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有机化学学习中的科学方法论思想

来源:学术堂 作者:周老师
发布于:2014-08-01 共3950字
论文摘要

  恩格斯曾经说过“:化学可以称为研究物体由于量的构成的变化而发生质变的科学。”有机化学是化学中极重要的一个分支,它作为研究有机化合物的结构、理化性质、合成方法、应用以及有机化合物之间相互转化所遵循的理论和规律的一门科学,蕴含着极为丰富的唯物辨证思想。
  有机化学也是医学专业、药学专业的重要基础课程。将哲学中的方法论思想渗透、融合到有机化学学习过程中去,不仅有助于学习和掌握所学的有机化学知识,而且有助于树立正确的世界观和方法论,对于有机学习者特别是以后从事教育、医药工作的人员的哲学素质的培养有积极意义。

  一、有机化学学习方法论必要性

  有机化学涉及的内容相当广博,研究有机化合物的来源、结构、性质、制备、应用、反应机理,以及结构和性质间相互关系,在有机化学的学习过程中,唯有抓住一定的学习方法才能学好有机化学。有机化学学习的方法论是关于有机化学一般学习方法的规律性理论,它既有自然科学方法论的一般特征,也反映了有机化学学习方法的特殊规律。
  正确运用有机化学方法论,才能有助于我们科学地对待各种理论学说及其关系,才能有助于我们理解有机化合物结构与性质的关系,才能有助于我们了解各物质之间的相互转化,最终帮助我们掌握有机化学的知识,能灵活运用!

  二、实验是有机化学研究性学习的最基本方法

  实践是检验真理的唯一标准。辩证唯物主义认识论认为,人的认知活动是一个从实践到认识和从认识到实践的多次反复、无限循环的辨证发展的过程。有机化学实验方法把人类对化学物质的认识不断地推进到一个新的阶段,体现了正确的反映一个具体事物的本质和规律,必须经过从实践到认识、从认识到实践的多次反复才能完成。实验方法探索的目的是认识化学现象的本质和规律,即实验所获知的现象应上升到理论来认识。
  从这个意义上讲,实验是为探索理论服务的,任何忽视化学理论的重要性,片面强调实验的观点,必然使化学降低为无规律的、盲目摸索的单纯的实验,因而也就失去了学科的科学性。而有机化学的学习过程中也是离不开实验的,通过实验可以验证理论,可以深入理解理论,可以培养观察、思维、分析等各方面的能力。

  三、有机化学学习的辨证思维方法

  在有机化学学习中,坚持辩证思维方法,实现由感性认识到理性认识的飞跃。在学习各种知识点时,必须运用归纳与演绎、分析与综合、抽象与具体等方法。坚持辩证思维方法对于系统学习有机化学,理解并运用有机化学知识有着重要意义。
  1.归纳与演绎思维方式。人们的认识过程,往往从宏观到微观,从现象到本质,从个别到一般,从归纳到演绎,从功能到结构,但当科学发展到一定阶段后,就有可能使认识过程逆转,使人们从长期实验观察中归纳出的规律,转变为演绎的基础。在有机化学学习中,归纳与演绎也有其普遍意义。例如,烯烃被酸性高锰酸钾氧化得到的生成物的结构有一定规律性,通过归纳这一规律,就可以写出任意结构的烯烃被酸性高锰酸钾氧化的生成物的结构;反过来,知道了生成物的结构,也可以反推反应物烯烃的结构。再例如,醛酮的官能团为羰基,只是羰基的位置不一样形成了两类物质,学习的时候先学习两者共有的化学性质,再学习两者具有的特殊的化学性质,然后是个别化合物特有的化学性质,即由一般到特殊,再到个别,明白了这一方法学,逻辑清晰,有利于理解物质的结构与性质的关系,很好地掌握相关的知识点。
  2.分析与综合思维方式。分析,即思维中的分析,是在思维中从整体中抽取出它的组成部分,并舍弃干扰因素和次要因素,把所要研究的问题在尽可能纯粹的或简单的状态下加以考虑;综合,则是在分析研究的基础上,进一步把先前舍弃的一些因素加进去,以获得对问题的全面的、具体的认识。例如,在学习有机化学时,分别学习了各种分析测试手段,如红外光谱只适于那些有偶极矩变化的分子,而紫外光谱则要求吸收200~400nm波长的紫外线后,发生电子能级跃迁;核磁共振仅对有核自旋的分子才能显示,电子顺磁共振则对有不成对电子的分子才得出信号;质谱则给出分子碎片的质量/电荷比的信息。因此,我们在进行结构分析时,需要运用各种检测手段,取得各种信息,然后再把这些信息综合起来,通过去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里的联贯思索,最后再做出判断。再例如,有机化学的推导题,需要我们分析提供的各种信息,先根据每个信息判断化合物的结构特点或者官能团,再综合这些结构特点、官能团推导出化合物的结构。
  3.抽象与具体思维方式。科学抽象是理性思维的一种形式。所谓抽象,就是透过现象抽取本质的思维过程。有机化学概念很多都是反映一类客体或一类属性的概念,它是抽象的,一切概念都具有抽象性,同时它又是具体的,它所反映的实体、关系和过程,似乎都有直接的原型。因此,有机化学概念表现为抽象和具体的统一,这是有机化学概念的特点。例如有机化合物的结构是抽象的,但是用具体的化学符号表示出来,并且根据有机化合物结构的特点,可以分别用价键式或实线式、骨架式、立体结构式等方式表示,这就体现了抽象与具体的统一。在有机化学研究性学习中,对观察和实验中取得的感性经验进行科学抽象,是一种必不可少的研究方法。

