论创新性科研思维的培养-以氢键为案例

论创新性科研思维的培养——以氢键为案例[摘要]:科研思维需要科学的思维方式，而创新性思维是科研思维的重要组成部分。创新思维的最大特点是相异性、差异性，非常突出。它是不受现成的常规的思路的约束，寻求对问题的全新的独特性的解答和方法的思维过程。这种思维方式，遇到问题时，能从多角度、多侧面、多层次、多结构去思考，去寻找答案；具有广阔性、深刻性、独特性、批判性、敏捷性和灵活性等特点。文章主要从创新性科研思维进行剖析，并以氢键为案例进行分析。[关键词]:科研思维;创新性；培养；氢键一、引言创新性思维，是一种具有开创意义的思维活动，即开拓人类认识新领域、开创人类认识新成果的思维活动。创新性科研思维是以感知、记忆、思考、联想、理解等能力为基础,以综合性、探索性和求新性特征的高级心理活动，是需要人们付出艰苦的脑力劳动。一项创新性科研思维成果的取得，往往要经过长期的探索、刻苦的钻研、甚至多次的挫折之后才能取得，而创新性科研思维能力也要经过长期的知识积累、素质磨砺才能具备。二、氢键我们知道，某些氢化物的一些物理性质有些反常现象，例如水的沸点比氧族同类氢化物的沸点高，HF的沸点比卤族同类氢化物的沸点高等，如下图所示：HFHClHBrHI沸点/C19.985.066.735.4沸点高低高极化率小大色散作用弱强通常我们知道，同族的氢化物随着分子量的增大，分子间力依次增大，沸点依次升高（如C族元素）。而我们从图中看出，HF，H2O，NH3的沸点与同族同类氢化物相比显著升高。为何会出现这些反常现象呢？我们可以想到这与分子的缔合现象有关。以H2O为例，水的物理反常现象，说明水分子间有一种作用力，能使简单的水分子聚合为缔合分子，分子缔合的原因是什么呢？我们从分子的结构上来分析。水分子是强极性分子，氧的电负性比氢的电负性大得多，因此在水分子中的O–H键的共用电子对强烈偏向氧原子的一边，因而氢原子带了部分的正电荷，氧原子带了部分负电荷。同时由于氢原子核外只有一个电子，其电子云偏移氧原子的结果，使它几乎成为赤裸的质子。这个半径很小，又带正电性的氢原子与另一个水分子中含有弧电子对并带部分负电荷的氧原子充分靠近产生吸引力，这种吸引力叫做氢键。1、氢键的形成条件分子中有H和电负性大、半径小且有孤对电子的元素(F，O，N)形成氢键。常规氢键:X–H····Y(X,Y=F,O,N,C,Cl)2、氢键的特点（1）氢键强弱与元素电负性有关：Y原子的电负性越大，氢键越强；同时，Y的半径越大，氢键越强；（2）键能小：E(F－HF)28kJ·mol1（3）具有饱和性和方向性：饱和性是指每一个X–H只能与一个Y原子形成氢键。由于氢原子的半径比X和Y的原子半径小很多，当X–H与一个Y原子形成氢键X–H···Y后，如果再有一个极性分子的Y原子靠近它们，则这个原子的电子云受X–H···Y的X和Y原子电子云的排斥力，比受带正电性的H的吸引力大，因此X–H···Y不可能与第二个Y原子再形成第二个氢键；方向性是指Y原子与X–H形成氢键时，在尽可能的范围内要使氢键的方向与X–H键轴在同一个方向，即使X–H···Y在同一直线上。因为这样成键，可使X与Y的距离最远，两原子电子云之间的斥力最小，形成的氢键越强，体系越稳定。3、分子间氢键除了HF、H2O、NH3有分子间氢键外，在有机羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键的存在。如：甲酸靠氢键形成二聚体。4、分子内氢键：除了分子间氢键外，还有分子内氢键。例如，硝酸的分子内氢键使其熔、沸点较低。5、氢键的本性关于氢键本性的讨论，直至目前还无统一的认识。