化学创新教育的策略

　　化学创新教育的策略

　　[摘要] 作者从七个方面对化学创新教育的策略进行探讨。并以丰富的实例加以论述，可供广大教师参考。实施创新教育、培养创新人才已成为我国21世纪教育所要解决的重要问题。化学学科实施创新教育有许多问题需要研究。本文就化学创新教育的策略进行探讨。

　　1.类比迁移型策略

　　化学核心基础知识具有辐射、扩展功能，可类比迁移再生出许多/新0的化学信息。如水的电离方程式2H2O=H3O++OH-和水溶液中的酸碱中和反应方程式H3O++OH-=2H2O可类比迁移到下列问题的解决当中：

　　[例1] PCl5在加压下于148℃液化，形成一种能导电的熔体，测得P-Cl键的键长为198pm和206pm两种，请提出PCl5熔体能导电的合理解释。

　　[评析] 本问题的解决主要依靠类比迁移思维。PCl5能导电说明分子发生了电离，由于PCl5是共价型分子，而且有两种P-Cl键键长，可能与水的电离类似，提出如下解释2PCl5=PCl4++PCl6-，与实验事实相符。

　　[例2]参照水溶液化学反应的知识回答下面的问题：在液态BrF3中用KBrF4滴定Br2PbF10，在此过程中出现电导最低点，用化学方程式给予解释。

　　[评析] 本问题的解决也是依靠类比迁移思维。滴定过程中出现电导最低点说明发生了离子总数减少的反应，“参照水溶液化学反应的知识”就联想到水溶液中的酸碱中和反应就是离子总数减少的反应，即H3O++OH-=2H2O，这一思想迁移到液态BrF3中，就可类比出BrF2++BrF4-=2BrF3。因此，在液态BrF3中用KBrF4滴定Br2PbF10，可用方程式2KBrF4+(BrF2)2PbF6=4BrF3+K2PbF6来表示。

　　2.史料研究领悟型策略

　　以化学家创新史料为实例进行研究，可以使学生领悟到化学创新的基本思维方法。可为中学生提供的史料有：

　　元素周期律的发现

　　勒沙特列简介

　　苯的发现和苯分子结构学说

　　3.未来问题引思型策略

　　化学对于人类社会的发展起着积极的作用，有许多与人类发展有关的化学问题目前仅仅有个初步的思路，中学化学教育应该让学生了解未来需要解决的与人类有重要关系的问题以及解决这些问题的基本思路，从而启迪学生的探究意识和创新意识。

　　[例3] 水资源“缺乏”是人类面临的一个重要社会问题，研制高分子分离膜使海水淡化是解决这一问题的基本思路。

　　[例4] 能源危机是人类面临的一个重要社会问题，人类正在积极的开发新能源。利用太阳能分解海水可获得理想的氢能源。解决该问题的基本思路是研制使水分解温度降低的催化剂。

　　[例5] 化学在人类进步过程中，发挥了重要的作用，但是，在发展中也带来了严重的污染问题。解决这一问题的根本途径是实现“绿色化学”。

　　4.情境型问题策略

　　创新是从问题的提出开始的，教师应该精心设计情境，让学生自己提出有创新意识的问题来。

　　[例6] 1985年科学家们发现了C60，将C60应用于超导体、材料科学等领域的探索正在不断地深入。C60是一种由60个碳原子构成的球形分子，每一个碳原子与相邻的三个碳原子以共价键方式结合。请根据C60成键特征，提出可能会出现的新分子。

　　[评析] 学生可能根据碳原子能够形成4个共价键而且碳原子是有机化学的核心原子，提出目标分子C60H60。学生也可能根据周期表同一主族元素性质的类似性，提出目标分子Si60。假如Si60分子能被合成，学生还可能受碳化硅材料的启发，考虑到硅原子半径大于碳原子半径，提出球中球分子Si60C60。C60H60、Si60和Si60C60恰是科学家们根据C60成键特征提出的可能的目标分子，目前正在积极的探索合成。

　　[例7] 铁置换铜的反应Fe+Cu2+=Cu+Fe2+，在东晋葛洪所著“抱朴子”中就有记载，“以曾青涂铁，铁赤色如铜”。“曾青”即硫酸铜。这一反应是现代湿法冶金的先驱。铁器镀铜也是利用了这一反应原理。请进一步考虑该反应有无继续开发的价值。

　　[评析] 铁器镀铜的实质是Fe+Cu2+=Cu+Fe2+，目前采用的是电镀方式。如果能把铁置换铜的反应开发成/非电镀0式的镀铜工艺的话，既可节能又无污染。那么，是什么原因不能使这一反应直接用来镀铜呢？实际上，是因为铁置换铜所得的镀层疏松、不坚固。造成镀层疏松的原因之一可能是在镀层中生成了夹杂物，如CuOH、Cu(OH)2、Fe(OH)2、Fe(OH)3。夹杂物是因为金属离子发生水解生成的，人们正在探索控制夹杂物生成的条件。

　　5.推断“新”物质策略

　　有许多新近合成的物质或中学化学课程中未出现的物质对中学生来说是“新”的，教师可根据中学化学基础知识选择一些“新”的物质对象，科学地编制推断题，从而培养学生的创新思维。

　　[例8] 将OsO4(代号为A)溶于强碱转化为深红色的[OsO4(OH)2]2-离子(代号为B)，向含B的水溶液通入氨，生成C，溶液的颜色转为淡黄色。C十分稳定。C是A的等电子体，其中锇氧化态仍为+8。红外图谱可以检出分子中某些化学键的振动吸收。红外谱图显示C有一个四氧化锇所没有的吸收。C的含钾化合物是黄色的晶体，与高锰酸钾类质同晶。请推出C的化学式。

