tibetan antelope:浅谈几类化学创新思维方法

搞  要：让学生了解化学创新思维的方法，等于让学生掌握了创新活动的钥匙。本文以化学内容举例，总结归纳出化学创新思维的三类方法，一是思维逻辑创新类：求同思维、求异思维、逆向思维；二是操作方法创新类：模拟法、分解法、重组法、替换法、改变角度法、类推法；三是思维形式创新类：抽象思维法、形象思维法、灵感思维法。

    关键词：化学创新思维方法、思维逻辑创新、操作方法创新、思维形式创新。

爱因斯坦说“方法比知识更重要”。要培养学生的化学创新精神和创造能力，就要重视利用课堂渗透化学创新思维的方法，使学生掌握创新思维的规律，在化学的学习过程中迸发出更多的创新思维的火花。创新思维的方法很多，能结合化学内容介绍给学生的创新思维方法有哪些呢？在此，笔者作一点粗浅的归纳。

一、思维逻辑创新

⒈求同思维法    也就是“收敛思维”。即在多种事物中寻求相同的规律，或寻找解决多个问题的相同方法。具体在化学上如多题一解、多仪一用（多种仪器同一用途），多物一性（多种元素、多种物质具有相似的性质和具相似的规律）等。

多题一解：即多个题目用同一种方法解答。如已知某两个量及这两个量的平均值，求这两个量的比值的题目，都可以用“十字交叉法”。

例：⑴已知两种质量（或体积）分数的溶液（或气体）欲混合为一定质量（或体积）分数的混合溶液（或混合气体），求两混合成份的比例（如MCE91年27题）；

⑵已知两种烃的分子式及其这两烃混合物的平均分子式，求混合物中两烃的比例（如MCE 99年21题、MCE91年42题）；

⑶已知某元素只有两种同位素，告知两种同位素的质量数、平均原子量，求两种同位素的原子个数比（如MCE 99年广东卷4题：求铱的两同位素的原子个数比），都能用“十字交叉法”求解。

    多仪一用：如大试管、锥形瓶、烧瓶、集气瓶、U形管加上橡皮塞和导管，都可以用作制取H₂（或CO₂）的气体发生装置的容器；集气瓶、试管、锥形瓶、烧瓶都可以用来收集气体......

    多物一性：即多种元素、多种物质具有相同规律或相似性质。如金属活动顺序表；元素周期律；含氧酸和金属的氢氧化物的酸碱性都可用“R—OH规则”解释；大部分不饱和的有机物（如含有：

等官能团的烯烃、炔烃、芳烃、醛类、氰基）等都可以催化加氢。…….

    ⒉求异思维法     即“发散思维”。解决某一问题时提出多种途径、多种方法，并比较得出最佳途径和方法。如一题多解，一仪多用（同一仪器、同一装置多种用途）等。

    一题多解：同一习题用不同的方法求解。

    例：MCE99年33 题第⑵问（求电中性的Ni _0.97O中Ni³⁺与Ni²⁺的离子数之比）就有多种解法：

    ⑴方程法：象参考答案那样设未知数列方程式解；

   
    ⑵倍比法：将其扩大100倍变为Ni₉₇O₁₀₀，则：100个Ni²⁺离子中有3个空位，又因为每1个离变空位会有2个Ni³⁺，则；

⑶十字交叉法：设Ni的平均化合价为x，则

 0.97×x =2，则 ，用十字交叉法得：

⑷推理法：要保持电中性，必须每1个Ni²⁺空缺就有2个Ni³⁺，故Ni³⁺数为

（1—0.97) ×2=0.06 ,   所以：

类似的例子很多。

    一仪多用：如制氧装置还可以作什么？（制NH₃，制CH₄，加热Cu₂(OH)₂CO₃、NaHCO₃检测其分解产物......)，洗气瓶还有哪些用途？（倒过来通气可用作排水集气、可作贮气瓶、不装液体用于两种气体的混合.......)；水浴加热装置可以用作制银镜、制酚醛树脂、酯和糖类的水解，加上温度计可用于测定物质的溶解度等等。

   ⒊逆向思维法   即从逆方向假设推理。可用于理论和性质推断、改进实验及解答习题等。如解某些框图推断题、步骤较多的计算题，可以由结论向前步步推出条件；又如追踪化学实验中的反常现象：通过测定反应产物的性质倒推回去。

再如用于理论、性质和实验：⑴“电解池”把电能转化为化学能；倒过来，能否将化学能转化为电能呢？能：原电池。⑵Cl₂通入水中生成HCl和HClO：Cl₂+H₂O=HCl+HclO；倒过来，HCl和HClO能否反应生成Cl₂ 呢？能：浓盐酸加入NaClO或Ca(ClO)₂中就可以产生Cl₂ ；⑶“排水集气法”是通入气体排出水，能否倒过来呢？有：贮气瓶就是加入水排出气体；⑷初中化学用吸滤瓶模拟灭火器原理是使瓶内所压增大让液体向外喷，而高中的喷泉实验则是使瓶内气压减小使液体往里喷......

