化學(xué)邏輯思維：過程機制、外部聯(lián)系與教學(xué)訓(xùn)練
2021-06-08 07:34:14趙宗芳劉發(fā)初吳俊明
化學(xué)教學(xué) 2021年5期
趙宗芳 劉發(fā)初 吳俊明
摘要：在分析典型實例的基礎(chǔ)上概括了化學(xué)邏輯思維（化學(xué)抽象思維）活動的一般過程、典型過程和機制。討論了化學(xué)邏輯思維與其他思維方式的區(qū)別與聯(lián)系、化學(xué)邏輯思維的功能意義與教學(xué)訓(xùn)練。介紹了化學(xué)邏輯思維教學(xué)的兩個實例。
關(guān)鍵詞：化學(xué)邏輯思維（化學(xué)抽象思維）;過程機制;思維方式的區(qū)別與聯(lián)系;功能意義
文章編號：1005-6629（2021）05-0013-07 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B
1化學(xué)邏輯思維活動的過程與機制
弄清化學(xué)邏輯思維（化學(xué)抽象思維）的過程機制，不但可以加深對化學(xué)邏輯思維的了解，還有利于理性地、有效地開展化學(xué)邏輯思維活動。所以，化學(xué)邏輯思維過程機制是一個十分重要的研究課題。為弄清化學(xué)邏輯思維的過程機制，我們先來看幾個例子。
例1
發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識二氧化碳的邏輯過程
雖然公元3世紀(jì)時，我國西晉時期張華所著《博物志》一書已有燒白石作白灰時產(chǎn)生氣體的記載。但人類從化學(xué)角度科學(xué)地認(rèn)識二氧化碳是直到17世紀(jì)中葉才開始的。
1644年，比利時醫(yī)生海爾蒙特描述過釀酒過程中有一種氣體產(chǎn)生。他描述這種氣體跟一些巖洞中可使蠟燭熄滅的氣體相似;把酸滴到貝殼上，或者燃燒木炭時，也會有這種氣體產(chǎn)生（點評：確定了二氧化碳?xì)怏w是實在的，不是虛構(gòu)的、抽象的，確定了氣體屬于實體）。他曾經(jīng)列舉過15種氣體，例如“產(chǎn)生風(fēng)的氣”、“樹林中的野氣”、“油氣”、木炭和可燃物燃燒產(chǎn)生的“炭氣”等（點評：確定氣體有多種是又一個進步）。他說的“野氣”、“炭氣”是二氧化碳（說明：空氣的概念在18世紀(jì)70年代才開始形成）。
1750年，法國蒙比利埃的化學(xué)教授維勒爾把用天然碳酸鈉和鹽酸制成的氣體通入水中制成人造礦泉水，稱為“充氣的水”（點評：確定了二氧化碳?xì)怏w的水溶性）。
也在18世紀(jì)中葉，英國化學(xué)家布拉克在煅燒石灰石實驗前后精確測定重量，發(fā)現(xiàn)120格令（1格令=0.065克）石灰石煅燒后生成68格令生石灰，重量減少了52格令。他認(rèn)為，失去重量的原因是生成了一種氣體，因為石灰石在煅燒后，固體產(chǎn)物只有生石灰（點評：量的思維使他有所發(fā)現(xiàn)，潛在的質(zhì)量守恒意識助力了他的發(fā)現(xiàn)）。他把生石灰放在水中，用來吸收空氣中的部分氣體，發(fā)現(xiàn)增加的重量剛好等于石灰石煅燒后失去的重量。他改用含有碳酸鎂的菱鎂礦作煅燒實驗，發(fā)現(xiàn)放出的氣體跟煅燒石灰石時產(chǎn)生的氣體相同，和石灰石、菱鎂礦分別跟酸作用時放出的氣體也相同（點評：注意了驗證）。1755年，布拉克以“關(guān)于菱鎂礦、石灰石和其他堿性物質(zhì)的實驗”為題，發(fā)表了他的實驗結(jié)果和觀點（點評：比較系統(tǒng)地提出了假說）。自此，二氧化碳被稱為“固定空氣”。由于“固定空氣”溶解于水，布拉克始終沒能收集到純凈的“固定空氣”。
1766年，英國科學(xué)家凱文第旭用排汞集氣法收集到純凈的“固定空氣”，測定了它的比重并證明它和動物呼出以及木炭燃燒產(chǎn)生的氣體相同（點評：研究一種物質(zhì)時，必須以它的純凈狀態(tài)為研究對象，避免混合物質(zhì)的干擾，這是近代化學(xué)在經(jīng)驗基礎(chǔ)上確立的基本邏輯之一）。
