談高中學(xué)生化學(xué)思維梯度的搭建方法

孫夕禮（金陵中學(xué)　江蘇南京　210005）

談高中學(xué)生化學(xué)思維梯度的搭建方法

孫夕禮
（金陵中學(xué)江蘇南京210005）

摘要：文章從思維導(dǎo)圖、課例、歸納解題方法、建模、用模等方面談了高中化學(xué)思維梯度的搭建。

關(guān)鍵詞：思維；思維梯度；搭建

中圖分類號(hào)：

文章編號(hào)：1008-0546（2015）04-0055-03G632．41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

一、思維與思維梯度

通常，智力、思維、認(rèn)知這三個(gè)詞之間具有很大的相似性，即都表示人認(rèn)知方面的特點(diǎn)和能力，但從嚴(yán)格的意義上看，這三個(gè)概念之間還是有區(qū)別的。“智力”是指人認(rèn)識(shí)、理解事物和現(xiàn)象并運(yùn)用知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)解決問題能力的總和，它包括所有的與認(rèn)識(shí)活動(dòng)有關(guān)的能力；“思維”是人運(yùn)用表象和概念進(jìn)行分析、綜合、判斷和推理等認(rèn)識(shí)活動(dòng)的過程，是“智力”的最高級最核心的部分。因此，“智力”與“思維”間的關(guān)系應(yīng)該是：智力包含思維，思維是智力中的靈魂。

“認(rèn)知”是指那些能使主體獲得知識(shí)和解決問題的操作和能力。認(rèn)知是人類個(gè)體內(nèi)在的心理活動(dòng)的產(chǎn)物。雖然，我們不能直接看到主體內(nèi)在的認(rèn)知過程，但可以通過觀察、分析主體認(rèn)知活動(dòng)的外在行為來推斷在其大腦內(nèi)部進(jìn)行的認(rèn)知活動(dòng)本身。“認(rèn)知”有廣義和狹義之分，當(dāng)從廣義的角度使用“認(rèn)知”這個(gè)概念時(shí)，其含義與“智力”的含義等同；當(dāng)從狹義角度使用時(shí)，其含義與思維等同。

結(jié)合認(rèn)知科學(xué)和化學(xué)教學(xué)的特點(diǎn)和規(guī)律，我們認(rèn)為化學(xué)學(xué)科中的思維能力即思維梯度有五個(gè)層次分別如下：

第一個(gè)層次：對化學(xué)知識(shí)能融會(huì)貫通，將知識(shí)縱、橫向統(tǒng)攝整理，使之網(wǎng)絡(luò)化，變“無序”記憶為“有序”記憶——具有對知識(shí)的再現(xiàn)和辨別能力。簡稱為：知識(shí)的再現(xiàn)能力。

第二個(gè)層次：分解實(shí)際問題，并調(diào)用貯存的知識(shí)組塊，通過遷移、轉(zhuǎn)移和重組，將問題得以解決——具有對知識(shí)的運(yùn)用能力。簡稱為：知識(shí)的運(yùn)用能力。

第三個(gè)層次：將化學(xué)知識(shí)按內(nèi)在聯(lián)系，通過抽象、歸納、邏輯地統(tǒng)攝成規(guī)律，并能按此規(guī)律進(jìn)行推理和想象——對知識(shí)的創(chuàng)造能力。簡稱為：知識(shí)的創(chuàng)造能力。

第四個(gè)層次：通過分析和綜合、比較和論證——培養(yǎng)學(xué)生在錯(cuò)綜復(fù)雜的問題中，選擇解決問題的最佳方案的評價(jià)能力。簡稱為：方案的評價(jià)能力。

第五個(gè)層次：重視各學(xué)科之間的相互聯(lián)想——培養(yǎng)學(xué)生善于將化學(xué)問題抽象成數(shù)學(xué)問題，建立數(shù)學(xué)模型解決化學(xué)問題的能力。簡稱為：數(shù)學(xué)的建模能力。