二、操作方法创新类：

     ⒈模拟法：摸拟某一事物进行创新思维的方法。其特点是要受原型启发，模拟出新的原型，或模拟出有所改进、用于别的方面新东西。

    例如：初中学习了制H₂的简易装置、启普发生器，请学生在活动课或课外活动，利用实验室现有仪器及有关废品，组装出具有启普发生器功能的H₂发生装置。教师先展示两个改进型装置（并分析：在橡皮管处夹上或松开弹簧夹，由于气压的变化，就可以象启普发生器那样随时令反应停止或进行），见（图-1）。

    然后让学生模拟创新。我的学生就曾经组装出右下几种装置见（图-2）：

经引导，部分学生还利用氰霉素瓶代替容器、自行车气门芯或输液管代替橡皮导管、空园珠笔芯代替玻璃导管、一次性针头代替尖嘴管、一次性塑料针管用于收集有毒气体、塑料眼药水瓶用作滴管、塑料瓶盖用作水槽等，制成了一些方便实用的的微型实验器。在这些创造性的活动中，学生就是利用已学知识，对现成的实验装置进行模拟和创新。

   ⒉分解法：即将某一事物分解成几个部分，分析和利用各部分的功能及特性的方法。如化学实验的加热分解、电解。这是西方的“点金术”、中国的“炼丹术”、及近现代化学发现和制取新物质、推动化学科学发展的重要方法。在教学中，要求学生在分析某化学反应原理、某有机物特定官能团的性质、某化学污染物的组成，解答过程比较复杂习题，都可以用此方法。

    像加热Cu₂(OH)₂CO₃、实验室制O₂、电解H₂O、制碱金属单质、探究原子及原子核组成奥秘......都是分解法。又如Cl₂与Ca(OH)₂反应：Cl₂+Ca(OH) ₂=CaCl₂+Ca(ClO) ₂+H₂O，拆分开来实际是：先发生Cl₂+H₂O=HCl+HClO，然后两种酸再与Ca(OH) ₂ 酸碱中和；

，可以看作先发生：，然后S 再燃烧：，而且分两步反应，可以更方便地进行H₂S在充足O₂、不足O₂情况下燃烧产物的讨论。

    ⒊重组法：将不同类型和功能的事物以适当方式组合起来，形成具有新功能事物的方法。这在化学上应用非常之多。

     如化合反应、将不同仪器组装成具有新功能的装置、将特定性质的官能团连接到某有机载体上合成新材料及新药品、利用数学或物理方法解决化学问题......，都是重组法的应用。具体像生产复合化肥、合成专门攻击癌细胞的新药、绿色材料的研制、1999年诺贝尔化学奖：飞秒激光（飞秒：10^—15 秒）用于研究“化学反应中间历程”、多种电教媒体的组合应用等都是。

    ⒋替换法：将原有事物中的某一部分，用其它事物的某一部分进行替换，形成具有新功能的事物。

    例：⑴学习了铜丝在Cl₂中燃烧的实验，可以让学生想象一下：如果将Cu丝换成镁条、铝铂、锌片，会有会么现象？⑵喷泉实验：把HCl、NH₃ 换成HI、HBr、HF、CO₂、SO₂能产生喷泉吗？再将水换成石灰水、NaOH、KOH溶液行吗？⑶CH₄与Cl₂的发生光卤代反应：把Cl₂换成F₂、Br₂、I₂可否？需要什么条件？再将CH₄换其它烷烃、烯烃、炔烃或苯的同系物，光照下能否取代？会在哪些位置上取代？条件会不会变化？⑷将制氢简易装置的长颈漏斗改为分液漏斗可否、有什么好处？如此等等。

    5. 改变角度法：即换一个角度来观察和分析问题，有时候会有新的发现或突破。它包括正向改为逆向、平面改为立体、首尾改为中间等方法。上文提到的“逆向思维法”是其中的一种。