1772年，拉瓦錫發(fā)現(xiàn)鉆石燃燒后生成“固定空氣”，后來進一步確定“固定空氣”是碳的氧化物（點評：碳的單質(zhì)直接跟氧化合，即使鉆石也不例外，這是一個非常有說服力的事實，因為它符合最簡單、最基本的邏輯）。
1774年，瑞典化學(xué)家柏格曼發(fā)表《研究固定空氣》，比較全面地介紹他測定二氧化碳的密度、水溶性、對石蕊的作用、被堿吸收的情況、在空氣中的存在，以及水溶液對金屬鋅、鐵的溶解作用，并把它稱為“酸氣”（點評：全面收集有關(guān)資料對概念的完整形成至關(guān)重要）。
1778年，法國化學(xué)家富克魯瓦發(fā)現(xiàn)干燥的二氧化碳不被生石灰吸收，生石灰和二氧化碳必須有水才能結(jié)合（點評：逆向思維導(dǎo)致新的發(fā)現(xiàn)）。他不同意將二氧化碳稱為固定空氣，并將二氧化碳改稱為“白堊酸”。
1787年，拉瓦錫測定“白堊酸”由23.450 3%的碳和76.5497%的氧組成，并將“白堊酸”改稱為碳酸氣（點評：量化研究糾正了質(zhì)性猜測的錯誤）。
1840年，法國化學(xué)家杜馬把精確稱量的、只含純粹碳的石墨放進充足氧氣中燃燒，并且用氫氧化鉀溶液吸收生成的二氧化碳，測出二氧化碳中氧和碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為72.734：27.266。用氧和碳的原子量（16和12）分別除它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比得出二氧化碳?xì)怏w中氧和碳的原子個數(shù)比為2：1（點評：量的精確跟邏輯的嚴(yán)密相互配合很重要）。
1811年意大利物理學(xué)家阿伏伽德羅提出“在同一溫度和壓強下，相同體積的任何氣體含有相同數(shù)目分子”假說后，人們精確測定標(biāo)準(zhǔn)狀況下，即在0℃和1個大氣壓時，1升二氧化碳重1.977克，1升氫氣重0.08988克。由此計算二氧化碳對氫氣的相對密度為1.977÷0.08988=22。因為當(dāng)時以氫原子的質(zhì)量為原子量單位，并已知氫氣為雙原子分子、分子量為2，由此確定二氧化碳的分子量為2×22=44，確定二氧化碳的分子式為CO2，可確定“二氧化碳”是這種氣體的合理名稱（點評：基于量的思維的組成測定對于化學(xué)來說，是必不可少的。否則，就難以形成正確、完整的二氧化碳概念）。
例2 發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識乙醇的邏輯過程
世界上幾個文明古國都很早掌握了釀酒技術(shù)。《新民晚報》1987年8月23日報道：“……在山東莒縣發(fā)現(xiàn)五千年前的釀酒器具”。這表明：我國釀酒起碼在五千年前就已經(jīng)開始。據(jù)古籍記載，在公元前16～ll世紀(jì)，我國先民已能用蘗（音niè，這里指生芽的米）或曲（酒母，繁體為“麯”）制酒（殷商之后則用曲制酒）。
釀酒時，乙醇含量達到10%時酵母菌停止繁殖，發(fā)酵隨即變得緩慢。因此，未經(jīng)蒸餾的酒中乙醇含量不超過20%。為提高乙醇濃度，前人創(chuàng)造了蒸餾設(shè)備，可得到濃度高達95.6%的“酒精”。德國數(shù)學(xué)家、化學(xué)家李希特在1797年發(fā)表的著述中，介紹了在蒸餾酒精時用氯化鈣吸收水分，可以獲得相對密度為0.792的“絕對酒精”（點評：提純處理好比是物質(zhì)的“抽象”，為了解乙醇的真實性質(zhì)提供了可能）。
