化学实验探究科学猜想中的逻辑推理，本文主要内容关键词为：逻辑推理论文,化学实验论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、实验探究中的“科学猜想”是一种逻辑推理
化学实验探究中的猜想，既不是天马行空的猜想，也不是放任思维到处驰骋的猜想，更不是胡乱的不着边际的猜想。它的猜想，是在化学思想的大前提下，是在众多的具体的化学理论的基础上，再结合具体事例中的客观条件，以及实验过程中所呈现出的各不相同的现象，所进行的合理推导。既然，实验探究的“猜想”其实是一种“推理”，那么，其“猜想”其“推理”也就是有章可循有法可依的，绝非是茫无头绪的。
所以，在化学实验探究中，在“猜想”这一环节，同样，也运用到了逻辑中的推理方法。所谓的“猜想”和“预测”，其实是一种“合理的推断”，是一种“逻辑推理”。
二、实验探究中“科学猜想”的常见情形
1.有机反应类型的判断
常见的有机反应类型有：取代反应、加成反应、氧化反应、还原反应、消去反应、加聚反应、缩聚反应等等。那么，如何判断一个有机反应的真正实质即反应类型呢？我想，通常可以进行一下逆向思维。假如发生了某一类型的反应，那么，根据这些类型反应的本质的不同，可以寻找到其产物的不同特性，从而推测出其可能的反应类型。
例：溴水中加入足量乙醛溶液，可以看到溴水褪色。对产生该现象的本质原因，学生们尚不清楚。准备通过实验的方法，探究该反应的本质。学生们首先对该反应可能的本质进行了“猜想”：
首先，站在乙醛的角度来进行思考。根据过往的学习我们知道，乙醛分子中含有醛基—CHO，根据醛基的特点，通常可有两种断键方式。一是，当遇到“加成剂”时，醛基中的碳氧双键断裂发生加成反应；二是，当遇到氧化剂时，醛基被氧化成羧基。
其次，也应该立于溴水的立场之上来分析一下问题。在研究许多不饱和的物质时，溴水经常充当“加成剂”，同时，溴水又是一个较强的氧化剂。另外，根据卤素单质能发生取代反应的特点，似乎还应该考虑乙醛是否能与溴发生取代反应。
所以，通过以上分析可知，乙醛与溴水的反应本质，应该不外乎是加成反应、取代反应或是氧化反应。因而，可作出如下三种猜想：①溴水与乙醛发生取代反应；②由于乙醛分子中有不饱和键，溴水与乙醛发生加成反应；③由于乙醛具有还原性，溴水将乙醛氧化为乙酸。
通过实验数据可以得出结论：乙醛与溴水反应发生了氧化反应而不是加成反应。
2.根据有关信息提示进行实验探究的“猜想”
例：某研究性学习小组为探究铜、锌与浓盐酸反应，设计实验探究方案如下：
①实验用品：纯锌片、铜片，37%的浓盐酸、蒸馏水、氯化铜溶液。
④请你参与以下探究：
a.交流卡片中，实验A反应速率明显比B小，原因是：＿＿。
b.根据铜位于金属活动顺序表排在H之后的金属，与稀盐酸不反应，依据交流卡片C又产生气体的事实，作出如下推断：
有同学认为是溶解在溶液中的
逸出，你认为是否有道理，理由是：＿＿。
某同学作了如下猜想，是否成立，请你设计实验方案加以验证。
猜想验证方法预测现象及结论
认为铜片中可能
含有锌等杂质
c.交梳卡片D中的白色沉淀，分析：不可能是
，因为溶液显蓝色或绿色，也不可能是氯化锌，因为稀释后溶液更稀，不会产生出沉淀，并利用资料①②大胆猜想，白色沉淀是生成的氯化亚铜，请你帮他设计验证方案（若有多个，只设计两个方案）：
预设验证方法 猜想的现象与结论
白色沉淀是氯化亚铜
d.指导老师肯定了白色沉淀是氯化亚铜，请结合资料卡片③，写出铜与足量浓盐酸在加热条件下生成五色溶液及气体的化学方程式：＿＿。
根据交流卡片D，生成沉淀，实际上是一个平衡问题，请写出这一平衡关系式（用离子方程式表示）。
e.就铜与浓盐酸的反应，若还需进一步探讨，你认为还可探究的内容有＿＿（只提供一个实验课题即可）。
“猜想”分析：
之前的例子，所进行的猜想都是在过去所学知识或理论的基础上，进行或归纳、或抽象、或发散、或应用而得到的，就本题来说，问题a、b中的原因猜想，就是如此。