    例题：科学家1978年制得一种物质A，它可以看作是烃B的所有氢原子被烃C的一价基（—R）取代而得。A遇Br₂的CCl₄溶液不褪色，A中氢原子被一个氯原子取代只得一种物质。一定量的C完全燃烧所得H₂O和CO₂的物质的量之比为1.25，C的同分异构体不超过三种。一定量的B完全燃烧生成的CO₂和H₂O的物质的量之比为2，B的式量大于26小于78。试回答下列问题：

    ⑴B的分子式是；⑵写出C的三种二溴代物的结构简式；⑶写出A的结构简式。

   
    根据计算和推理，可以迅速得到⑴、⑵的答案为：B的分子式为C₄H₄；C的三种二溴代物的结构简式为：；

    ⑶当推到C₄H₄以直线型的、和平面环状形成分子，都不能满足价键规则和题设条件。只有将视角转换到立体的角度才能突破：把4个碳原子连为正四面体形式，四个“—C(CH₃)₃ ”连接在4个碳原子上，既符合价键规则，又能符合题意（见右图）。

    ⒌类推法：比照某一事物的道理或性质，推出跟它同类的其它事物的道理或性质。化学教学中，据已知物的性质推断类似物质的性质、解答信息题、改进化学实验等都广泛用到。

例如：⑴无挥发性的浓H₂SO₄能与可溶盐NaCl反应产生HCl气体，类推：浓H₂SO₄也能与KCl、MgCl₂、NaF、KBr等可溶盐作用产生HCl、HF、HBr气体；同理，浓H₃PO₄与浓H₂SO₄类似，浓度高、无挥发性，它也可以与上述物质作用产生相应气体。

⑵金刚石很坚硬是因为它是立体网状原子晶体，类推：只要具有立体网状结构的原子晶体都应该很坚硬，如SiO₂、SiC、BN等。⑶元素化学性质主要取决于原子最外层电子数，类推：凡原子最上层有相同电子数的元素（周期表中同族元素）都应该具有相似的化学性质。

    ⑷MCE98年广东卷24题：此题要根据1,2,3—三苯基环丙烷的3个苯基，可以分布在环丙烷平面的上下，产生的2个异构体（如右图）：

   
   类推出1,2,3,4,5—五氯环戊烷的五种异构体：

三、思维形式创新类

   ⒈抽象思维法   抽象思维是“应用抽象概念进行判断和推理，认识事物一般的本质的特征及规律性联系的心理过程。” 简言之，就是将不同事物的相同属性抽象出来，概括成普遍适用的、具一般规律性的概念的思维方法。例如数字、数学的出现和应用。

    在化学上，将实验结果、题目条件，转化为一定的数量关系、计算式、含未知数的方程，物质的量和摩尔的提出，化学平衡表达式等数学方法应用来解决化学问题，都是抽象思维法。

    ⒉形象思维法   是指用直观形象或表象来思考事物的思维活动。与“抽象思维法”相反，将一些抽象的、难以直接观察或想象的事物，转化为可看到、可接触、或容易想象的形态。如道尔顿的原子说、阿佛加得罗的分子说、卢瑟福的原子模型、晶体或分子结构等，都是将难以琢磨和想象的事物，利用形象思维变成了易于想象和理解的形态。

    ⒊灵感思维法    以一定抽象思维和形象思维为基础，通过显、潜思维沟通产生创造性意象或意念的突发性思维形式。如：阿基米德在浴盘中发现了浮力定律、凯库勒受梦的启示提出了环状苯的结构，都是灵感思维的典型的例子。灵感思维一定是在对问题已经有了较深入的研究且“百思不得其解”，然后在放松状态时的突然“顿悟”。灵感决不会降临到对问题没有思考、或“浅尝则止”的人身上。我们在学习中当对某问题的思考、对反常实验的追踪、解答某个难题时，其实都产生过灵感思维。

     总之，化学教学中要重视“化学创新思维方法”的研究，特别是注意结合化学内容将“创新思维方法”教给学生，学生的化学创新能力就会被激活，化学的“教”与“学”的过程中就会碰撞出更多的创新思维的火花，所教学生就会具有更强的化学创新的能力。

参考文献

[1]丁润生.现代思维科学. 重庆出版社出版.1992年8月第一版

[2]钱学森.关于思维科学.上海人民出版社.1986年7月第一版.10 月第二次印刷。

[3]蒋伍星、秦重庆、刘冰.出点子的技巧. 农村读物出版社.1994年7月第一版

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