1834年，法國化學(xué)家杜馬和彼利高在干餾木材時發(fā)現(xiàn)了木精，又名木醇。因其分子中含有一個甲基，貝采尼烏斯把它稱為甲醇。后來，酒精仿此被稱為乙醇。甲醇的發(fā)現(xiàn)使當(dāng)時的化學(xué)家很受鼓舞，他們認(rèn)為會有一系列相差“CH，”的新醇（點評：這里有概念思維、假說思維參與;概念思維拓展了之后的思維空間）。這個預(yù)測后來終被證實：一系列新的醇類化合物被發(fā)現(xiàn)，化學(xué)中增加了“醇”這個概念，醇的通性逐漸被人們認(rèn)識，“醇”的界定和“醇的特性”成為人們進行化學(xué)判斷和化學(xué)推理的依據(jù)之一。同時，“官能團”概念的形成指日可待……
例3從可燃冰說起——發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識包合物和超分子化學(xué)的邏輯過程
可燃冰是由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)。固體狀的天然氣水合物往往分布于水深大于300米以上的海底沉積物（從海底到海底之下1000米左右）或寒冷的永久凍土中，其儲量比地球上石油的總儲量還大幾百倍。海洋生成的甲烷包合物，蘊藏量鮮為人知。最新的估計大約500至2500個十億噸碳單位（Gt C），相當(dāng)于全球已知煤、石油和天然氣的兩倍。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1立方米可燃冰最多可轉(zhuǎn)化為164立方米的天然氣?？扇急芍苯狱c燃，熱值高，且燃燒后僅排放二氧化碳和水，不會生成污染空氣的其他氧化物，是石油、天然氣之后最佳的替代能源。作為世界第三凍土大國，科學(xué)家粗略估算，中國遠(yuǎn)景可燃冰資源量至少有350億噸油當(dāng)量。2017年7月，中國海域天然氣水合物首次試采圓滿成功;2020年2月17日，第二輪試采點火成功，持續(xù)至3月18日完成預(yù)定目標(biāo)任務(wù)，為生產(chǎn)性試采、商業(yè)開采奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。我國也成為全球首個采用水平井鉆采技術(shù)試采海域天然氣水合物的國家。
可燃冰是非化學(xué)計量的籠形結(jié)晶化合物（水分子中的氧原子電負(fù)性較大，在高壓下能吸引與之相近的水分子中的氫原子形成氫鍵，形成籠狀結(jié)構(gòu)）。組成天然氣的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成單種或多種天然氣水合物（點評：這里有概念思維，其晶體結(jié)構(gòu)情況的確定對“包合物”概念的形成具有關(guān)鍵性意義）?？扇急屑淄檎?0%～99.9%。甲烷分子含量超過99%的天然氣水合物通常稱為甲烷水合物?？扇急鶈挝痪О麅?nèi)有兩個十二面體（20個端點，因此有20個水分子）和6個十四面體（24個水分子）的水籠結(jié)構(gòu)（見圖1）。
與可燃冰結(jié)構(gòu)相似的氣體水合物（點評：“氣體水合物”概念是歸納思維的結(jié)果）有多種。例如，早在1810年，就有化學(xué)家發(fā)現(xiàn)氯分子跟水分子能生成穩(wěn)定的水合物晶體Cl2·6H2O。稀有氣體氙Xe、硫化氫H2S、甲烷CH4等氣體也能形成類似的化合物Xe4-23H2O、（H2S）4·23H2O、（CH4）4·23H2O等晶體（點評：這里有演繹思維）。
分子跟分子為什么能夠相互結(jié)合？早在1873年，荷蘭物理學(xué)家范德華就意識到分子間作用力的存在。1930年，他確定永久偶極矩、誘導(dǎo)偶極矩和瞬間偶極矩是分子間作用力的3個來源（分子間作用力因此被稱為范德華力）（點評：這里有演繹思維、結(jié)構(gòu)思維、假說一證明思維）。分子間作用力的能量一般是幾到幾十千焦/摩爾，比化學(xué)鍵能小一、兩個數(shù)量級。
