化学探究式实验设计的思维方法，本文主要内容关键词为：思维论文,化学论文,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。
新教材中给出了较多探究性实验，但有些实验存在可见度小，受温度、浓度等条件的限制，成功率低；有些结论缺乏实验探究，这就要求教师进行补充。近几年来我们开展了题为《探究式实验教学方法和策略》的课题研究，借鉴、改进、设计了一些探究性实验，从中回味实验设计的思维方法，得出了一些共性的思维特点，总结如下。
一、转换法
化学学科遇到要探究的问题常常是看不见摸不着的，这就给我们的探究带来一定的难度。怎样把看不见摸不着的问题在探究过程中转换成明显的现象让学生清楚地观察到，利用学生知晓的化学知识及规律进行转换设计，是一条很好的思维途径。
例如：新教材“物质结构与性质”中在验证分子极性时，采用的是把
和
分别装在酸式滴定管中，利用带电的玻璃棒靠近从滴定管下端流出的细流是否发生偏转来说明是极性分子，而是非极性分子。这个实验的设计采用的就是转化法的思维方法。极性分子的电荷分布是不对称的，非极性分子的电荷分布是对称的，因此把带电体靠近极性分子时，会产生电荷相斥现象，而非极性分子则不会，从而把微观不能看见的性质显现出来。但这个实验也有不足之处：细流小，发生偏转现象又不明显，想采用实物投影仪放大实现不了（因为水是无色液体）。为此我们可以仿此思维改进这个实验，在两个水槽子中分别盛和再分别滴入一滴苯和水，然后用条形磁块接近液面，并缓缓移动，水滴跟着磁块移动，而苯不移动。
二、逆向思维法
所谓逆向思维就是打破一般的思维程序，即把事物反过来分析，从结果出发探究原因的思维方法。应用这一方法进行思维有时也会给探究实验的设计带来突破。
比如：日常生活中我们每个人都接触过苹果，都吃过苹果，都见过切开或削皮后的苹果放一段时间后，颜色会由白色变成浅黄色，最终变成褐色（这种现象通常称为“褐变”）。引起苹果褐变的原因及影响因素是什么呢？观点一：“苹果中的亚铁离子被空气中的氧气氧化生成铁离子而呈黄色”。观点二：苹果中酚氧化酶和酚类物质的区域分布受破坏，两者互相接触发生氧化反应，酚类物质可通过聚合作用产生有色物质，进而导致植物果实变成褐色。观点三：苹果当中含有氧化酵素（“酵素”即“酶”）的成分，当氧化酵素和空气中的氧气接触时，就会发生化学变化生成新物质，而使颜色发生变化。据此我们可以根据逆向思维来探究引起苹果褐变的根本原因是什么？
1.假设观点一正确，则在刚刚切开或削皮后的苹果上立即滴加KSCN溶液应该无现象，再继续滴加
溶液应该出现血红色；或在褐变后的苹果上滴加KSCN溶液应该变为血红色。实验结果两者均无明显现象，因此观点一不正确。
2.假设观点三正确，则由于所有的动植物体内都存在氧化酵素，那么，所有的动植物体被切开或削皮后均会发生褐变，因此，我们可以使用家庭日常生活中常见的几种水果、蔬菜进行实验，看是否均发生褐变现象即可。实验结果观点三不正确。
进一步探究可以知道，由于苹果中的酚氧化酵素（酶）是存在于细胞质中的可溶性氧化酶，它可催化氧分子对多种酚的氧化，酚氧化后变成醌，并进一步氧化，聚合成褐色物质。但是，在没有受到伤害的组织细胞中，酚类物质大部分都在液泡中，与酚氧化酵素（酶）不在一处；当苹果被切开或削皮时，受到伤害的组织细胞中的酚氧化酵素（酶）和酚类物质被同时释放出来，遇到空气中的氧气而发生褐变。