一般认为氢键主要是静电作用力，但又不能认为完全是由静电作用力产生的，因为氢键有方向性和饱和性，这用静电作用的观点不能解释。那么，它是否属于共价键呢？氢键也不同于共价键，因为从量子力学观点看，氢原子只有一个成单电子，它与一个电负性大的原子形成一个共价键后，就不能再与其它原子形成新的共价键。另外，从键能看，氢键的键能比共价键的键能小得多。例如，在水分子中，O–H键的键能为462.8kJ/mol，而在O－HO中氢键的键能为18.8kJ/mol。由于氢键的键能与分子间作用力较为接近，有人认为氢键属于分子间力范畴。因为氢键有方向性，这又是有别于分子间力的，故可把氢键看作是有方向性的分子间力。三、创新性科研思维的特点创新性科研思维就是指发散性思维，这种思维方式遇到问题时，能从多角度、多侧面、多层次、多结构去思考，去寻找答案。既不受现有知识的限制，也不受传统方法的束缚，思维路线是开放性、扩散性的。它解决问题的方法不是单一的，而是在多种方案、多种途径中去探索，去选择。创新性科研思维具有广阔性，深刻性、独特性、批判性、敏捷性和灵活性等特点。创新性科研思维具有新颖性，它贵在创新，或者在思路的选择上、或者在思考的技巧上、或者在思维的结论上，具有着前无古人的独到之处，在前人、常人的基础上有新的见解、新的发现、新的突破，从而具有一定范围内的首创性、开拓性、灵活性。创新性科研思维是创新人才的智力结构的核心，是社会乃至个人都不可或缺的要素。创新性科研思维是人类独有的高级心理活动过程，人类所创新的成果，就是创新性思维的外化与物化。创新性科研思维是在一般科研思维基础上发展起来的，是以新的方式解决问题的思维活动。创新性科研思维强调开拓性和突破性，在解决问题时带有鲜明的主动性，这种思维与创新活动联系在一起，体现着新颖性和独特性的社会价值。创新性科研思维的特性主要有如下几点：1、思维的求实性创新源于发展的需求，社会发展的需求是创新的第一动力。思维的求实性就体现在善于发现社会的需求，发现人们在理想与现实之间的差距。从满足社会的需求出发，拓展思维的空间。而社会的需求是多方面的，有显性的和隐性的。显性的需求已被世人关注，若再去研究，易步人后尘而难以创新。而隐性的需求则需要创新性地发现。2、思维的批判性我们原有的知识是有限的，其真理性是相对的，而世界上的事物是无限的，其发展又是无止境的。无论认识原有的事物还是未来的事物，原有的知识都是远远不够的。因此，思维的批判性首先体现在敢于用科学的怀疑精神，对待自己和他人的原有知识，包括权威的论断。敢于独立地发现问题、分析问题、解决问题。”习惯思维是人们思维方式的一种惯性，致使人们不敢想、不敢改、不愿改，墨守成规，大大阻碍了新事物的产生和发展。因此思维的批判性还体现在敢于冲破习惯思维的束缚，敢于打破常规去思维，敢于另辟蹊径、独立思考，运用丰富的知识和经验，充分展开想象的翅膀，这样才能迸射出创新性的火花，发现前所未有的东西。3、思维的连贯性一个日常勤于思维的人，就易于进入创新思维的状态，就易激活潜意识，从而产生灵感。创新者在平时就要善于从小事做起，进行思维训练，不断提出新的构想，使思维具有连贯性，保持活跃的态势。如果没有思维的连贯性，没有良好的思维态势，是不会有如此灵敏的反应的。可见，只有勤于思维才能善于思维，才能及时捕捉住具有突破性思维的灵感。目前对创新的理解上存在一些误区，比如认为创新具有偶然性。实际上，每一次的创新看似偶然而决非偶然，偶然是必然的结果。4、思维的灵活性创新性思维思路开阔，善于从全方位思考，思路若遇难题受阻，不拘泥于一种模式，能灵活变换某种因素，从新角度去思考，调整思路，从一个思路到另一个思路，从一个意境到另一个意境，善于巧妙地转变思维方向，随机应变，产生适合时宜的办法。