兩種組分分子也有借助氫鍵結(jié)合的。由于氫原子半徑很小，又無內(nèi)層電子，在與電負(fù)性較大的氟、氧、氮等元素原子結(jié)合成共價鍵F—H、O—H、N—H時會形成極性鍵，共用電子對會偏向F原子、O原子、N原子，使氫原子幾乎裸露出帶正電的原子核，能與帶有負(fù)電荷的另一原子（Y）接近，形成氫鍵F—H…Y、O—H…Y、N—H…Y（點評：求異思維導(dǎo)致新發(fā)現(xiàn)）。氫鍵的鍵能也不大，與分子間力在同一個數(shù)量級。
由于形成氫鍵，n個水分子可以締合在一起，形成締合水分子（H2O）n。溫度越高，水中的締合分子越少;在3.96℃時，締合水分子最多，所以水的密度最大。冰實際上是一個巨大的締合分子（點評：這里有演繹思維）。
此外，化學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)：淀粉遇碘變成藍色，是淀粉分子中的葡萄糖鏈接成螺旋狀結(jié)構(gòu)，碘以“碘鏈”的形式塞在螺旋管結(jié)構(gòu)中的緣故……
概括上述事實，化學(xué)家們提出了包合物概念（點評：基于歸納的概念思維）：包合物是一種分子化合物，在這類化合物中一種組分分子構(gòu)成管道或空穴，另一種組分分子被包在管道或空穴中，兩種組分分子間或以氫鍵結(jié)合，或以分子間力結(jié)合，還有以配位鍵結(jié)合的[例如（C6H5）2CO→AlCl3]（點評：這里有演繹思維和形象思維一想象）。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，尿素可以形成直徑約5微米（10-6米）的管道，把多于6個碳原子的脂肪族直鏈烷烴分子包在里面形成分子化合物，并據(jù)此設(shè)計了用尿素分離石蠟的方法成功地應(yīng)用于石油工業(yè)中（點評：這里有演繹思維和社會思維）。
1987年，諾貝爾化學(xué)獎獲得者，法國科學(xué)家J.M.Lehn提出了“超分子化學(xué)”這一概念，他指出：“基于共價鍵存在著分子化學(xué)領(lǐng)域，基于分子組裝體和分子間力存在著超分子化學(xué)”。超分子化學(xué)是基于分子間的非共價鍵相互作用而形成的分子聚集體的化學(xué)，換句話說分子間的相互作用是超分子化學(xué)的核心（點評：超分子化學(xué)概念是抽象思維的產(chǎn)物）。
在分析、概括個例邏輯思維過程的基礎(chǔ)上，可以確定一般的邏輯思維過程和化學(xué)邏輯思維的典型過程，大體上分別如圖2、圖3所示。
2化學(xué)邏輯思維與其他思維方式的區(qū)別與聯(lián)系
化學(xué)的邏輯思維（化學(xué)抽象思維）是建立在化學(xué)事物的抽象概念基礎(chǔ)之上的，這是它跟其他思維形式最顯著也是最根本的區(qū)別。
化學(xué)邏輯思維的“原材料”主要來自觀察和實驗。面對觀察對象、實驗對象時，主體首先獲得對象的外表形象、性質(zhì)表現(xiàn)、變化情景以及有關(guān)的環(huán)境、條件等等直觀表象。然后，直觀表象經(jīng)過整合、變換、識別、聯(lián)想、抽象、概括等加工，逐步實現(xiàn)形象的抽象化、理性化，直至形成概念。在隨后的判斷和推理中，有關(guān)的形象表象還會不時出現(xiàn)。因此，化學(xué)的邏輯思維跟化學(xué)的形象思維始終密切地聯(lián)系著。同時，觀察和實驗方法的廣泛應(yīng)用也促進了化學(xué)觀察思維和化學(xué)實驗思維的發(fā)展。
跟其他邏輯思維一樣，化學(xué)邏輯思維以抽象的概念、判斷和推理作為思維的基本形式，以分析、綜合、比較、抽象、概括和具體化作為思維的基本過程，從而揭露事物的本質(zhì)特征和規(guī)律性聯(lián)系。自此，它可以擺脫對感性材料的依賴，既不同于以表象為憑借的形象思維，也不同于以動作為支柱的動作思維。
