第二、第三次化学思想史教学课件第七章

第七章

科学发现的逻辑与化学探究教学策略

科学哲学对科学发现过程的研究表明，科学发现纵然表现形态各异，研究方法、技术也在不断拓展，按照思维路线，科学探究通常可分为归纳模式、演绎模式、以及归纳-演绎的辩证模式。科学思维的方式决定科学研究的策略与方法体系、决定了科学研究的逻辑起点。学生探究学习的目的，并不只是要学会知识，还要养成科学的思维习惯，学会探究。一、归纳模式归纳模式是一种由特殊到一般的推理过程推理过程是：如果N为研究对象，F是属性。则根据归纳法则有如下推理过程：

N1－FN2－F

……NM－FN－FN1→NM是N类的部分对象，它们都具有F属性，则N与F必定具有关系，经过因果关系思考可以得出N具有F属性。（一）、化学科学研究中的归纳模式

归纳的方法始于弗朗西斯·培根的经验论。近代化学的发展所依赖的基本科学观和方法论集中体现在基于经验的归纳法：实验－经验定律－理论概括。它强调经验事实对科学研究的奠基作用。元素周期律的发现就是化学史上运用归纳法的一个典范。（二）、化学探究学习中的归纳模式1．定性归纳化学教学中，依据对实验现象的归纳，得出规律性的认识，是学习元素化合物知识常用的策略。如通过比较碱金属元素与氧气和水的反应的实验条件、实验现象，可归纳出碱金属族元素化学性质的递变规律碱金属与氧气的反应

①锂与氧气的反应点燃，剧烈燃烧②钠与氧气的反应微加热条件下，剧烈反应③钾与氧气的反应在微微加热的条件下，剧烈反应④铷、铯与氧气的反应在室温下遇空气就立即燃烧碱金属与水的反应的现象：①锂与水的反应：锂在与水的反应中不融化②钠与水的反应：钠与水反应剧烈，反应放出的热使钠融化成小球③钾与水的反应：反应更剧烈，产生的氢气能燃烧④铷、铯与水的反应：反应非常剧烈并会发生爆炸结论

锂、钠、钾、铷、铯金属性依次增强，还原能力依次增强。究其原因，它们在结构上的共同特性就是最外层只有一个电子，且随着核电核数的增多、原子半径的增大，他们失去电子的能力在依次增强。2．定量归纳依据实验数据进行的归纳Equilibriummixture

[N2](M)

[H2](M)

[NH3](M)

(M)(M)

ABCD

0.250.550.00250.00110.750.650.00550.00110.0740.0894.6×10-62.7×10-7

0.390.250.330.230.0520.0520.0510.051

Equilibriummixture[N2O4](M)[NO2](M)(M)ABCD3.4×10-48.6×10-40.1×10-41.3×10-3

0.2×10-20.9×10-26.2×10-27.6×10-24.54.54.54.5结论

从相似的平衡研究中，通过对实验数据的定量归纳得出：不同的化学反应有不同K值；对同一个反应，在相同的温度下，K值是常数。上述案例表明，化学实验结果是科学事实。对学生进行归纳法的训练，除了让学生领会归纳的过程，有必要给学生澄清科学事实的概念。

科学事实既可以是实验数据，也可以是实验现象。通常，收集科学事实的方法包括：观察、实验、测量、调查、查阅资料等。这也是化学教学中要对学生加以训练的过程性技能。科学事实的特征①个别性。科学事实是单称陈述或命题。例如：“一个氧分子由两个氧原子组成。”“铁热胀冷缩。”②可重复性。科学事实是由科学共同体来确定的，是可重复、可复核的，能够在相同的条件下为多个观察者重复检验。重复性是科学事实的最根本的特点。③精确性。科学事实要求数量的精确性。科学仅有定性是不够的，还要进行定量研究，而且对定量也要求有相当程度的准确性。二、演绎模式

演绎法是法国哲学家笛卡儿基于理性直觉提出的。演绎法突出了人类思维的能动性、创造性、直觉和洞察能力。强调了逻辑推理在人类认识领域中的重要性。（一）、化学科学研究中的演绎模式

在近代化学建立之时，通过建立概念演绎出的化学体系对化学的发展起到了关键的作用：17世纪中期，罗伯特·波义耳提出了科学的元素概念，否定了亚里士多德的“四元素”说，把化学确立为科学。18世纪下半叶拉瓦锡以数学的法则说明了化学上的因果关系，提出了燃烧氧化理论，推翻了燃素说。19世纪，道尔顿在质量守恒定律、定比定律、倍比定律等基础上提出了原子论。……

演绎推理的理论前提并不一定是已有的概念，直觉与灵感同样扮演着很重要的角色。立体化学的诞生过程就是直觉与灵感的生动写照。（二）、化学探究学习中的演绎模式基于直觉经验的假设-检验：判断三个密封盒子里物品的大小、形状、质地：①先选一个盒子，可以轻轻地摇动、旋转。通过各种感官确定盒子里的物品。详细记录判断的依据，分别指明盒中三个物品是什么②和其他同学交流观察结果和观察过程中的一些想法，看得到什么结论。③用同样的方法确定其它两个盒子里的三件物品④交流判断过程的想法。⑤最后确定三个盒子里的物品。如果在交流之后重新作出判断，记录改变的依据。