创新性思维善于寻优，选择最佳方案，机动灵活，富有成效地解决问题。5、思维的综合性任何事物都是作为系统而存在的，都是由相互联系、相互依存、相互制约的多层次、多方面的因素，按照一定结构组成的有机整体。这就要求创新者在思维时，将事物放在系统中进行思考，进行全方位多层次多方面的分析与综合，找出与事物相关的、相互作用、相互制约、相互影响的内在联系。而不是孤立地观察事物，也不只是利用某一方法思维，应是多种思维方式的综合运用。这种“由综合而创新”的思维方式，体现了对已有智慧、知识的杂交和升华，不是简单的相加、拼凑。综合后的整体大于原来部分之和，综合可以变不利因素为有利因素，变平凡为神奇。是从个别到一般，由局部到全面，由静态到动态的矛盾转化过程，是辩证思维运动过程，是认识、观念得以突破从而形成更具普遍意义的新成果的过程。四、创新性科研思维的基本活动过程创新性科研思维在解决问题的活动中，需要一定的过程。心理学家对这个过程也做过大量的研究。比较有代表性的是英国心理学家华莱士所提出的四阶段论，包括准备阶段、酝酿阶段、明朗阶段和验证阶段四个阶段。1、准备阶段准备阶段是创新性思维活动过程的第一个阶段。这个阶段是搜集信息，整理资料，作前期准备的阶段。由于对要解决的问题，存在许多未知数，所以要搜集前人的知识经验，来对问题形成新的认识。从而为创新活动的下一个阶段做准备。2、酝酿阶段酝酿阶段主要对前一阶段所搜集的信息、资料进行消化和吸收，在此基础上，找出问题的关键点，以便考虑解决这个问题的各种策略。在这个过程中，有些问题由于一时难以找到有效的答案，通常会把它们暂时搁置。但思维活动并没有因此而停止，这些问题会无时无刻萦绕在头脑中，甚至转化为一种潜意识。3、豁朗阶段豁朗阶段，也即顿悟阶段。经过前两个阶段的准备和酝酿，思维已达到一个相当成熟的阶段，在解决问题的过程中，常常会进入一种豁然开朗的状态，这就是前面所讲的灵感。4、验证阶段验证阶段又叫实施阶段，主要是把通过前面三个阶段形成的方法、策略，进行检验，以求得到更合理的方案。这是一个否定-肯定-否定的循环过程。通过不断的实践检验，从而得出最恰当的创新性思维过程。五、创新性科研思维的意义在当今世界，经济飞速发展，科技文化日新月异，主要源于各个领域的创新性。从宏观上讲，创新性是社会进步的动力之一；从微观上讲，创新性是衡量一个人才华高低、能力大小的尺度。因此创新性科研思维具有着十分重要的作用和意义。首先，创新性科研思维可以不断增加人类知识的总量；其次，创新性科研思维可以不断提高人类的认识能力；再次，创新性科研思维可以为实践活动开辟新的局面。此外，创新性科研思维的成功，又可以反馈激励人们去进一步进行创新性科研思维。创新能力是对未知世界的探究能力和发明新事物的能力，是科研能力的重要组成部分。科学认识上的新概念、新假设和新理论的形成，都离不开创新能力。事实上，每一项科研成果都是科研人员创新性地设计试验，做前人没有做过的试验而获得的。因此，我们要学会求异、联想、组合、置换等科研思维方法，提高创新科研能力。参考文献：[1]王永飞，马三梅．在专业课程教学中培养研究生科研能力的尝试【J】．学位与研究生教育，2008(8)：5～8[2]丁英宏，胡玉峰．加强研究生科研方法教育的重要性及内容【j】．学位与研究生教育，2001(9)：21—24．[3]钱伟长．钱伟长和大学生谈学习方法【M】／／刘智运．大学学习理论与方法．武汉：武汉大学出版社，1995：348—365．[4]高耀丽.从默会知识的维度看研究生科研能力的培养[J].学位与研究生教育,2006,(1):26-29.[5]周志平,尹丽娟,王什,等.大学生科研能力的培养与教师专业化发展的实践探索[J].河北师范大学学报教育科学版,2005,7(6):68-72.