物質(zhì)的化學(xué)運動中存在著數(shù)量和數(shù)量關(guān)系、圖形和圖形關(guān)系，數(shù)量和圖形是數(shù)學(xué)抽象的基本形式和結(jié)果，數(shù)量關(guān)系和圖形關(guān)系是數(shù)學(xué)抽象的基本內(nèi)容。因此，化學(xué)邏輯思維不排斥數(shù)學(xué)思維。不僅不排斥，化學(xué)還常常倚重于數(shù)學(xué)的抽象思維。
化學(xué)中有著大量的推論，它們通常由前提和結(jié)論構(gòu)成。演繹和歸納都是推論的重要方式。通過歸納得到的推論沒有必然性，通過演繹得到的推論才有必然性。在傳統(tǒng)化學(xué)中，用于推論的前提是通過歸納經(jīng)驗形成的，沒有必然性。隨著化學(xué)科學(xué)不斷向新的領(lǐng)域、新的深度發(fā)展，通過歸納得到的經(jīng)驗性推論越來越不能適應(yīng)化學(xué)科學(xué)發(fā)展的需要。這就促使化學(xué)家們基于原子、分子的結(jié)構(gòu)，努力尋求通過演繹來獲得具有必然性的理論性推論，從而促進了以化學(xué)邏輯思維為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)思維、量子思維在化學(xué)中的應(yīng)用，促進了量子化學(xué)、計算化學(xué)等學(xué)科的形成和發(fā)展。
化學(xué)邏輯思維必須跟其他多種思維密切配合，才能發(fā)揮其最大的作用。
3化學(xué)邏輯思維的功能意義與教學(xué)訓(xùn)練
3.1化學(xué)邏輯思維的功能意義
化學(xué)概念、化學(xué)判斷、化學(xué)推理是化學(xué)邏輯思維（化學(xué)抽象思維）的直接成果。其中，化學(xué)概念能揭示化學(xué)事物的本質(zhì)和關(guān)鍵特征，能使人深刻、準(zhǔn)確地認(rèn)識化學(xué)事物?；瘜W(xué)判斷、化學(xué)推理能揭示化學(xué)事物的性質(zhì)和變化規(guī)律，能使人自由地把握和應(yīng)對化學(xué)事物及其變化。
化學(xué)邏輯思維的直接成果是構(gòu)成化學(xué)理論的基本成分，也是決定化學(xué)實踐的準(zhǔn)繩、指針和獲得成功的前提和保證。
以獲得的知識為基礎(chǔ)，可以為化學(xué)實踐制訂有效的計劃、方案等?？梢姡瘜W(xué)邏輯思維不僅能夠在實踐和感性材料的基礎(chǔ)上解決化學(xué)事物“是什么”或“不是什么”的問題，而且能夠為化學(xué)實踐解決“怎樣做”或“不怎樣做”的問題。沒有化學(xué)邏輯思維就沒有化學(xué)科學(xué)、沒有化學(xué)理論;沒有化學(xué)邏輯思維，化學(xué)實踐就是盲目的、低效的。
總之，化學(xué)邏輯思維既跟化學(xué)認(rèn)知密切聯(lián)系著，又跟有效的化學(xué)實踐密切聯(lián)系著，這決定了：化學(xué)邏輯思維跟化學(xué)能力有著密切的關(guān)聯(lián)。沒有化學(xué)邏輯思維就沒有化學(xué)能力，化學(xué)邏輯思維是化學(xué)能力的核心和重要組成成分。
3.2化學(xué)邏輯思維的教學(xué)訓(xùn)練
在20世紀(jì)80年代的一次專門調(diào)查中，當(dāng)時的中學(xué)生曾經(jīng)抱怨化學(xué)“不講理”：學(xué)習(xí)中學(xué)化學(xué)要死記硬背大量的化學(xué)知識;化學(xué)沒有像牛頓運動定律那樣能概括大量事實的理論，也不像數(shù)學(xué)那樣能夠以有限數(shù)量的公式解決大量的實際問題……不了解、不熟悉、不善于化學(xué)邏輯思維成了當(dāng)時影響中學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)興趣的一個重要原因。這種情況的形成恐怕跟課程教材和教師教學(xué)都有關(guān)。
