中学化学实验设计中的创造性思维方法，本文主要内容关键词为：创造性思维论文,化学实验论文,中学论文,方法论文，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。
创造性思维是伴随着创造性活动而进行的思维活动，是一切创造活动的开始。创造性思维由逻辑思维因素和非逻辑思维因素组成。逻辑思维是以演绎外推、直觉归纳和类比推理为主要方式。非逻辑思维不是以概念、判断、推理为主要的思维形式，也不遵守逻辑规则，而是以直觉、灵感、联想、想像等为主要手段，来触发新思想的产生。实践证明，只有当逻辑思维和非逻辑思维达到辩证统一时，创造性思维才能得到充分发挥。
化学实验是化学教学的重要环节，是培养学生的创新精神和实践能力的重要途径。做实验的目的，并不只是让学生学会操作，而是要求学生在熟悉实验原理的基础上，能够结合实验研究课题，运用创造性思维方法去寻找完成实验的最佳途径。因此，在化学实验设计教学活动中，加强对学生创造性思维方法的指导，把进行化学实验设计时的思维过程和思维方法教给学生，这对培养学生创造能力将是大有裨益的。
笔者通过对天津市化学实验设计部分获奖实验的中学教师进行访谈，并对他们在进行化学实验设计时常采用的创造性思维方法进行了分析、归纳，总结出几种在化学实验设计时常采用的思维方法，现分述如下：
1.观察入微法
观察是人们认识世界、增长知识的主要手段。观察也是化学实验设计选题的“眼睛”。在化学实验设计活动中，通过观察，可以获得大量的感性材料，对这些感性材料再经过思维活动的加工、提炼，就可以在平凡中发现不平凡，从而促进思维的发展，完成化学实验设计的课题。
例如，天津武清区的杨士祥老师在一次用氢气还原氧化铜的实验完毕后，偶然观察到在试管底部有一小块铜镜，对此，他进行了分析和研究。经过多次实验，终于发现，在不改变教材演示实验要求的前提下，先用洗耳球通过玻璃管向盛有氧化铜粉末的试管中吹气，使极少量干燥的氧化铜粉末均匀附着在试管底部，然后再按教材的要求进行实验，就可以得到具有金属光泽的铜镜。他的这个实验设计在京津沪渝川化学实验研讨会上进行了交流并获得一等奖。
这个事例说明，在化学实验过程中，只有仔细观察，才能发现问题，但观察入微，需要热情、耐心。观察细微既需要用眼睛看、耳朵听、鼻子闻、手触摸等多器官共同参与，还需要把观察和思考结合起来，这样才能找到创造的突破口。
2.分析归纳法
分析归纳法就是找出事物各个部分或各个方面的个别特征，通过分析、比较、归纳，加以改进创新的一种方法。例如，在用向下（或向上）排空气法收集氢气、氧气、二氧化碳三种气体的实验中，如何证明集气瓶中已分别充满这三种气体？氧气、二氧化碳均有实验证明，只有氢气没有实验证明。为解决氢气验满这个问题，笔者曾作过多次实验，用过多种方法，经过分析、对比和归纳，最后发现“烟”能在空气中扩散，但不能向氢气中扩散，由此完成了用“烟”做指示剂来进行用向下排空气法收集氢气时验满的实验设计。
这个事例说明，在进行分析和归纳时可以先找一些带有典型性的特例，从实际例子入手，从容易突破的地方开始。一般说来，具体的和小的题目比较容易研究，把它们搞清楚了，就可以得到启发。
3.发散思考法
这种方法是以一个目标作为思维起点，沿着不同方向，顺应各个角度，提出各种设想，寻找各种途径，解决具体问题的实验设计方法。它的特点是求异性、开放性，在追求思维结果的数量基础上寻求质量。通过发散和集中的思考，让头脑灵活起来，超越了形形色色的习惯思维障碍，达到创新的终点。
例如，在进行“喷泉实验”研究的教学实践中，我们首先引导学生认真观察和分析了氯化氢气体溶于水形成喷泉的实验及原理，然后布置了每组学生完成除氯化氢气体溶于水形成的喷泉实验外，再至少用5种不同的实验方法和反应原理进行喷泉实验设计，并对各种实验设计方案进行评价的研究课题。学生在查阅大量的文献资料的基础上，经过分析比较和实验探究完成了下列比较成功的喷泉实验设计。
通过学生的演示、交流和分析评价，一致认为，虽然不同的实验方案都各有特色，但相比起来，碳的吸附性喷泉、氨气热胀冷缩喷泉、过氧化钠和二氧化碳反应的喷泉、由势能差引起的喷泉和运用化学与物理综合的方法设计的“永久”喷泉等5种实验方案，更具有知识性、趣味性和创新性，是比较好的实验方案。在以后的教学实践中，这些实验设计值得推广。
这个事例说明，在培养学生创造性思维过程中，既要注重培养学生的发散思维，更要注重培养学生对运用发散思维设计的不同实验方案进行综合分析、比较归纳、优化选择的集中思维。只有发散思维与集中思维结合，才能把思维不断引向深处，最后的结果才能超出正常思维的水平。
4.逆向思维法
逆向思维法是指运用颠倒过来思考的方式进行实验设计的方法。逆向思维可打破顺向思维所形成的思维定势，克服思维“框框”造成的对创造力发挥的阻碍，取得一定的发明成果。
