2018年
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星期三 腊月十五
敢于猜想假设 培养创新思维

2019-09-18 09:38:11 浏览次数:0 字体:[ ]

   

                     朱方仕 湖北省利川市第一中学

猜想假设是一种创新思维形式,是科学不断发展和前进的原动力,牛顿说:“没有大胆的推测就不能有伟大的发现”,因此在化学教学中应把教学过程与培养学生创新思维统一起来,适时鼓励学生对教学过程中出现的异常现象进行大胆猜想假设,并运用自己已有知识和信息予以验证,让学生成为知识的发现者、研究者、探索者。

[案例1]在一次学生实验中,学生用铝片分别和稀硫酸、稀盐酸反应,发现铝片和稀盐酸反应现象明显。而和稀硫酸几乎不反应。这和教材上的内容“铝能跟稀盐酸或稀硫酸起反应生成氢气”不一致,是什么原因呢?是试剂、药品出了问题吗?

为了寻找原因,某学生在教师指导下重新用浓盐酸和浓硫酸配制了一定浓度的溶液,然后用0.1×10×10mm3、纯度≥99.5%的铝片,验证是否确实存在上述现象,实验结果如下表:

1:稀盐酸稀硫酸与铝片反应现象对照

反应时间(min)

 

1

2

5

15

20

3mol·L-1

HCl

少量

气泡

较多

气泡

大量

气泡

反应

剧烈

铝片

耗尽

1.5mol·L-1

H2SO4

均无明显现象(无气泡)

3mol·L-1

H2SO4

均无明显现象(无气泡)

无论是用1.5mol·L-1还是用3mol·L-1的稀硫酸,均无明显反应现象。其结论还是与教材的叙述不相符合。

问题一:为了探索“铝与稀盐酸和稀硫酸反应的差异原因”,你能对问题的答案作出哪些假设(或猜想)?

假设一:                                

假设二:                                

问题二:为了验证上述假设,你设计的实验方案(探究过程)是:                         

学生分析

铝片与盐酸、硫酸反应,对应的离子反应为,稀盐酸、稀硫酸都是非氧化性酸,在水溶液中都能电离出H,而且在1.5mol/LH2SO4 3mol/LHCl中,H的浓度都相等,均为3mol/L;同时,由于铝片的大小和纯度都相同,根据所发生的离子反应和反应速率理论推测存在较大的差异,这是为什么呢?既然cH+)和铝片均相同,造成的差异应该与反应()所处的环境不同(Cl SO)有关,因此猜想可能是由于两种溶液的阴离子不同而引起的差异。于是可提出:

假设一:Cl-能促进H+与金属铝的反应

假设二:SO42-H+与金属铝的反应起阻碍作用。

设计方案:                             

学生实验

1-3组分别取稀HCl、稀H2SO4,加入相同(纯度为99.5%)的铝片各一小片,然后添加NaClNa2SO4晶体作验证实验,4-5组为稀HCl和稀H2SO4的对比实验。记录实验现象。

2:填加不同的酸与铝反应的实验现象

组别

各取5ml

添加试剂

反应现象

5min后)

1

1.5mol·L-1

H2SO4

加入0.01mol

NaCl

有较多气泡产生

2

1.5mol·L-1

H2SO4

加入0.01mol

Na2SO4

无明显现象

3

3mol·L-1

HCl

加入0.01mol

Na2SO4

大量气泡产生但比第4组慢

4

3mol·L-1

HCl

不加试剂

(对比)

大量气泡产生

5

1.5mol·L-1

H2SO4

不加试剂

(对比)

无明显现象

 

实验结论:

Cl-能保进H+与金属铝的反应;

SO42-H+与金属铝的反应起阻碍作用。 

案例小结

鼓励学生更多地试图对问题做出猜想假设,是培养学生探究的兴趣、解除过多地在学生头脑中充塞已成定论而导致的心智禁锢的重要教学策略。猜想假设,当然不是毫无根据地胡乱瞎猜,即使是异想天开的大胆猜想假设,也需要建立在一定的理性、逻辑、事实的基础上,我们在教学过程中应该特别提倡渗透着科学精神和科学态度的大胆猜想假设。

[案例2]化学科研小组的同学在精确测试Na2SO3溶液的PH时,遇到了困惑,为此,他们进行了冷静的思考和准备,决心重新实验,揭开奥秘。请你了解情况,参与交流讨论。

查阅资料:

①常温下0.1mol·L-1H2SO3溶液的PH约为2.1

②通常情况下,H2S为无色,有腐蛋臭味的气体,其水溶液称为氢硫酸。常温下0.1mol·L-1H2S溶液的PH4.5

实验操作:

①准确称取纯净的Na2SO3·7H2O晶体25.20g,配成1L水溶液,测得其PH=7.8

②以坩锅再次准确称取25.20g上述晶体,继而隔绝空气在6000C以上高温下强热至恒重,质量为12.60g

③将②所得的12.60g固体进行元素定性定量分析,组成与Na2SO3无异。将其溶于水得250ml溶液,测得PH=10.3

问题:为了探索“操作①和操作③测得PH的差异的原因”你对问题的答案能作出什么猜想(或假设)?

猜想(或假设)                         

学生分析

6000C以上强热至恒重,Na2SO3·7H2O的结晶水肯定会失去,而Na+不水解,所以不必考虑H2OHO原子进入了恒重固体。那么恒重的固体物质究竟是什么呢?一定不是Na2SO3或者说不只是Na2SO3,因为实验中指出将它溶于水,溶液的PH10.3,碱性增强。从元素出发,Na元素、S元素、O元素相互结合,能生成一种什么物质溶于水后,碱性比Na2SO3溶液强呢?很容易想到Na2SNa2O。如果有Na2O产生,S元素必然以SO2形式进入气相,这样固体质量不可能相当于无水Na2SO3,因此产物之一应为Na2S,从氧化还原的角度来考虑,必然还有产物Na2SO4,于是可提出如下:

猜想假设:

Na2SO3·7H2O在强热下,失去了结晶水,进而发生了分解反应(自身氧化还原反应)。

这种推理过程是一种理性的思考,仍然只是一种假设,需要实验予以验证。

实验方案

①取少许加热至恒重的样品溶于水,将溶液分成两份。

②向其中一份加入BaCl2溶液,将生成的白色沉淀滤出,加足量稀盐酸,若有不溶物,说明有SO42-存在。

③向②的滤液中加入PbAc2溶液,若有黑色沉淀生成,说明有S2-存在。

④取另一份溶液,向其中加入足量稀盐酸,若产生淡黄色沉淀,说明产物中有SO32-存在,即岐化不完全,否则说明岐化完全。

实验结论

Na2SO3·7H2O在强热下,失去了结晶水,进而发生了分解反应:

4Na2SO3===Na2S+3Na2SO4                  

案例反思

    在日常的教学中,教师应该充分发掘和利用可以让学生提出猜想假设的学习主题,激发学生探究兴趣、开发学生智慧潜能,猜想假设可以牵引和推动他们去寻找更多、更可靠、更详细、更有说服力的证据,猜想假设及其验证的过程正是创造性思维的发展过程,如果教师在教学过程中能为学生提供发现问题,敢于提出猜想和形成假设,并运用所学知识进行探究验证,学生的创新思维,就会得到培养和发展,并能在研究过程中亲身体验到驾驭知识、解决问题的自豪感,这种内在的情感体验会反过来激励学生再探索、再创造,充分发挥学生自身潜能。因此,凡是学生有可能自己作出猜想假设和探究验证的问题都应该尽可能地提供给学生尝试的机会,这应该成为我们教学的基本原则。

 

 

 


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