發現元素周期律的案例，我們可以想象，門捷列夫面臨亂的知識尋求一個一般的原理，必定在已有的認知結構中思考了多種相似的經驗現象，然后選擇最合適的一種作為問題的假設提出。事實上，門捷列夫最初力圖到原子價中尋求這一原理。門捷列夫在《化學原理》第一部著作中，按照1價的氫，2價的氧、3價的氮、4價的碳的順序進行敘述，最后再回到1價的氟。第二部則從另一種1價的元素堿金屬開始［8］。由此可知，在現象與假設之間存在一條可以逾越的鴻溝，那就是從已有知識和理論中尋找相似的經驗現象或理論，并借用其中的因果解釋而提出假設。科學假設提出的整個溯因過程可以用圖1來描述：其具體思維步驟為：（1）科學假設的產生過程從分析問題，探討其中的因果關系開始；（2）推理者在已有的知識結構中尋找與當前問題相似的經驗事實；（3）探討各種相似經驗事實的因果解釋；（4）把各種經驗事實與當前的問題情境進行對比比較；（5）借用經驗事實的因果解釋，提出假設；（6）選擇合理的最合適的假設。圖中“”表示問題情境和經驗知識間的對比。由此可見，假設產生的溯因推理程序看似簡單，其實包含復雜的思維過程，如探索、比較、綜合和選擇等操作。我們不能把上述諸多環節狹隘地理解為類比推理過程，如尋找相似經驗這個環節，除類比推理外還包括運用已有知識創造性想象出與問題情境相似的結構模型，如凱庫勒的苯分子結構的發現。其中，非理性的靈感、直覺也發揮重要作用［5］。

4化學教學中運用假設的常見形式

4．1類比式假設

類比式假設是根據2個或2類對象所具有的某種或某些共有的相似要素或特征，推出其中一個（類）研究對象可能具有另一個（類）研究對象所具有的屬性或部分屬性而形成假設。［例1］（2009年海南高考題）門捷列夫在描述元素周期表時，許多元素尚未發現，但他為第四周周期的3種元素留下了空位，并對它們的一些性質做了預測，X是其中的一種“類硅”元素，后來被德國化學家文克勒發現，并證實門捷列夫當時的預測相當準確。根據元素周期律，下列有關X性質的描述中錯誤的是（）A．X單質不易與水反應B．XO2可被C或H2還原為XC．XCl4的沸點比SiCl4的高D．XH4的穩定性比SiH4的高從已有的知識經驗知道Si具有不易與水反應、SiO2可被C或H2還原、SiCl4是分子晶體等性質。在此題信息中X具有與Si相似的性質，進而推出X具有與Si類似的性質。

4．2歸納式假設

運用歸納法提出和建立假設是一種從特殊、個別事實、所獲得的認識或規律，提高到一般的認識和規律的方法。［例2］（2008年廣東高考題）醇在催化劑作用下氧化成醛的反應是綠色化學的研究內容之一。某科研小組研究了鈀催化劑在氧氣氣氛中對一系列醇氧化成醛反應的催化效果，反應條件為：K2CO3、363K、甲苯（溶劑）。此題要求學生對給出含有苯環不同結構的醇及其氧化反應數據等信息進行分析，歸納出由于此類醇中苯環上的取代基及與羥基相連的碳鏈長短不同，單位時間內醛的產率也不同，進而總結出在鈀催化劑作用下的一般規律［9］。

4．3演繹式假設

演繹假設是一種將一般認識、規律或原理運用于特殊、個別范圍內所產生的必然性推理結果的假設。［例3］CuSO4受熱分解生成氧化銅和氣體，受熱溫度不同，生成的氣體成分也不同。根據物質化學變化前后元素守恒，氣體成分可能含有SO2、SO3和O2中的一種、二種或三種。根據氧化還原反應中化合價的升降規律，所得氣體的成分可能只含有SO3一種，或可能含有SO2、O2二種，或含有SO3、SO2和O2三種。在此題信息中，CuSO4受熱分解生成的氣體，盡管有3種可能的假設，但是都需要符合基本的氧化還原反應規律。

4．4分類式假設

依據化學現象和資料的某些重要特征，分析整理形成假設，進行分類假設的驗證。［例4］將水加入盛有過氧化鈉固體的試管中，待形成溶液，滴加少量酚酞溶液，溶液先變紅，半分鐘內褪為無色，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的濃度過大。溶液中出現的現象是先出現紅色后褪色。紅色出現的原因是酚酞與堿作用的結果，紅色褪去的原因是酚酞發生變化或堿發生變化，其中酚酞變化是由于被可能生成的H2O2氧化所致。

4．5模型假設

模型假設是為了更好地解釋某些物質的性質或化學實驗現象，依據客觀事實而進行模型構建。如氣體摩爾體積模型、晶體模型、化學平衡的中間狀態模型等。［例5］原子結構模型的演變，是從質量守恒定律、定組成定律等的發現，導致1803年道爾頓原子模型提出；但在解釋蓋•呂薩克氣體體積定律時遇到困難，由1874年克羅克斯觀察到陰極射線現象，導致1904年湯姆遜模型提出；隨后盧瑟福的α質點散射實驗，提出了“行星系式”原子模型，但這個模型與原子長期穩定發生了矛盾。玻爾根據原子輻射出的能量是不連續的線狀光譜的實驗事實，提出了原子的殼層同心模型；目前又進一步完善為電子云模型等。

5化學教學中學生假設能力的培養策略

5．1樹立新型的教育觀和學生觀

化學教學應該立足于學生的發展，包括能力的提高、良好習慣的培養和健全人格的形成等。課堂教學中問題的設計，關鍵不在于問題的本身，而在于學生探索知識的興趣的培養、方法的培養和品格的形成。教師的作用在于創造條件、教給方法。心理學研究表明：只有在充滿民主和諧氛圍下的教學才會使學生得到心靈的解放，他們的思維才會活躍。因此，教師要樹立教學相長的觀念，對學生提出的疑難問題，要與學生共同研究切磋，對學生求真質疑的舉動應該給以充分的肯定和贊賞。

5．2教師要創設積極的假設情境

要使學生能夠進行合理的假設，教師就需要要求學生掌握一定的科學知識作為前提。如果沒有足夠的知識（包括生活經驗）作為依據，假設就成主觀的、憑空的猜想，由此所作出的假設也就失去意義。教學中教師要重視問題情境的創設，以引起學生的好奇心和求知欲，激發學生的學習興趣和探究欲望，使學生在符合客觀事實的基礎上，能夠在活動中發現問題，提出問題，作出切合實際的假設，凸現問題的解決方式或答案的信息［10］。

作者：王保強工作單位：江蘇省新沂市第一中學