假说和模型方法

假说方法 假说是科学研究工作的一种重要方法。它的特点是根据已知的科学事实，通过逻辑推理后得出假定性结论，这个结论有待于检验和证明。任何科学理论，都是先提出假说，再经过对它检验证明后，才上升为理论的。所以，恩格斯说：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。”①学生学习的是前人已经证明了的化学知识。化学教学中运用假说方法的目的在于：以便最大限度地调动学生学习的主观能动性和学习的积极性；可以更有效地培养学生的思维能力和发挥学习中的独创精神；提高学生的科学素质，为毕业后从事研究工作打下科学方法的基础。化学教学中运用假说方法，一般要经历下述的几个主要阶段。
     让我们以乙醇的分子结构的讲授为例进行说明。第一步：提出问题。如，乙醇分子结构是什么样的？它的分子结构式应怎样写？第二步：明确已掌握的化学实验事实和已有的化学知识，这是提出假说的依据。如对乙醇已掌握的化学事实和化学知识是：乙醇的分子式为C₂H₆O；C、H、O的化合价分别为+4、+1、-2。第三步：在第二步的基础上提出假说。如乙醇分子的结构可能是：一个乙基（C₂H₅）与一个羟基（OH）相联；也可能是一个氧原子和两个甲基（CH₃）相联。第四步：根据假说推出可能产生的结论。如乙醇的分子结构是第一种情况，当乙醇与钠反应时，生成氢气的量可能是全部含氢量的5/6或 1/6。如果其分子结构是第二种情况，所含的氢将全部被置换出来。第五步：通过实验验证假说。如，做乙醇跟钠反应的实验，收集产生的氢气，测得氢气的体积。经过计算得知产生的氢气量大约是乙醇全部含氢量的1/6。第六步：得出结论。在这里得出的结论是乙醇分子结构是第一种情况，其结构式可写成： 肯定了第一种假说，否定了第二种假说。化学教学中运用假说方法时要注意：教师要结合教学的具体内容，做到精心设计，对教学的每一步活动都要认真考虑，争取在课堂上用较短的时间完成提出假说和验证假说的全过程。其次，在运用假说方法进行教学时，要不断提出一些具有启发性的问题，引导他们在运用已有知识和化学事实的基础上，积极进行思考，大胆提出设想，做出合理地推断；敢于提出验证假说的实验设计，并能用实验验证它。但是，这要有计划、有步骤地进行，不可要求过高。做法上可由简单的教学示例向较复杂的教学示例过渡，由教师的示范教学向学生独立提出假说和验证假说的方向过渡。
     模型方法 模型方法是利用模型来达到特定目的的科学方法。模型是指人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的描述。这种描述可以是定性的（如对原子结构的描述），也可以是定量的（如pV=nRT）。有的借助于具体的实物来描述（如分子结构的球棍模型），有的则通过抽象的形式（如符号、文字、公式等）来描述。化学教学中运用的模型可分为物质模型和思想模型两大类。物质模型是用物质实体仿照原型而复制的物件。如在化学教学中使用的分子和晶体的球棍空间结构模型，吸收塔和热交换器等的教学模型等都属于物质模型。物质模型是化学教学常用的直观教具，物质模型较多地应用于物质结构知识的教学中。物质模型在教学中的主要作用在于它能为学生提供生动直观的形象，为学生形成概念、学习理论打下感性认识基础。但是，也应引起学生注意，物质模型只能揭示原型的某些特点，而不能把它当做原型的真实写照。如分子结构的球棍模型，只能向学生展示出分子内原子的空间排布情况，球的大小、颜色不能表示原子或离子的实际情况，棍也不能表示键型和键的强度，这是要提醒学生的。
     思想模型（又称观念模型或理想模型）是客观事物在人的头脑中的抽象反映形式。有时还把思想模型看作是“概念”、“假说”或“理论”的同义语。思想模型是观念形态的东西。例如，汤姆生曾提出原子均匀结构模型，卢瑟福提出了原子有核结构模型，他们对原子内部的结构情况都做了微观表述。在这里原子是客观存在的微粒，人们对它们内部结构所提出的各种描述和解释就是思想模型。思想模型可用语言、文字表述，也可用符号、图解、图表、示意图等形式体现出来。思想模型能够用来解释一些现象，能帮助人们认识研究对象的某些变化过程和某方面的本质属性。化学教学中讲到物质的分子结构时，引出的电子式、结构式、分子结构示意图等，这些化学图式都是表示某物质分子结构的思想模型。其中有的分子结构还可以制成物质模型。上述化学图式、物质模型和模型图，它们从不同的角度，以不同的形式描述了物质分子的结构，为学生形成分子的概念提供了形象化的东西。
     总之，在教学中学生可以凭借教师的口头讲解、教材上的文字描述、图表、流程图、示意图、模型图、化学符号、化学反应方程式、数学表达式、化学图式等思想模型以及物质模型等，在头脑中形成新的形象，想象出物质结构的形态，解释某种现象产生的原因、某种变化发生的过程和可能产生的结果等，以形成正确的概念和理论知识。可见，思想模型在教学中运用，对于学生接受化学知识，培养与提高想象力、创造性思维能力都起着重要作用。前面分别介绍了几种科学方法在化学教学中的应用，但是在实际教学过程中，总是综合地运用各种科学方法，不可能只采用某一种科学方法。