如今，大約40年過去了，這種情況未見得好轉(zhuǎn)：一些教材似仍以“知識介紹”（實為灌輸）為主，化學(xué)邏輯思維不受重視，對化學(xué)邏輯思維能力沒有明確的教學(xué)要求;別說學(xué)生大多依舊不了解、不熟悉、不善于化學(xué)邏輯思維，恐怕許多化學(xué)教師也是不甚了了。更何況應(yīng)對高考的種種策略給化學(xué)教學(xué)帶來了很大的干擾。
要解決這些問題需要從多方面著手，十分復(fù)雜，絕非易事，但一線化學(xué)教師仍有可為之處，應(yīng)堅持努力、盡責(zé)盡心，有所作為。為此，就化學(xué)邏輯思維的教學(xué)訓(xùn)練提出下列建議供一線化學(xué)教師參考：
（1）關(guān)注化學(xué)邏輯思維、研究化學(xué)邏輯思維、弄清化學(xué)邏輯思維，不斷學(xué)習(xí)、進修，努力提高自己的認(rèn)識水平。
（2）注意結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，思考、研究如何進行概念界定、開展化學(xué)概念思維;如何進行化學(xué)判斷、化學(xué)推理，開展化學(xué)推理思維。
（3）注意通過討論讓學(xué)生知道化學(xué)中也有邏輯思維，知道化學(xué)邏輯思維在化學(xué)科學(xué)形成和發(fā)展中的重要作用，知道化學(xué)的基本邏輯;同時結(jié)合教學(xué)內(nèi)容了解化學(xué)邏輯思維的特點，結(jié)合典型實例初步學(xué)習(xí)如何通過概念形成，以及判斷、推理來獲取化學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)邏輯思維的興趣，初步了解化學(xué)邏輯思維跟其他思維方式的聯(lián)系。
（4）注意介紹化學(xué)邏輯思維的典型例子;發(fā)動學(xué)生參與分析、討論質(zhì)量守恒定律、元素周期律等化學(xué)發(fā)現(xiàn)中的邏輯思維，使他們了解怎樣通過科學(xué)抽象形成化學(xué)概念，怎樣通過邏輯運思進行化學(xué)判斷、化學(xué)推理;介紹并討論化學(xué)家進行邏輯思維的實例，例如我國有機化學(xué)家蔣明謙通過研究結(jié)構(gòu)性能的定量關(guān)系，提出誘導(dǎo)效應(yīng)指數(shù)，提出同系因子，發(fā)現(xiàn)同系線性規(guī)律，隨后又發(fā)現(xiàn)了共軛基團的結(jié)合規(guī)律，在理論有機方面做出重要貢獻的過程等等。
（5）注意根據(jù)化學(xué)邏輯思維活動的過程與機制，抓好概念形成、概念辨別、概念應(yīng)用以及進行化學(xué)判斷、化學(xué)推理、規(guī)律發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用等重要環(huán)節(jié)的教學(xué)訓(xùn)練。
概念是學(xué)好化學(xué)的根基，要重視通過化學(xué)實驗讓學(xué)生掌握有關(guān)的實驗事實，為概念形成提供豐富的素材;重視引導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)確理解概念，搞清概念的內(nèi)涵和外延，區(qū)分容易混淆的概念，學(xué)會比較并對概念進行分類、整理，掌握概念的系統(tǒng)性，建立起概念的體系和網(wǎng)絡(luò)。要在搞好概念教學(xué)基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生掌握化學(xué)的規(guī)律，能在解決化學(xué)問題的過程中得到正確的運用。
（6）重視應(yīng)用好思維導(dǎo)圖、思維過程圖等，使思維過程可視化，對學(xué)生進行合理思維過程的示范、強化學(xué)生的思維過程意識。