再如：在通常状况下100mL酒精和100mL水混合，总体积约变为195mL，那是因为分子间有一定间隙。但学生会有疑问，分子在间隙间是否就可以穿插呢？到了高中，学生学习了分子间作用力后，还会进一步提出问题，分子间不是有作用力吗？这种作用力是否会使混合液体产生变化呢？更有学生会根据逆向思维提出是否有两种液体混合有体积增大的呢？教师可以提示学生极性不同的两种互溶液体因为分子间排列的变化，分子间作用力发生变化，有可能体积增大，比如乙酸和苯的混合。因为乙酸和苯易挥发，我们可以通过测定混合液的密度来测量混合后体积的变化（说明：
）。
三、演绎思维法
所谓演绎思维法就是从一般规律出发，考察与一般规律有某种联系的个体，从而推演出针对个体的新的结论的思维方法，把这种思维方法应用于探究式实验设计，往往可以获得创新的实验方案。
例如：苏教版选修教材“化学反应原理”的原电池实验中，锌半电池和铜半电池是用盐桥连接起来的。这是中学生第一次接触盐桥。在此，学生难免产生一些疑问，下面就学生提出的两个有关盐桥的问题进行实验探究。
1.在原电池工作时，除了盐桥中的
向两极溶液中扩散外，电极溶液中的离子是否也相互扩散？
下面以电池Zn(s)｜
(0.2mol/L)｜｜KCl饱和溶液｜｜
(0.2mol/L)｜Cu(s)为例，进行实验探究（在实验中，把装满了KCI饱和溶液、用棉花堵住管口的U形管作盐桥）。其电池装置如图1所示。
实验记录：
电路中电流强度维持在7mA左右。
图1
2.当改变电极溶液中电解质浓度时，电极溶液中离子扩散快慢是否受到影响？
将上述锌铜原电池中
溶液浓度都改为1mol/L，再进行实验。
实验结论：
上述实验结果显示，在原电池开始工作的一段时间内，由于盐桥中电解质溶液浓度高，几乎担负了通过液相接界的全部电流的迁移。在电池工作一段时间后，电极溶液中的离子也开始显著地相互扩散，特别是当电极溶液中的离子浓度较大时，这种情况发生得更早，也更加明显。
四、彰显思维法
探究化学问题时，我们常常会遇到所探究的问题无法呈现出实验现象，有时即便有现象也是肉眼看不见的。这就要求我们想方设法使实验的现象“显现”出来。根据生活中的经验进行彰显思维有时会使问题迎刃而解。
比如：在完成
反应的实验时，根据学生已学的知识，学生可能认为是加成，也可能是取代，我们就可以让学生进行大胆的猜想与假设并让学生对自己的猜想与假设开展实验探究，具体如下：
五、改变强弱思维法
有些探究式实验虽然可以获得成功，但实验的现象很不明显，近处都难以观察，更不用说处于远处的学生，这种实验的成功率往往也很低。有时我们还会遇到一些有毒气体实验，而使实验难以获得成功。遇到这些情况，要分析产生这种情况的主要因素，采用改变强弱对比的思维方法，巧妙地改变影响因素的强弱，或安全性，可以使实验的可见度与成功率大大提高。
比如：过氧化钠与水的反应。教材中滴水的方法易使温度降低，导致实验成功率不是很高。我们可以利用水蒸气与过氧化钠反应，能百分之百地看到棉花着火，且操作简便，现象更为明显。具体如下：用脱脂棉将过氧化钠粉末包好，扎上细铁丝，悬挂在沸水上方。
六、组合思维法
巧妙地组合，可以说是一个再创造的过程。在探究性实验设计中，用我们学过的知识或实验及身边现成的东西进行组合思维，进而设计实验，往往可以获得意想不到的探究效果。
例如：原电池实验设计。我们可以用五角钱的铜币作为正极，裁剪比铜币稍大的易拉罐铝材作为负极，再裁剪与铜币大小的布块，吸附食醋后夹于两电极中间作为电解质溶液，构成一只简易电池。直接叠加若干只简易原电池串联成电池组（形似纽扣电池），使二极管发光。装置图如图2。
图2
再如：乙醇催化氧化的实验设计。
探究式实验设计的思维方法是多种多样的，本文浅谈了常见的六种，且这六种方法之间并不是割裂的，往往在具体的设计思维时可以相互渗透、穿插应用，从而使设计出的探究性实验操作性好、说理性强、可见度大。在大力倡导探究式实验教学的今天，迫切需要大量优秀的、具有创新性的探究实验来丰富我们的课堂教学，但愿本文能成为引玉之砖。