化學創新思維連動性培養的實踐探索

韓磊

摘要：借助典型實例，闡述了創新思維的橫向連動、縱向連動、逆向連動和形象連動在培養學生創新思維、解決具體化學問題中的應用。

關鍵詞：創新;思維;連動

文章編號：1008-0546（2020）07-0036-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.07.010

一般來說，創新思維具有獨特性、連動性、多向性、綜合性和跳躍性，其中的連動性又常包括橫向連動、縱向連動、逆向連動和形象連動。化學教學的根本任務不僅使學生單純地掌握一定的事實和技能，還激發學生思考，使得學生靈活地、創造性地運用這些知識和技能，成為具有學力、具有創新思維的人。本文就化學創新思維的連動性，結合教學案例談幾點教學實施過程中粗淺的認識。

一、在“知其然”中培養“橫向連動”思維

所謂思維的橫向連動，就是發現一種現象后，便想到特點與之相似或相關的事物。這種思維常表現為“類比聯想川特征遷移”，又稱之為“橫向思維”。

〔例1〕向一定量的澄清石灰水中不斷地通入CO2氣體，可觀察到澄清的石灰水先變渾濁，一段時間后又變澄清;再向得到的澄清溶液中加入稀鹽酸，有大量氣泡產生。發生反應的化學方程式依次為：

（1）CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O（清變濁）

（2）CaCO3+ CO2+H2O=Ca（HCO3）2（濁變清）

（3）Ca（HCO3）2+2HCl=CaCl2+2H2O+2CO2↑（冒氣泡）

試回答：（1）欲除去CO2中含有的少量HCl氣體，由于AgNO3價格昂貴，一般只選用Na2CO3或NaHCO3作為洗氣溶液，你認為最適合的試劑是_______，選用該試劑的理由是______;（2）不選用另一種溶液的原因是______。

分析：所設計的問題需要參照題干中所提供的3個化學方程式，將Na2CO3與CaCO3、NaHCO3與Ca（HCO3）2進行類比，引發橫向思維，產生橫向連動，便能立即“遷移”出如下反應：

Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3

NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑

從而得知：最適合的試劑應當選用NaHCO3溶液，因為該溶液既能除去COZ中含有的少量HCl氣體，又能生成CO2，而Na2CO3溶液不僅會吸收HCl氣體，而且會吸收CO2生成NaHCO3。由此可見，類似于這樣的“知其然”的信息遷移題，只要引導學生在思維上進行適當的橫向連動，則正確答案便會“躍然而出”。

二、在“知其所以然”中培養“縱向連動”思維

所謂思維的縱向連動，就是發現一種現象后，立即探究它產生的原因，并進行分析、綜合、抽象、概況和推理，把思維逐步引向深入，弄清“其所以然”，找出問題的本質。這種思維常具有“深刻性川獨創性”，又稱之為“縱向思維”。

〔例2〕“氫氣的制備和應用”。根據所學實驗室制備氣體的相關知識，回答以下問題：

1.實驗室制備氫氣的基本原理是______;其簡易裝置是______;

2.根據所學知識，還有哪些方法可以得到氫氣______;

為使反應能隨時發生和停止，對其簡易裝置應如何進行改進和完善，______;

3能否采用實驗室制備O2、CO2的裝置制取H2______;

4.利用氫氣的性質，氫氣在解決其它實際問題中有哪些應用______。

本題是通過“氫氣的制備和應用”為載體設計問題的，設計的意圖是在掌握其基本原理和簡易裝置的基礎上，進行拓展、改進和創新，不斷深化學生的思維，培養學生縱向思維的能力。其問題的呈現方式是由淺人深、由易到難、步步為營、層層推進，達到對氫氣制備和應用本質問題的融會貫通的理解。

分析問題1：實驗室制備氫氣的基本原理是用鋅等活潑金屬與稀硫酸反應制備H2，其簡易裝置是（如圖1）。

分析問題2：反應原理除了用活潑金屬與稀硫酸、稀鹽酸反應外，九年級學生還可以進行如下拓展

思維縱向連動：通過移動固體或液體，使之能隨時脫離接觸，裝置變為可控裝置。

從便于加液和控制反應的角度出發，進行縱向連動和發散思維，制備H2的裝置可以作如下的改進和完善（圖2a～h），使其反應能隨時發生和停止：

可見，要使化學實驗設計具有創意，必須在思維上具有多向的連動性。若能走出趨同、跳出定勢，圍繞促使固、液體能隨時脫離接觸這一本質問題進行縱向連動，就能發現常規之外的新事物，容易產生豐富多樣的設計方案。

分析問題3：從反應物的狀態（固、液反應）、反應的條件（常溫進行、不需要加熱）以及氫氣的溶解性和密度多方面引發思考，突出“不這么做行不行”“為什么不行”，強化思維的縱深發展，通過類比分析得出，用MnO2催化H2O2、實驗室制取CO2的反應裝置均適合于制取H2;收集方法只能是排水法或向下排空氣法。