二、橋梁方法

即從低級向高級過度的設(shè)計(jì)。橋梁方法實(shí)際上是一種媒介，怎樣結(jié)合化學(xué)教學(xué)內(nèi)容，采用什么方法提升學(xué)生思維能力層次要求，深化思維品質(zhì)的培養(yǎng)。

三、舉例

1．構(gòu)建思維培養(yǎng)的化學(xué)教學(xué)模式

例如，化學(xué)科學(xué)新授課幾種課型結(jié)構(gòu)的同異比較如下表：

課型教學(xué)過程結(jié)構(gòu)事實(shí)學(xué)習(xí)形態(tài)獲觀察　　整理比較　　結(jié)構(gòu)問題→取實(shí)驗(yàn)→加工分類→結(jié)論性質(zhì)→應(yīng)用事……　　事實(shí)……　　特征實(shí)……｛　｛｛｛｛｛概念學(xué)習(xí)比較獲　觀察　　整理　分類問題→取　實(shí)驗(yàn)→加工　抽象→結(jié)論（概念）→應(yīng)用事　考察　　事實(shí)　概括實(shí)　……　　……｛｛｛｛規(guī)律學(xué)習(xí)獲觀察　　比較取實(shí)驗(yàn)　　整理　抽象　　規(guī)律問題→事　考察　→加工　概括→結(jié)論　　→應(yīng)用實(shí)　查資料　　事實(shí)　推理　　原理……　　……｛｛｛｛｛｛

2．用思維導(dǎo)圖來進(jìn)行學(xué)科知識(shí)和學(xué)科教學(xué)知識(shí)的整合

（1）化學(xué)學(xué)科知識(shí)與化學(xué)學(xué)科教學(xué)知識(shí)

化學(xué)學(xué)科知識(shí)包括學(xué)科的內(nèi)容知識(shí)（基本概念和理論、元素及其化合物、有機(jī)化學(xué)、化學(xué)計(jì)算、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等），基本技能和基本方法；化學(xué)學(xué)科教學(xué)知識(shí)包括了課程資源的利用和整合方法、處理特定教學(xué)內(nèi)容的策略、知識(shí)表征的途徑和方法、化學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合能力、化學(xué)課堂組織實(shí)施的一些方法和手段等。

（2）思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖（mindmap）是英國人東尼·布贊（Tony Buzan）發(fā)明的一種思維工具，最初是以記筆記的方法出現(xiàn)的，它是語義網(wǎng)絡(luò)的可視化表示方法，是人們將某一領(lǐng)域的知識(shí)元素按其內(nèi)在關(guān)聯(lián)建立起來的一種可視化語義網(wǎng)絡(luò)。

（3）兩者通過思維導(dǎo)圖融合的方式和隱線

我在具體的教學(xué)過程中，將所授內(nèi)容先構(gòu)畫出思維導(dǎo)圖，然后再根據(jù)思維導(dǎo)圖設(shè)計(jì)出具體的教學(xué)流程，具體的教學(xué)流程實(shí)際上是思維導(dǎo)圖的擴(kuò)大化應(yīng)用，它融合了學(xué)科知識(shí)和學(xué)科教學(xué)知識(shí)的內(nèi)容。筆者認(rèn)為這是教學(xué)設(shè)計(jì)上的一種創(chuàng)造。兩者關(guān)系為：

（4）具體應(yīng)用案例

案例：NH4Cl溶液為什么能使Mg（OH）2沉淀溶解？

思維導(dǎo)圖：

3．以課例尋找思維梯度搭建的方法

以Fe2＋?Fe3＋的轉(zhuǎn)化為例。

人教版化學(xué)必修（1）鐵的第三章金屬及其化合物第二節(jié)幾種重要金屬化合物，包括鐵的氧化物、鐵的氫氧化物、鐵鹽和亞鐵鹽及實(shí)踐活動(dòng)（鐵鹽的凈水作用）。重點(diǎn)內(nèi)容是鐵鹽和亞鐵鹽中Fe2＋?Fe3＋的轉(zhuǎn)化。

