韓磊

摘要：借助典型實(shí)例，闡述了創(chuàng)新思維的橫向連動(dòng)、縱向連動(dòng)、逆向連動(dòng)和形象連動(dòng)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、解決具體化學(xué)問題中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新;思維;連動(dòng)

文章編號(hào)：1008-0546（2020）07-0036-03 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.07.010

一般來說，創(chuàng)新思維具有獨(dú)特性、連動(dòng)性、多向性、綜合性和跳躍性，其中的連動(dòng)性又常包括橫向連動(dòng)、縱向連動(dòng)、逆向連動(dòng)和形象連動(dòng)。化學(xué)教學(xué)的根本任務(wù)不僅使學(xué)生單純地掌握一定的事實(shí)和技能，還激發(fā)學(xué)生思考，使得學(xué)生靈活地、創(chuàng)造性地運(yùn)用這些知識(shí)和技能，成為具有學(xué)力、具有創(chuàng)新思維的人。本文就化學(xué)創(chuàng)新思維的連動(dòng)性，結(jié)合教學(xué)案例談幾點(diǎn)教學(xué)實(shí)施過程中粗淺的認(rèn)識(shí)。

一、在“知其然”中培養(yǎng)“橫向連動(dòng)”思維

所謂思維的橫向連動(dòng)，就是發(fā)現(xiàn)一種現(xiàn)象后，便想到特點(diǎn)與之相似或相關(guān)的事物。這種思維常表現(xiàn)為“類比聯(lián)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(shí)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(chǎn)生。發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)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(jià)格昂貴，一般只選用Na2CO3或NaHCO3作為洗氣溶液，你認(rèn)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(shè)計(jì)的問題需要參照題干中所提供的3個(gè)化學(xué)方程式，將Na2CO3與CaCO3、NaHCO3與Ca（HCO3）2進(jìn)行類比，引發(fā)橫向思維，產(chǎn)生橫向連動(dòng)，便能立即“遷移”出如下反應(yīng)：

Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3

NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑

從而得知：最適合的試劑應(yīng)當(dāng)選用NaHCO3溶液，因?yàn)樵撊芤杭饶艹OZ中含有的少量HCl氣體，又能生成CO2，而Na2CO3溶液不僅會(huì)吸收HCl氣體，而且會(huì)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(dǎo)學(xué)生在思維上進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋M向連動(dòng)，則正確答案便會(huì)“躍然而出”。

二、在“知其所以然”中培養(yǎng)“縱向連動(dòng)”思維

所謂思維的縱向連動(dòng)，就是發(fā)現(xiàn)一種現(xiàn)象后，立即探究它產(chǎn)生的原因，并進(jìn)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(zhì)。這種思維常具有“深刻性川獨(dú)創(chuàng)性”，又稱之為“縱向思維”。

〔例2〕“氫氣的制備和應(yīng)用”。根據(jù)所學(xué)實(shí)驗(yàn)室制備氣體的相關(guān)知識(shí)，回答以下問題：

1.實(shí)驗(yàn)室制備氫氣的基本原理是______;其簡(jiǎn)易裝置是______;

2.根據(jù)所學(xué)知識(shí)，還有哪些方法可以得到氫氣______;

為使反應(yīng)能隨時(shí)發(fā)生和停止，對(duì)其簡(jiǎn)易裝置應(yīng)如何進(jìn)行改進(jìn)和完善，______;

3能否采用實(shí)驗(yàn)室制備O2、CO2的裝置制取H2______;

4.利用氫氣的性質(zhì)，氫氣在解決其它實(shí)際問題中有哪些應(yīng)用______。

本題是通過“氫氣的制備和應(yīng)用”為載體設(shè)計(jì)問題的，設(shè)計(jì)的意圖是在掌握其基本原理和簡(jiǎn)易裝置的基礎(chǔ)上，進(jìn)行拓展、改進(jìn)和創(chuàng)新，不斷深化學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生縱向思維的能力。其問題的呈現(xiàn)方式是由淺人深、由易到難、步步為營(yíng)、層層推進(jìn)，達(dá)到對(duì)氫氣制備和應(yīng)用本質(zhì)問題的融會(huì)貫通的理解。

分析問題1：實(shí)驗(yàn)室制備氫氣的基本原理是用鋅等活潑金屬與稀硫酸反應(yīng)制備H2，其簡(jiǎn)易裝置是（如圖1）。

分析問題2：反應(yīng)原理除了用活潑金屬與稀硫酸、稀鹽酸反應(yīng)外，九年級(jí)學(xué)生還可以進(jìn)行如下拓展

思維縱向連動(dòng)：通過移動(dòng)固體或液體，使之能隨時(shí)脫離接觸，裝置變?yōu)榭煽匮b置。

從便于加液和控制反應(yīng)的角度出發(fā)，進(jìn)行縱向連動(dòng)和發(fā)散思維，制備H2的裝置可以作如下的改進(jìn)和完善（圖2a～h），使其反應(yīng)能隨時(shí)發(fā)生和停止：