　　[评析] OsO4对中学学生来说是陌生的，由它发生反应生成的C对于学生来说更是“新”的物质。根据已有知识和题中所给信息推出/新0物质C的思维过程就蕴涵着创新的成分。C的具体推断过程如下：

　　(1)C所含元素不外乎Os、O、N、H四种元素；

　　(2)因为C是OsO4的等电子体，结合C的生成过程，可以在OsO4的基础上进行变换，如拿掉一个氧原子(少了8个电子)，可以用一个NH(8个电子)来代替；

　　(3)因为C有一个OsO4所没有的吸收，可以推知C中无N-H键，即不可能含有氢。要满足等电子体就必须有OsO3N-；

　　(4)OsO3N-的含钾化合物与KMnO4有一定的结构类似性；

　　(5)C的化学式为OsO3N-。

　　[例9] 将过量30%H2O2加入(NH4)2CrO4的氨水溶液，热至50℃后冷至0℃，析出暗棕红色晶体A。元素分析报告：A含Cr31.1%，N25.1%，H5.4%。在极性溶剂中A不导电。红外图谱证实A含有N-H键，且与游离氨分子键能相差不太大，还证实A中的铬原子周围有7个配位原子提供孤对电子与铬原子形成配位键，呈五角双锥构型。请推断：

　　(1)A的化学式；A可能的结构式。

　　(2)预期A最具特征的化学性质。

　　[评析] 物质A的化学式和结构式对学生来说是“新”的。根据已有知识和题中所给信息推出“新”物质A也蕴涵着创新思维。具体推断过程如下：

　　(1)根据元素分析报告可推算出A的组成为CrN3H9O4；

　　(2)根据红外信息可进一步推出A为Cr(NH3)3O4；

　　(3)根据氧化还原反应的原理可以推算出，在生成A的过程中，CrO42-是氧化剂，在Cr(NH3)3O4中Cr的化合价不可能是+8，所以O的化合价只能是-1，进而推出A为Cr(NH3)3(O2)2，即在A中有过氧键。因此，A最具有特征的化学性质就是既具有氧化性又具有还原性。

　　6.调查研究型策略

　　教师可组织学生进行专题调查研究，使学生通过接触生活、接触社会的方式，了解化学在生活、社会中的应用和有待解决的化学问题以及可能的创新领域。

　　[例10] 调查内容：调查本地区固体废弃物的主要品种和回收价值。

　　创新导向：废弃物的回收和最大化利用。

　　[例11] 调查内容：调查常用洗涤剂的品种、主要化学成分、性能和价格。

　　创新导向：新型洗涤剂的开发。

　　7.实验方案设计型策略

　　在化学研究与化学问题解决过程中，实验方案设计是重要的一环。新的有价值的实验方案是化学创新的主要领域，教师应给学生以更多的科学问题和实际问题，让学生进行实验方案设计，培养学生的创新能力。

　　[例12] 血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，缺乏则血液不能凝固，草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起抗凝作用。请设计实验验证钙离子在血液凝固中的作用。

　　[评析] (1)科学实验常以动物血液代替人体血液进行研究；

　　(2)因素分析需要设计对比实验；

　　(3)本实验问题的解决是以上述设计思想为基础的开放性探究过程，具有培养学生创新能力的价值。

　　[例13] 纯净的Na2SO3·7H2O50.00g，经600℃以上的强热至恒重，分析及计算表明，恒重后的样品质量相当于无水亚硫酸钠的计算值，而且各元素的组成也符合计算值，但将它溶与水，却发现溶液的碱性大大高于期望值。请提出解释，并通过设计实验证实解释的合理性。

　　[评析] (1)对上述事实的解释就具有一定的创新思维。根据实验分析，恒重后的样品应该是无水亚硫酸钠(Na2SO3)；溶于水后碱性大于亚硫酸钠溶液说明生成了更弱的含硫的酸(H2S)，进而推出4Na2SO3=3Na2SO4+Na2S；

　　(2)上述解释是否合理需要经过实验证实。设计方案需要全面考虑完全转化和不完全转化两种情形。

　　设Na2SO3完全转化为Na2SO4和Na2S，需分别检出SO42-离子和S2-离子。

　　SO42-离子的检出：SO42-+Ba2+=BaSO4不溶于盐酸。

　　S2-的检出：方法1：S2-+Pb2+=PbS(黑)(或醋酸铅试纸变黑)。

　　方法2：加盐酸S2-+2H+=H2S{(可闻到硫化氢特殊气味)。

　　设Na2SO3未完全转化为Na2SO4和Na2S，检出SO42-加盐酸时，以及检验出S2-采用方法2时，除发生上述反应外，均会发生如下反应：SO32-+2S2-+6H+=3S+3H2O。上述设计过程就蕴涵着创新思维。

　　总之，化学创新教育应该以化学家的创新思维为方向性目标，以有价值的化学学术问题和化学与社会问题为探究领域，以高质量的化学知识教育为基础，以学生的主动探究为基本学习方式，以优化的教学策略为基本保证。

　　参考文献:

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　　[2] 郑金洲.创新能力培养的若干问题[J].课程论坛，http：/www.pep.com.cn，2000(6).

　　[3] 梁永平.普通高中化学教育价值[J].课程教材教法，1998(6).

　　[4] 梁永平.化学与社会教学思想实现的几个基本问题[J].学科教育探索，1999(7).