化学创新思维连动性培养的实践探索

韩磊

摘要：借助典型实例，阐述了创新思维的横向连动、纵向连动、逆向连动和形象连动在培养学生创新思维、解决具体化学问题中的应用。

关键词：创新;思维;连动

文章编号：1008-0546（2020）07-0036-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.07.010

一般来说，创新思维具有独特性、连动性、多向性、综合性和跳跃性，其中的连动性又常包括横向连动、纵向连动、逆向连动和形象连动。化学教学的根本任务不仅使学生单纯地掌握一定的事实和技能，还激发学生思考，使得学生灵活地、创造性地运用这些知识和技能，成为具有学力、具有创新思维的人。本文就化学创新思维的连动性，结合教学案例谈几点教学实施过程中粗浅的认识。

一、在“知其然”中培养“横向连动”思维

所谓思维的横向连动，就是发现一种现象后，便想到特点与之相似或相关的事物。这种思维常表现为“类比联想川特征迁移”，又称之为“横向思维”。

〔例1〕向一定量的澄清石灰水中不断地通入CO2气体，可观察到澄清的石灰水先变浑浊，一段时间后又变澄清;再向得到的澄清溶液中加入稀盐酸，有大量气泡产生。发生反应的化学方程式依次为：

（1）CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O（清变浊）

（2）CaCO3+ CO2+H2O=Ca（HCO3）2（浊变清）

（3）Ca（HCO3）2+2HCl=CaCl2+2H2O+2CO2↑（冒气泡）

试回答：（1）欲除去CO2中含有的少量HCl气体，由于AgNO3价格昂贵，一般只选用Na2CO3或NaHCO3作为洗气溶液，你认为最适合的试剂是_______，选用该试剂的理由是______;（2）不选用另一种溶液的原因是______。

分析：所设计的问题需要参照题干中所提供的3个化学方程式，将Na2CO3与CaCO3、NaHCO3与Ca（HCO3）2进行类比，引发横向思维，产生横向连动，便能立即“迁移”出如下反应：

Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3

NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑

从而得知：最适合的试剂应当选用NaHCO3溶液，因为该溶液既能除去COZ中含有的少量HCl气体，又能生成CO2，而Na2CO3溶液不仅会吸收HCl气体，而且会吸收CO2生成NaHCO3。由此可见，类似于这样的“知其然”的信息迁移题，只要引导学生在思维上进行适当的横向连动，则正确答案便会“跃然而出”。

二、在“知其所以然”中培養“纵向连动”思维

所谓思维的纵向连动，就是发现一种现象后，立即探究它产生的原因，并进行分析、综合、抽象、概况和推理，把思维逐步引向深入，弄清“其所以然”，找出问题的本质。这种思维常具有“深刻性川独创性”，又称之为“纵向思维”。

〔例2〕“氢气的制备和应用”。根据所学实验室制备气体的相关知识，回答以下问题：

1.实验室制备氢气的基本原理是______;其简易装置是______;

2.根据所学知识，还有哪些方法可以得到氢气______;

为使反应能随时发生和停止，对其简易装置应如何进行改进和完善，______;

3能否采用实验室制备O2、CO2的装置制取H2______;

4.利用氢气的性质，氢气在解决其它实际问题中有哪些应用______。

本题是通过“氢气的制备和应用”为载体设计问题的，设计的意图是在掌握其基本原理和简易装置的基础上，进行拓展、改进和创新，不断深化学生的思维，培养学生纵向思维的能力。其问题的呈现方式是由浅人深、由易到难、步步为营、层层推进，达到对氢气制备和应用本质问题的融会贯通的理解。

分析问题1：实验室制备氢气的基本原理是用锌等活泼金属与稀硫酸反应制备H2，其简易装置是（如图1）。

分析问题2：反应原理除了用活泼金属与稀硫酸、稀盐酸反应外，九年级学生还可以进行如下拓展

思维纵向连动：通过移动固体或液体，使之能随时脱离接触，装置变为可控装置。

从便于加液和控制反应的角度出发，进行纵向连动和发散思维，制备H2的装置可以作如下的改进和完善（图2a～h），使其反应能随时发生和停止：

可见，要使化学实验设计具有创意，必须在思维上具有多向的连动性。若能走出趋同、跳出定势，围绕促使固、液体能随时脱离接触这一本质问题进行纵向连动，就能发现常规之外的新事物，容易产生丰富多样的设计方案。

分析问题3：从反应物的状态（固、液反应）、反应的条件（常温进行、不需要加热）以及氢气的溶解性和密度多方面引发思考，突出“不这么做行不行”“为什么不行”，强化思维的纵深发展，通过类比分析得出，用MnO2催化H2O2、实验室制取CO2的反应装置均适合于制取H2;收集方法只能是排水法或向下排空气法。