（7）注意通過化學(xué)概念辨析題、化學(xué)判斷題、化學(xué)推理題等專門題型進行化學(xué)邏輯思維的訓(xùn)練，等等。
3.3化學(xué)邏輯思維的教學(xué)實例
教學(xué)實例1 鈉及其化合物的邏輯思維
上海教材中，與鋁、鐵、硫、氮比較，鈉及其化合物沒有單獨設(shè)計教學(xué)章節(jié)，但它們是各種習(xí)題和試題中比較常見的，例如氯堿工業(yè)、侯氏制堿中的氯化鈉;定量實驗中的碳酸氫鈉、過氧化鈉;鹽類水解中的碳酸鈉、碳酸氫鈉以及有關(guān)碳酸氫鈉的實驗等等。這些內(nèi)容分散在各個章節(jié)中，學(xué)生對它們之間的邏輯關(guān)系并不是很熟悉，需要教師提供范式進行引導(dǎo)。為了幫助學(xué)生掌握鈉及其化合物之間的邏輯關(guān)系，筆者在課堂上對有關(guān)知識進行梳理，形成鈉及其重要化合物的邏輯關(guān)系見圖4。
該圖揭示了鈉及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系（虛線箭頭標(biāo)記的是侯氏制堿法的轉(zhuǎn)化關(guān)系），提供給學(xué)生鈉及其重要化合物相互轉(zhuǎn)化的邏輯思維模式。在教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生拓展對各重要物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識，明確各重要物質(zhì)的相互聯(lián)系，給學(xué)生學(xué)習(xí)元素化學(xué)提供一種范式，幫助學(xué)生理清和延伸思路;讓學(xué)生體會元素化學(xué)的學(xué)習(xí)不是單純的記憶，元素化學(xué)的學(xué)習(xí)也是有邏輯的。當(dāng)知識的獲得有邏輯時，思維也會變得有邏輯，學(xué)習(xí)也會變得輕松。
教學(xué)實例2 “鋼鐵的吸氧腐蝕”教學(xué)的邏輯設(shè)計
“鋼鐵的吸氧腐蝕”可以體現(xiàn)科學(xué)探究的一般過程，能培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。其中，鐵碳微電池的形成難于直接觀察，通常只能作抽象的討論，對學(xué)生思維的要求比較高。因而，該內(nèi)容既是教學(xué)的重點也是教學(xué)的難點。
筆者認(rèn)為，“鋼鐵的吸氧腐蝕”的教學(xué)應(yīng)該主要圍繞3個問題來展開：（1）鋼鐵在中性環(huán)境下可以構(gòu)成原電池嗎？（2）原電池的正極反應(yīng)是怎樣的？（3）如何通過實驗證明正極上發(fā)生的反應(yīng)？這3個問題的設(shè)計是有層次的、有邏輯順序的，解決這些問題要經(jīng)歷提出問題—提出假設(shè)—設(shè)計實驗—進行實驗—分析現(xiàn)象—得出結(jié)論的過程。學(xué)生在解決這3個問題的過程中思維不斷地發(fā)展、提升。學(xué)生討論實驗設(shè)計的過程是思維不斷發(fā)展的過程、方案不斷優(yōu)化的過程，也是思維不斷嚴(yán)密的過程。在設(shè)計實驗的過程中，學(xué)生需要調(diào)動已有的知識進行分析，需要不斷地經(jīng)歷“提出方案—論證方案—優(yōu)化方案”的過程，最終確定最優(yōu)的方案。按照這樣的邏輯設(shè)計教學(xué)，可以促進學(xué)生邏輯思維能力、探究能力和化學(xué)認(rèn)知能力的發(fā)展。
在對“鋼鐵的吸氧腐蝕”教學(xué)過程進行邏輯分析（如表1所示）的基礎(chǔ)上，筆者設(shè)計、組織了教學(xué)活動。學(xué)生由下表第三張圖的實驗觀察到紅墨水被倒吸現(xiàn)象，判斷有氧氣參加了反應(yīng)，根據(jù)元素守恒并結(jié)合實驗現(xiàn)象確定了正極上的電極反應(yīng)，使教學(xué)得以順利進行。