可見，要使化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有創(chuàng)意，必須在思維上具有多向的連動(dòng)性。若能走出趨同、跳出定勢(shì)，圍繞促使固、液體能隨時(shí)脫離接觸這一本質(zhì)問題進(jìn)行縱向連動(dòng)，就能發(fā)現(xiàn)常規(guī)之外的新事物，容易產(chǎn)生豐富多樣的設(shè)計(jì)方案。

分析問題3：從反應(yīng)物的狀態(tài)（固、液反應(yīng)）、反應(yīng)的條件（常溫進(jìn)行、不需要加熱）以及氫氣的溶解性和密度多方面引發(fā)思考，突出“不這么做行不行”“為什么不行”，強(qiáng)化思維的縱深發(fā)展，通過類比分析得出，用MnO2催化H2O2、實(shí)驗(yàn)室制取CO2的反應(yīng)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(yīng)的氣體，所以應(yīng)用較多，列舉兩例如下：

應(yīng)用1：通過排水法測(cè)定H2的體積，可測(cè)定某一金屬的純度或某一合金中各自的質(zhì)量分?jǐn)?shù);

應(yīng)用2：利用H2來驅(qū)趕其它會(huì)造成實(shí)驗(yàn)誤差的氣體，減少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差。如對(duì)某碳酸鈉樣品進(jìn)行純度分析（雜質(zhì)不與酸反應(yīng)），采用如圖3裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)生成的CO2氣體不可能全部被U型管中的堿石灰吸收，會(huì)有部分殘留在燒瓶中（當(dāng)然導(dǎo)致堿石灰增重的原因還有水蒸氣）[1]。

改進(jìn)辦法：

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

三、在“解惑然”中培養(yǎng)“逆向連動(dòng)”思維

所謂思維的逆向連動(dòng)，就是發(fā)現(xiàn)一種現(xiàn)象后，善于轉(zhuǎn)換思路，從問題的相反角度進(jìn)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(chǎn)物是CO2，那么通過哪些方法可得到CO2呢;化學(xué)家戴維在伏特發(fā)明了“伏特電池”，將化學(xué)能變成電能的基礎(chǔ)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(yùn)用了逆向思維法。

〔例3〕試設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的操作方案，檢驗(yàn)圖5所示裝置的氣密性。

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

四、在“破其然”中培養(yǎng)“形象連動(dòng)”思維

所謂思維的形象連動(dòng)，就是運(yùn)用意象進(jìn)行聯(lián)想和想像，善于打破定勢(shì)思維，尋求事物多樣性的統(tǒng)一。這種思維常表現(xiàn)為“大膽想像，不為常規(guī)束縛”，具有“生動(dòng)、形象、獨(dú)特”的特點(diǎn)，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(qǐng)你從多方面加以說明：

分析：本題是挖掘常用實(shí)驗(yàn)儀器和裝置的非常規(guī)用途，只看到實(shí)驗(yàn)儀器和裝置的一般用途是常規(guī)思維，只有打破定勢(shì)思維，才能看到其非常規(guī)用途，才能碰撞出創(chuàng)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(guī)用途是做容器或粗量器，其實(shí)還可以做冷凝器（如：氫氣燃燒時(shí)驗(yàn)證水的生成）、或氣體收集器（如：甲烷、蠟燭燃燒時(shí)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(cè)量不溶于水的氣體的體積）、⑤儲(chǔ)氣裝置。以上操作既出乎意料的簡(jiǎn)單，又有意想不到的創(chuàng)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(gòu)造，更取決于人為的使用方法和創(chuàng)意，實(shí)現(xiàn)思維的形象連動(dòng)可以幫助我們?cè)趯?shí)驗(yàn)儀器的使用常規(guī)上有所突破、有所創(chuàng)新。

思維的連動(dòng)性是創(chuàng)新思維的特征之一，它在學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的過程中大有可為。思維的連動(dòng)性不是教師“教”出來的，需要學(xué)生的親身實(shí)踐和研究，因而化學(xué)教師在平時(shí)的教學(xué)中，需要更多地設(shè)計(jì)能激活學(xué)生創(chuàng)新思維的問題，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突;多給學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦的機(jī)會(huì)，提供展示創(chuàng)新思維的平臺(tái)，尤其是充分運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)這個(gè)最能吸引學(xué)生、最有效的教學(xué)手段，科學(xué)而高效地訓(xùn)練學(xué)生的思維、訓(xùn)練思維的連動(dòng)性。

參考文獻(xiàn)

[1]陳育德，“氫氣的制備與應(yīng)用”復(fù)習(xí)課的四步教學(xué)法[J].化學(xué)教學(xué)，2007（11）：49-50

[2]盧有源，王國(guó)崢.淺談化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)意[J]，化學(xué)教育，2003（11）：46-47