注：1－5按照探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)步驟設(shè)序

本節(jié)課是作者2007年12月17日在高一（6）班的一堂研究課，課前進(jìn)行了學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)和教師演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的準(zhǔn)備，在設(shè)計(jì)時(shí)體現(xiàn)了以下的教學(xué)思路：

第一步：提問Fe（OH）2、Fe（OH）3的相關(guān)性質(zhì)，讓學(xué)生書寫Fe（OH）2、Fe（OH）3分別與HCl、HI（強(qiáng)酸）、HNO3等反應(yīng)的化學(xué)方程式，從而復(fù)習(xí)舊知，啟迪思維，留有伏筆。

第二步：Fe3＋的檢驗(yàn)（分別SCN－，OH－）→Fe2＋的檢驗(yàn)（分別OH－，SCN－／H2O2）→Fe2＋還原性。

第三步：Fe2＋還原性，發(fā)散思考：哪些氧化劑可以氧化Fe2＋？

確定后實(shí)驗(yàn)之并記錄現(xiàn)象，完成化學(xué)方程式和離子方程式！（氯水、過氧化氫、酸性高錳酸鉀、稀硝酸…）追問Fe2＋只有還原性嗎？從化合價(jià)Fe?Fe2＋?Fe3＋分析之；過渡到第四步。

第四步：Fe3＋的氧化性，給出幾種藥品讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證FeCl3中Fe3＋的氧化性，藥品有Fe、Cu、KI（淀粉，苯）、Vc……

第五步：請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，比較I－、Fe2＋、Vc還原性的相對強(qiáng)弱。

教師幫助學(xué)生搭建思維臺(tái)階，學(xué)生設(shè)計(jì)方案并實(shí)驗(yàn)之。

第六步：師生分析完成開頭的Fe（OH）3＋HI、Fe（OH）2＋HNO3的反應(yīng)，介紹FeCl3、FeCl2的保存（展示試劑瓶），講解Vc在使用中應(yīng)注意的問題，F(xiàn)eCl3凈水的原理，練習(xí)除雜FeCl3（FeCl2）；FeCl2（FeCl3）。

4．歸納解題方法，在運(yùn)用中構(gòu)建思維梯度

中學(xué)化學(xué)解題方法很多，教會(huì)學(xué)生一些重要的解題方法，一題多思、多解，為學(xué)生的思維成長搭建腳手架。

例如：用下面兩種方法可以制得白色的Fe（OH）2沉淀。

方法一：用不含F(xiàn)e3＋的FeSO4溶液與用不含O2的蒸餾水配制的NaOH溶液反應(yīng)制備。

（1）用硫酸亞鐵晶體配制上述FeSO4溶液時(shí)還需加入________。

（2）除去蒸餾水中溶解的O2常用____的方法。

（3）生成白色Fe（OH）2沉淀的操作是用長滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再擠出NaOH溶液，這樣操作的理由是____。

方法二：在如圖裝置中（圖略），用NaOH溶液、鐵屑、稀H2SO4等試劑制備。

（1）在試管Ⅰ里加入的試劑是____。

（2）在試管Ⅱ里加入的試劑是____。

（3）為了制得白色Fe（OH）2沉淀，在試管Ⅰ和Ⅱ中加入試劑，打開止水夾，塞緊塞子后的實(shí)驗(yàn)步驟是____。

（4）這樣生成的Fe（OH）2沉淀能較長時(shí)間保持白色，其理由是____。

這是一個(gè)典型的綜合能力考查題目，從本題的命題特點(diǎn)，可以獲得許多復(fù)習(xí)啟示：

（1）立足教材基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從Fe（OH）2的“個(gè)性特征”作為發(fā)散點(diǎn)，考查Fe2＋的還原性、Fe2＋的水解與抑制原理、影響氣體溶解性的因素、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的觀察與解讀能力等，具有高度學(xué)科內(nèi)綜合的特點(diǎn)。