分析问题4：由于H2是一种难溶于水、又不与酸碱反应的气体，所以应用较多，列举两例如下：

应用1：通过排水法测定H2的体积，可测定某一金属的纯度或某一合金中各自的质量分数;

应用2：利用H2来驱赶其它会造成实验误差的气体，减少实验数据的误差。如对某碳酸钠样品进行纯度分析（杂质不与酸反应），采用如图3装置进行实验，反应生成的CO2气体不可能全部被U型管中的碱石灰吸收，会有部分残留在烧瓶中（当然导致碱石灰增重的原因还有水蒸气）[1]。

改进办法：

由于H2和碱石灰不发生反应，所以在烧瓶之前可加H2的发生装置（如图4所示），用于驱赶反应前烧瓶中的空气和反应后残留在烧瓶中的CO2。

三、在“解惑然”中培养“逆向连动”思维

所谓思维的逆向连动，就是发现一种现象后，善于转换思路，从问题的相反角度进行思考、探索，与正向思维相反的思维方式，这便是人们常说的“逆向思维”。如：CO在O2中燃烧的产物是CO2，那么通过哪些方法可得到CO2呢;化学家戴维在伏特发明了“伏特电池”，將化学能变成电能的基础上，用电解熔融的苏打和苛性钠制得钠、用电解硼酸制得硼等都是运用了逆向思维法。

〔例3〕试设计一个简单的操作方案，检验图5所示装置的气密性。

分析：检查该装置的气密性，学生习惯于先设法使锥形瓶里的空气从导管“跑出来”，然后观察有关现象进行判断。这种思维即使纵向深入，也难以使其操作方法最简便。我们不妨倒过来想，如果不让装置内的空气“跑出来”，甚至向装置内“吹气”，其结果会怎样呢？这种逆向思维的方法在此能使学生茅塞顿开。操作方法是：用一只手指堵住导管口，然后从长颈漏斗向锥形瓶里加入适量水，若长颈漏斗管内的液面与锥形瓶里的液面出现稳定的高度差，则说明该装置气密性良好。或先向装置里加适量水（水浸没长颈漏斗的下端管口），然后从导管口用注射器向锥形瓶里轻轻地匀速打气，若长颈漏斗内液面匀速上升，则表明该装置气密性良好[2];或从导管口用注射器向锥形瓶里抽气，若长颈漏斗管口出现气泡，则也表明该装置气密性良好。

四、在“破其然”中培养“形象连动”思维

所谓思维的形象连动，就是运用意象进行联想和想像，善于打破定势思维，寻求事物多样性的统一。这种思维常表现为“大胆想像，不为常规束缚”，具有“生动、形象、独特”的特点，常称之为“形象思维”。

〔例4〕下列仪器或装置（图6a～c）往往具有多种用途。请你从多方面加以说明：

分析：本题是挖掘常用实验仪器和装置的非常规用途，只看到实验仪器和装置的一般用途是常规思维，只有打破定势思维，才能看到其非常规用途，才能碰撞出创新思维的火花。普通漏斗（图6b）的作用一般是添加液体或做过滤器，但也可以用来汇集气体（小口在上，气体由下而上）、或防倒吸（小口在上，气体由上而下）;烧杯（图6a）的常规用途是做容器或粗量器，其实还可以做冷凝器（如：氢气燃烧时验证水的生成）、或气体收集器（如：甲烷、蜡烛燃烧时生成物成分的鉴定）;如（图6c）装置可作为①收集气体装置（既可以收集密度比空气大的气体、又可以收集密度比空气小的气体）、②干燥气体装置、③洗气装置、④排水装置（测量不溶于水的气体的体积）、⑤储气装置。以上操作既出乎意料的简单，又有意想不到的创意。可见某种仪器或装置具备的用途不仅取决于其本身的构造，更取决于人为的使用方法和创意，实现思维的形象连动可以帮助我们在实验仪器的使用常规上有所突破、有所创新。

思维的连动性是创新思维的特征之一，它在学生学习化学的过程中大有可为。思维的连动性不是教师“教”出来的，需要学生的亲身实践和研究，因而化学教师在平时的教学中，需要更多地设计能激活学生创新思维的问题，引发学生的认知冲突;多给学生动手、动脑的机会，提供展示创新思维的平台，尤其是充分运用化学实验这个最能吸引学生、最有效的教学手段，科学而高效地训练学生的思维、训练思维的连动性。

参考文献

[1]陈育德，“氢气的制备与应用”复习课的四步教学法[J].化学教学，2007（11）：49-50

[2]卢有源，王国峥.浅谈化学实验设计的创意[J]，化学教育，2003（11）：46-47