例如，教材中胶体电泳的实验是在U形管中进行的，在通直流电时，带电氢氧化铁胶体粒子的移动除了靠正负电性吸引外，还要克服重力的吸引。因此，实验所需要的电压高（110V），时间长，实验效果不明显。天津海河中学的任葆荷老师运用逆向思维的方法，在不改变教材操作要求的前提下，用倒置的U形管进行实验，电压只需12V，3分钟即可以观察到明显的实验效果。实验装置如图4所示。此实验改进后之所以取得这样好的效果，是将以前阻碍氢氧化铁胶体粒子移动的重力，转变为促进它移动的动力。此实验改进在第六届京津沪渝川化学实验研讨会上进行了交流，并获得一等奖。
又如，实验室在制备易溶于水的气体时，由于不能控制反应的发生与停止，通常是气体收集完毕后，气体发生器中的药品仍在反应，造成浪费。为解决这个问题，天津一中的张文萍老师借鉴启普发生器的原理，运用逆向思维的方法，设计了简易气体发生器，实验装置如图5所示。此装置既可以用于制备难溶于水的气体，也可以用于制备易溶于水的气体；还可以随时控制反应的发生与停止，不仅节约了药品，还给实验室工作带来了方便。此实验改进在天津市中学化学实验交流会上进行了演示交流，获得优秀实验二等奖，并被推荐参加第八届京津沪渝川化学实验研讨会。
这两个事例说明，在化学实验设计中进行逆向思维就要打破头脑中的僵化思想，在正面思维碰壁之后，就要从反面去思考是否有解决问题的方法。把思维重点偏重在反面，也能解决进行化学实验设计中的一些难题。
5.联想设计法
联想就是由此事物想到另一事物。它是通过人的思维活动，在不同事物或概念之间建立起暂时的联系。这种联系，有的是客观存在联系的反映，有的是在人的思维过程中主观上建立起来的一定的联系。联想设计法，就是通过联想建立起一定联系，充分利用头脑中存贮的知识经验，在广泛的联系中比较、选择，进行设计的一种方法。联想设计法是常用的一种化学实验设计方法，有四种表现形式：
（1）相似联想——指在性质上或形式上相似的事物之间所形成的联想。例如，用氢气一次吹出多个气泡的起泡器的实验设计就是由在日常生活中看到儿童吹皂泡的现象，通过联想迁移而设计出来的。
（2）接近联想——指把某些事物的特性联想到可以运用于别的事物上去。例如，丁达尔效应实验新光源的实验设计就是由在日常生活中看到儿童玩具激光手电，联想迁移并将其运用于丁达尔效应实验的光源，从而解决了在比较明亮的教室内不使用暗箱就能观察到光在各种溶胶中的通路问题。
（3）对比联想——指由正面想到反面，或由反面想到正面的联想。例如，对于铝粉和固体氢氧化钠的反应的认识，学生往往忽略水的作用，因此在书写化学方程式时经常出现错误。天津二中的吴裕光老师设计了铝粉和固体氢氧化钠混合后加水与不加水的对比实验。通过观察点燃向铝粉和固体氢氧化钠混合物滴加水后产生氢气火焰的大小来控制反应进行的程度，使学生不仅加深了对化学反应中水的作用的认识，而且还加深了对反应热的认识，深化了化学实验的教育教学功能。这个实验就是从氢气的可燃性联想而完成的化学实验设计。
（4）因果联想——指从结果想到原因的联想。有因必有果，有果必有因，因果联想是一种很自然的联想方法。例如，含碘盐快速定性检验方法就是由一次偶然观察到炒菜中藕片变蓝的现象而产生的联想，藕片变蓝是因为先将含碘盐进行爆炒的“错误”操作，使含碘盐中的碘酸钾受热分解生成碘化钾，碘化钾又被氧化产生单质碘造成的，由此联想完成了用加热干燥的含碘盐并用湿润的淀粉试纸检验产物的方法，来定性地鉴别含碘盐与无碘盐的实验设计。
以上事例说明，在化学实验设计中进行联想思维的前提，就是要树立实验意识，只有时刻想着化学实验设计的课题，才能在观察一些社会现象、生活现象中产生联想，并将有关的内容迁移到化学实验设计中，从而完成化学实验设计的课题。
6.组合设计法
组合设计法，是把现有事物分解成若干独立因素，再将它们按照新的需要重新组合起来，达到设计目的的方法。分解后的组合是为了调整组成结构的各个要素，使新的组合有一个高效合理的结构，产生优化和增加功能的作用。
例如，天津二中的化学教师侯俊荣和美术教师联手共同设计出用日常生活中常见的物质石膏和不同物质在化学反应中产生的各种颜色来制作京剧脸谱的实验，既体现了化学学科与美术学科的综合，又复习巩固了高中有关离子反应的化学知识；既弘扬了民族文化，又增强了学生学习化学的兴趣，培养了学生的动手能力。此实验设计在第六届京津沪渝川化学实验研讨会上进行了交流，并获得一等奖。
化学实验在培养学生的创造性思维方面，有其得天独厚的条件。学生在进行实验设计时，首先是通过观察模仿、移植现有的实验方案，然后通过独立思考、联想迁移、刻苦探索，逐渐在实验设计中体现自己的个性，从而具有一定的创造性。因此，教师在组织学生进行化学实验设计时，要引导学生阅读、分析、查找进行化学实验设计的有关资料，以开阔学生的视野，启迪学生进行创造性思维，经常提出一些能激发学生创造欲望和创造兴趣的问题，鼓励、引导学生进行独立思考和勇于提出自己的见解，充分发挥每个学生的创造潜能，让学生在手脑并用的化学实验设计活动中迸发出创造的火花。