（2）試題各問的梯度和考查指向明顯，在熟悉教材的基礎(chǔ)上可以對方法一做出圓滿解答，具有較強(qiáng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc觀察思維能力才能對方法二做出合理判斷。

（3）既要“知其然”，還要“知其所以然”，且能用簡練的化學(xué)術(shù)語進(jìn)行描述。

5．“建模、用?！痹诨瘜W(xué)思維構(gòu)建中的應(yīng)用

2006年高考化學(xué)江蘇卷第26題體現(xiàn)了建模、用模的思想，原題是這樣的：

利用太陽光分解水制氫是未來解決能源危機(jī)的理想方法之一。某研究小組設(shè)計(jì)了如右圖所示的循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光分解水制氫。反應(yīng)過程中所需的電能由太陽能光電池提供，反應(yīng)體系中I2和Fe3＋等可循環(huán)使用。

（1）寫出電解池A、電解池B和光催化反應(yīng)池中反應(yīng)的離子方程式。

（2）若電解池A中生成3．36 L H2（標(biāo)準(zhǔn)狀況），試計(jì)算電解池B中生成Fe2＋的物質(zhì)的量。

（3）若循環(huán)系統(tǒng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，電解池A中流入和流出的HI濃度分別為a mol·L－1和b mol·L－1，光催化反應(yīng)生成Fe3＋的速率為c mol·L－1，循環(huán)系統(tǒng)中溶液的流量為Q（流量為單位時(shí)間內(nèi)流過的溶液體積）。試用含所給字母的代數(shù)式表示溶液的流量Q。

點(diǎn)評：第（3）要求根據(jù)化學(xué)反應(yīng)2Fe2＋＋I(xiàn)22Fe3＋＋2I－，得出“光催化反應(yīng)生成I－的速率v（I－）＝v（Fe3＋）＝c mol·min－1，化學(xué)問題抽象成電解池A中消耗I－的速率應(yīng)等于光催化反應(yīng)池中生成I－的速率，從而得出：a mol·L－1×Q－b mol·L－1×Q＝c mol·min－1，解出Q?？梢?，化學(xué)問題抽象成兩個(gè)數(shù)學(xué)等量關(guān)系進(jìn)行建模，要求考生的思維必須具備有序性和深刻性。

啟示：本題要求學(xué)生從復(fù)雜的情境中抓住本質(zhì)，建立“化學(xué)反應(yīng)2Fe2＋＋I(xiàn)2Fe3＋＋2I－，得出“光催化反應(yīng)生成I－的速率v（I－）＝v（Fe3＋）＝c mol·min－1，化學(xué)問題抽象成電解池A中消耗I－的速率應(yīng)等于光催化反應(yīng)池中生成I－的速率，從而得出：a mol·L－1×Q－b mol·L－1×Q＝c mol·min－1，解出Q”兩個(gè)等式模型，然后運(yùn)用這一模型建立數(shù)學(xué)方程，解決實(shí)際問題。這種“建模、用?！钡乃季S方式在高中化學(xué)中有許多應(yīng)用。

“?！本褪恰澳Ｊ健?、“模型”，建模思想就是將復(fù)雜的化學(xué)問題去其非本質(zhì)的東西，抽象出解決問題問題的思維方式，即“?！?，然后運(yùn)用這一模式去解決相關(guān)問題，它的一般過程可表示為：

參考文獻(xiàn)

［1］楊學(xué)萍，孫夕禮．“建模、用?！痹诨瘜W(xué)高考復(fù)習(xí)中的應(yīng)用［J］．化學(xué)教學(xué)，2007，（5）

［2］孫夕禮．“Fe2＋與Fe3＋轉(zhuǎn)化”的教學(xué)案例設(shè)計(jì)及反思［J］．化學(xué)教學(xué)，2008，（9）

doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2015．04．020