分析問題4：由于H2是一種難溶于水、又不與酸堿反應的氣體，所以應用較多，列舉兩例如下：

應用1：通過排水法測定H2的體積，可測定某一金屬的純度或某一合金中各自的質量分數;

應用2：利用H2來驅趕其它會造成實驗誤差的氣體，減少實驗數據的誤差。如對某碳酸鈉樣品進行純度分析（雜質不與酸反應），采用如圖3裝置進行實驗，反應生成的CO2氣體不可能全部被U型管中的堿石灰吸收，會有部分殘留在燒瓶中（當然導致堿石灰增重的原因還有水蒸氣）[1]。

改進辦法：

由于H2和堿石灰不發生反應，所以在燒瓶之前可加H2的發生裝置（如圖4所示），用于驅趕反應前燒瓶中的空氣和反應后殘留在燒瓶中的CO2。

三、在“解惑然”中培養“逆向連動”思維

所謂思維的逆向連動，就是發現一種現象后，善于轉換思路，從問題的相反角度進行思考、探索，與正向思維相反的思維方式，這便是人們常說的“逆向思維”。如：CO在O2中燃燒的產物是CO2，那么通過哪些方法可得到CO2呢;化學家戴維在伏特發明了“伏特電池”，將化學能變成電能的基礎上，用電解熔融的蘇打和苛性鈉制得鈉、用電解硼酸制得硼等都是運用了逆向思維法。

〔例3〕試設計一個簡單的操作方案，檢驗圖5所示裝置的氣密性。

分析：檢查該裝置的氣密性，學生習慣于先設法使錐形瓶里的空氣從導管“跑出來”，然后觀察有關現象進行判斷。這種思維即使縱向深入，也難以使其操作方法最簡便。我們不妨倒過來想，如果不讓裝置內的空氣“跑出來”，甚至向裝置內“吹氣”，其結果會怎樣呢？這種逆向思維的方法在此能使學生茅塞頓開。操作方法是：用一只手指堵住導管口，然后從長頸漏斗向錐形瓶里加入適量水，若長頸漏斗管內的液面與錐形瓶里的液面出現穩定的高度差，則說明該裝置氣密性良好。或先向裝置里加適量水（水浸沒長頸漏斗的下端管口），然后從導管口用注射器向錐形瓶里輕輕地勻速打氣，若長頸漏斗內液面勻速上升，則表明該裝置氣密性良好[2];或從導管口用注射器向錐形瓶里抽氣，若長頸漏斗管口出現氣泡，則也表明該裝置氣密性良好。

四、在“破其然”中培養“形象連動”思維

所謂思維的形象連動，就是運用意象進行聯想和想像，善于打破定勢思維，尋求事物多樣性的統一。這種思維常表現為“大膽想像，不為常規束縛”，具有“生動、形象、獨特”的特點，常稱之為“形象思維”。

〔例4〕下列儀器或裝置（圖6a～c）往往具有多種用途。請你從多方面加以說明：

分析：本題是挖掘常用實驗儀器和裝置的非常規用途，只看到實驗儀器和裝置的一般用途是常規思維，只有打破定勢思維，才能看到其非常規用途，才能碰撞出創新思維的火花。普通漏斗（圖6b）的作用一般是添加液體或做過濾器，但也可以用來匯集氣體（小口在上，氣體由下而上）、或防倒吸（小口在上，氣體由上而下）;燒杯（圖6a）的常規用途是做容器或粗量器，其實還可以做冷凝器（如：氫氣燃燒時驗證水的生成）、或氣體收集器（如：甲烷、蠟燭燃燒時生成物成分的鑒定）;如（圖6c）裝置可作為①收集氣體裝置（既可以收集密度比空氣大的氣體、又可以收集密度比空氣小的氣體）、②干燥氣體裝置、③洗氣裝置、④排水裝置（測量不溶于水的氣體的體積）、⑤儲氣裝置。以上操作既出乎意料的簡單，又有意想不到的創意。可見某種儀器或裝置具備的用途不僅取決于其本身的構造，更取決于人為的使用方法和創意，實現思維的形象連動可以幫助我們在實驗儀器的使用常規上有所突破、有所創新。

思維的連動性是創新思維的特征之一，它在學生學習化學的過程中大有可為。思維的連動性不是教師“教”出來的，需要學生的親身實踐和研究，因而化學教師在平時的教學中，需要更多地設計能激活學生創新思維的問題，引發學生的認知沖突;多給學生動手、動腦的機會，提供展示創新思維的平臺，尤其是充分運用化學實驗這個最能吸引學生、最有效的教學手段，科學而高效地訓練學生的思維、訓練思維的連動性。

參考文獻

[1]陳育德，“氫氣的制備與應用”復習課的四步教學法[J].化學教學，2007（11）：49-50

[2]盧有源，王國崢.淺談化學實驗設計的創意[J]，化學教育，2003（11）：46-47