对学生进行演绎推理的训练，需要让学生澄清科学假说的概念。所谓科学假说是指，根据已知科学规律和科学事实对于一定范围内的事物、现象的本质、规律或原因的一种推测性的说明。假说是理论的先导，有假说的成功才能产生科学理论。假说在得到更多科学事实证实后就会成为科学理论。在中学化学教学中，很少对科学假说、科学原理进行区分。通常，一概以定论的形式要求学生掌握。科学假说的特征①具有一定的科学依据。它建立于已有的科学事实和科学规律的基础上，并且经历了一定科学论证，不会轻易被论及同样问题的其他假说反驳，这就是假设具有的科学性。②具有推测和假定的性质，有待进一步实验检验和理论论证。三、归纳－－演绎模式

“归纳推理作为一种尚存疑问的推理，需要用演绎的方法来论证和补充。演绎推理作为一种纯逻辑的形式同样需要归纳推理提供客观的事实和根据。”将归纳与演绎统一于探究过程，是一种辩证思维。

（一）、化学科学研究中的归纳-演绎模式

元素周期表的完善过程就是对归纳-演绎模式的体现。此外，还有诸多建立在化学事实基础上并发展而来的化学原理。（二）、化学探究学习中的归纳-演绎模式

按照归纳―演绎模式进行探究学习，从根据资料提出问题是一个归纳的过程，从建立假说到证明假说是演绎的过程，其间，经历了提出问题、建立假设、寻求答案，进而深化理解、验证假设、构建理论的辩证过程。化学原理的探究——质量守恒定律明确探究的问题，以增强探究的计划性、目的性：设置情境，例如蜡烛燃烧而消失、铁生锈等让学生感知在化学反应中，存在量的变化关系。建立假设：根据生活经验，学生归纳出化学反应前后物质的总质量增加、减少、不变三种假设。陈述假设的依据。寻求假设的确证或否证——利用实验搜集证据学生实验：铁丝在盛有氧气的集气瓶中燃烧将盛有碳酸氢钠的试管加热将氯化钾与硝酸银溶液混合教师演示：将盛有碳酸氢钠的试管口套一个塑料袋后再加热。发现问题，解释原因确立假设的有效性总结归纳，得出结论

综合探究——“水的质量”

(美国教材《社会中的化学》)⑴学习情境：

Riverwood中学的学生在一个人们喜欢的钓鱼景点发现水面上有几条死鱼，尔后他们沿着河流发现了河面上漂着更多的死鱼。教材中向学生说明，虽然Riverwood这个地方不存在，但他们所面临的问题是我们现实中某些地方正面临的事情。当今社会已经面临着两大挑战：我们是否能继续获得足够的水来满足我们的需要，我们能不能得到足够纯净的水？⑵

探究线索：①以专家的调查活动为主线，通过设置悬念（造成污染的各种可能性），推动学生以探究的方式学习各种知识、技能。在整个调查的过程中，专家采用对猜测逐一排除的方式，假设了许多可能导致鱼死亡的原因，先排除掉最直观的由于水中存在某种有害悬浮物致死的可能性，再将探究的目标定位于溶解在水中的分子、离子上

【知识】

在这个调查过程中，学生要学的概念有：溶质、溶剂、溶解度、饱和溶液、不饱和溶液、溶液浓度等化学概念。涉及到的化学计算有：溶解度的计算、溶液中溶质浓度的计算。涉及到的科学事实有：水中生物对氧气的需求和水中氧气的来源、温度和气体溶解度的关系。（以资料的形式呈现）

【技能】在学生掌握以上化学知识技能的基础上，让学生阅读以下材料：

调查委员会成员JosephFisker依据已经测量了18个月来溶解在河水中的氧气的量来帮助判断河水的质量。Fisker每天上午九点在Riverwood医院附近桥下，半米水深处测量。在测量水中氧气量的同时，还记录了水的温度并从表中找到溶解氧的浓度。绘制图表是科学家分析数据经常用到的方法。数据图表经常可以帮助在数值中找出规律或者是模式。在阅读完材料后，将学生分组，学习绘制图表。分析图表，得出结论。②作为一个社会公民，用科学探究的方式方法对生活问题做出判断与决策，并有效参与到社会生活中。

天数123家庭成员数洗浴的次数淋浴的次数时间长度用洗衣机的次数低设置高设置洗盘次数用手洗的次数用机洗的次数冲马桶的次数其它用途和次数【素养】

为了增强学生的公民意识、经济意识、法律意识，教材中特别设计了一个听证会。听证会中包含了各种角色：市政厅成员、水电站的决策层、科学家、工程师、商会、卫生局以及纳税人代表。教材中要求这些角色均由学生扮演。以市政厅成员来讲，他们在听了各方面的综合报告以后，需要权衡各方面的利益，使市政厅做出的决定既不能与国家的法律法规起冲突，也不能为了经济的发展牺牲环境和公民的利益，同时还要照顾到企业的经济利益。而对水电站的决策层来说，他们是最能体现公民意识和经济意识的角色，他们不能为了经济利益而使水电站继续运转，必须把公民道德这个因素考虑进去。但是在水电站关闭以后，他们又需考虑经济损失的问题……四、HPS、STS教育理念及其教育意义HPS教育指把科学史(Historyofscience)、科学哲学(Philosophyofscience)和科学社会学(Sociologyofscience)的有关内容纳入中小学科学课程中,它