  四、有机化学中假说和模型

  有机化学经长足的发展已经形成一个庞大的体系,学习者想要把这些理论、知识吃透,需要下很大功夫,关键是抓住其中的精髓,能为自己所用,要达到此目的,假说和模型的建立对于有机化学的研究性学习是极其重要的。
  1.假说的建立及意义。“假说”,就是根据已有知识,人们对于所研究的事物或现象作出初步的解释。它是人们关于某一事物或现象的原因还没有知道的时候所作的一种推测。这种推测是由前提(论断)和结论(推断)组成的。假说既是前提的一部分,又是未知的某些推理,自此可见它具有推理的性质。化学假说的形成和发展是人类思维形式和思维方法相结合的产物,在化学理论研究中起着重要的作用。化学假说既是化学理论形成的一种重要形式,又是化学研究的一种重要方法。首先,化学假说应具有科学性,它是建立在实践基础上的假设、推理,能正确反映事物的客观规律。其次,假说还具有可论证性,正确的假说应能经得起实践的考验、论证。德国有机化学家凯库勒在1865年提出苯分子(C6H6)具有六边形环状结构的假说,就是在大量的实验基础上提出来的,并经后续化学研究论证和推理的。如果化学假说不能推断,那么就不能在实践中验证,也不能对化学研究起指导作用,就应该放弃。理解了这一点,有助于我们对化学理论的学习和理解,例如碳的三种杂化方式的提出能很好地解释碳的价键、空间构型,但很多学习者对这一理论不太理解,其实碳的三种杂化方式是Pauling等人在价键理论的基础上提出的杂化轨道理论的很好的应用实例,而杂化轨道理论的提出正是在研究了大量的分子结构的基础上提出来的,这一理论经历了假设、推理、验证和论证,最终被接受成为一种理论。简单地说,理论之所以成为理论,是由于它能很好地解释客观事实,具有合理性,而最终成为科学。
  2.模型的建立及意义。有机化学家可以从大量的原始数据,繁多的曲线、图表,由科学概念、基本原理出发,抽象出科学模型,然后选择合理的近似方法进行计算,最后再引申出科学的规律来。这种模型对沟通科学现象与其本质的认识过程,起到了重要的桥梁作用。同时,它给人以简单、清晰的物理图像,直观、明确的物理含义,因而使这种模型方法被广为采用。模型是事物原型的近似反映,可当作沟通宏观世界和微观世界的媒介,它突出了事物的主要矛盾或主要特征,而忽略了次要矛盾或次要特征。可见,经过合理简化模型的建立,可以在一定程度上用来模拟一个实际有机化学反应过程,大体反映实际过程和体系的全部内在规律性,进而可以用来指导生产操作和控制生产过程。而当代大型、高速计算机的不断开发,为有机化学模型的建立提供了可靠的物质保障。当然,模型的建立与验证都离不开实践,一个模型的建立,是一个从实践到理论,又把理论用于实践的不断提高的认识过程。而对于有机化学的初学者来说,模型的建立有利于将抽象的概念转化为形象的概念,有利于理解。例如,微观的分子空间构型、反应机理,都可以用计算机和化学软件模拟,将本身肉眼看不见的变为直观可见的,方便了学习者的学习。

  五、结束语

  总之,有机化学学习中具有普遍意义的科学方法论思想。方法论是有机化学学习中锐利武器和有效工具,是连接哲学与化学的纽带。如果我们在学习有机化学的过程中,充分重视实验,同时运用唯物辩证的科学思维方法,多归纳演绎、分析综合,并注意抽象与具体的相互转化,处理好有机世界中外在与内部、结构与性能等方面的对立统一关系,建立适当的假说或者模型,帮助并加深理解,然后再通过总结归纳,有助于系统学习、掌握有机化学,并达到活学活用的目的。

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