本题的问题c，与之前所列举的例子有所不同。不同之一在于，此处是给出了猜想，让你来预设验证方法。似乎是与猜想无关了，实际上，验证方法的预设，更要紧密联系猜想，更要对猜想进行分析，更应在对猜想进行透彻分析之后，在猜想的基础上，从多角度出发，初步考虑设计出各种不同的方案，然后，再进行方案利弊的权衡对比，最终确定最佳的方案。具体来说，根据猜想，白色沉淀是氯化亚铜，分析其性质特点，亚铜为+1价，具有还原性，能被强氧化剂氧化，因而，可以向沉淀中加入氯水或是稀硝酸等强氧化剂，如果能观察到溶液变蓝色，则能说明原沉淀中的铜为+1价。不同之二在于，此处的问题的思考、分析或解决，所依赖的都是试题中现场提供的信息。对于题中所给出的信息，首先应该有一个阅读的程序，从浏览粗读到细细研读，从了解大致情况到抓住实质和要点，这个过程是必不可少的。其次，再带着问题回看，有选择性的再次阅读。一般来说，信息题的答案，就隐藏在原题中，只不过需要你去发现，需要你有一双慧眼。具体来说，根据猜想，若白色沉淀是氯化亚铜，分析题中所给信息，氯化亚铜在不同浓度的KCl溶液中可形成
等离子，且它们在溶液中均为五色，因而验证方法可以是：向白色沉淀中加入氯化钾浓溶液，若白色沉淀消失且得到五色溶液，则能说明原白色沉淀为氯化亚铜，否则不是。
问题e中，问“你认为还可探究的内容是什么”，猛然看来，似乎可牵涉到的面太广了，似乎能够进行的探究太多了。不过，在此处，由于之前反复在探讨的是铜与浓盐酸反应，所以，此处还需探讨的仍然是铜与浓盐酸的有关内容。根据过去的有关知识，学生们都知道，铜与稀盐酸是不能反应的。本题中探究了铜与浓盐酸的反应，两相一对照，就会知道，我们对哪一个问题还是所知寥寥的，那就是，与铜反应的浓盐酸的浓度问题，到底怎样浓度的盐酸才能被称之为浓盐酸呢？才能与铜反应呢？所以，盐酸的适宜浓度，是需要进一步探究的内容。
3.关于化学史的实验探究（溴的发现）
例：在发现溴的前几年，化学家李比希接受了一家制盐工厂的请求，考察母液中含有什么东西。在分析的过程中，他发现，往母液中加入淀粉碘化物过夜以后变成黄色。他再将母液通入氯气进行蒸馏，得到一种黄色的液体，他没有分析研究就判断是氯化碘，并在装液体的瓶子贴上了氯化碘的标签。
如果你是当时的法国化学家巴拉尔，你会作何猜想？
“猜想”分析：由于实验过程中向浸取液中加入了氯水，因而，这种棕黄色的物质有可能是氯与溶液中的碘元素形成的新的物质——氯化碘，这种化合物使溶液呈棕黄色。
由于实验过程中向浸取液中加入了氯水，并且，氯水中的氯分子具有氧化性，可能是氯分子把溶液中的某种新元素置换出来了，形成了某种新的单质，因而使上层溶液呈棕黄色。
事实上，当年，科学研究的足迹正是如此的。后来，在以上“猜想”的基础上，巴拉尔想了些办法，试图把新的化合物分开，但都没有成功。
巴拉尔分析这可能不是氯化碘，而是一种与氯、碘相似的新元素。他用乙醚将棕黄色的物质提取出来，再加苛性钾，则棕黄色褪掉，加热蒸发至干，剩下的物质像氯化钾一样！
然后巴拉尔把像氯化钾一样的物质与浓硫酸、二氧化锰共热，则产生了红棕色的有恶臭的气体，冷凝后为棕黄色液体。
巴拉尔判断，这是与氯和碘相似的一种新元素，最终获得证实，并以希腊文恶臭(bromium)加以命名。这就是我们今天所熟知的溴。
结合上面溴的发现史，你得到的启示有哪些？请用简短的语言表述其要点。
其实，以上的最后一个问题，正是我写下此文时感触最深的一点。在李比希的研究过程中，他与新物质“溴”的发现仅仅只是一步之遥，他的错过，在于他的先入为主以及未曾用实验加以证实，而是勉强用过去的经验加以解释。后来李比希听说发现了溴，他知道自己错了，他将贴氯化碘标签的瓶子特别保存起来，作为研究工作中应该吸取的一个教训。并且他常把这个瓶子给朋友看，以表明不加分析研究、不求论证，而以先入为主的观念来对待科学，往往会使很大的发现在眼前错过。
其实，科学猜想的类型还有很多，比如，有关反应速率理论的猜想；有关元素化合物性质的相关应用的猜想；有关溶液中所含微粒的确认的猜想；有关定量实验中误差原因的猜想；有关利用有机物中官能团来进行性质的推断的猜想等等。
三、实验探究中“科学猜想”的意义
首先，科学是有限的科学。说科学是有限的，绝没有贬低的意思。因为根据科学的本质，它就一定是有限的。所以，“科学的猜想”为我们逐步的尽可能多的认识无限的世界提供了一种可能性，为我们认识无限的世界打开了一扇窗。
其次，科学作为一种以理性和逻辑的态度，来探索世界、形成结论，并以此指导我们的生活的学问，它的本质就是不断地怀疑与验证。而且出于理性与统一的逻辑，科学必然是一个整体。打个简单的比方，当年亚里士多德在地上画的那个关于知识的圈，是一个而且只能是一个圈。如果在这个知识的圆圈之外另有一个“飞地”，那只能称之为科学猜想，只有在将来的某个时刻，这个猜想得到了验证，这块“飞地”才能和大圈连在一起，成为科学知识的一部分。