高中化學教學中對空間能力的培養(yǎng)策略

張曉慧

物質空間結構這部分知識內容具有一定的抽象性和邏輯性，如何培養(yǎng)學生有效的思維方式，構建空間認知模型具有重要意義。

1 問題的提出

證據(jù)推理與模型認知“是《高中化學課程標準 （2017年版）》所規(guī)定的5個化學學科核心素養(yǎng)之一，培養(yǎng)學生的 “證據(jù)意識，建立觀點。結論和證據(jù)之間的邏輯關系”，要求學生具有證據(jù)意識，能基于證據(jù)對物質組成、結構及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽，培養(yǎng)學生建立觀點、結論和證據(jù)之間的邏輯關系。在物質結構這部分知識的學習過程中只得到可以通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互觀關系，學會建立認知模型，運用模型解釋化學現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質和規(guī)律。在不同的科學領域，標準不同，分類方法就不同，一般證據(jù)可以分為直接證據(jù)和間接證據(jù)，直接證據(jù)是指自然界客觀存在的事實，例如自然現(xiàn)象，實驗數(shù)據(jù)，實驗現(xiàn)象等，而間接證據(jù)需要人們通過觀察分析以及被驗證的事實和數(shù)據(jù)的基礎之上得到的相關結論。如何在教學中落實并且應用證據(jù)推理與模型認知這一核心素養(yǎng)具有重要的意義。

2 空間能力的內涵和意義

化學是在原子分子水平上研究物質的組成、結構、性質以及變化規(guī)律的一門基礎學科。要從本質上了解化學變化的規(guī)律，就要從物質的微觀結構認識化學，而微觀結構的建立又是通過化學符號聯(lián)系在一起的。物質空間結構的模型大部分都是以是三維立體空間結構的形式存在的。以高中化學選修三為例，從原子的空間結構，到分子的空間構型，再到原子晶體，分子晶體，離子晶體，金屬晶體結構等，此部分內容比較抽象，學習比較困難，需要學生在頭腦中建立三維空間立體模型。

空間能力是一種非常復雜的能力。不同學者所持觀點不同，對于空間能力的理解程度不同。Lohman通過文獻綜合提出了構成空間能力的十種因素，其主要因素有空間視覺、空間定向和空間關系三種因素。綜合多位學者的觀點，可以把空間能力認為指個體能夠正確觀察，辨別物體，將視覺觀察所形成的圖像記憶在人的頭腦之中，并進一步透過思維想象的方式在二維平面與三維立體之間任意的移動、扭曲、旋轉或翻轉，表現(xiàn)再認、保留與回憶圖像的能力，也可以認為是個體在空間或表象方面的能力，是一種對抽象的空間體加工的能力。人類獲取信息大部分通過視覺進行輸入，由此看來視覺與空間能力的形成有著緊密的聯(lián)系。學生對于物質空間結構模型的認知有賴于教師對于學生的思維模型建構。如何將培養(yǎng)學生的空間能力和實際的教學策略以最有效、最經(jīng)濟的方式結合起來是值得思考的問題。

3 空間思維能力的培養(yǎng)方式

化學作為一門與空間視覺緊密聯(lián)系的學科，在物質結構教學中引入空間能力的概念是非常必要的，空間能力中的視覺空間能力占有主導性地位，視覺空間能力是指對所呈現(xiàn)物體進行心理折疊、心理旋轉以及對物體間相對位置的變化和機械運動進行表象的能力，以圖形作為呈現(xiàn)刺激的測驗中表現(xiàn)的尤為突出。經(jīng)研究表明，視覺空間能力對學生在物質空間結構的學習有一定影響，不同學生所具有的空間能力不同。例如一個班級男女學生所具有的空間能力的差異就比較大，后天的環(huán)境因素也是造成不同學生空間思維能力不同的原因之一，需要教師在課堂上培養(yǎng)學生的空間能力。這時我們就可以通過改變影響空間能力的因素來提高學生解決問題的能力。

3.1 親身體驗策略，建構學生空間立體概念

在高中化學教學的過程中，教師應輔助學生優(yōu)化觀察模式，建立空間觀念，在親身體驗中總結實際經(jīng)驗，形成內化的空間觀念。

例如，以探究甲烷的空間立體構型為例，教師在進行甲烷立體構型的講述時，給學生自由想象的空間，可以預先準備有機模型，學生大膽進行猜測，甲烷有一個碳原子和四個氫原子，對甲烷的構型進行預測，有倆種可能，分別是正四面體構型和平面四邊形，讓學生動手組合出甲烷的結構，接著對學生提示甲烷的二氯取代物只有一種，可以排除甲烷的平面四邊形結構，從而判斷出甲烷的空間構型是正四面體。

3.2 空間能力的訓練要有針對性

由于不同學生的空間認知能力不同，相應對于知識的理解就不同，如何針對學生空間認知的差異性進行針對性的教學，針對不同學生進行相應的思維訓練是一個亟待解決的問題。在對思維水平差異較大的學生進行教學時，應盡可能考慮教學要符合大多數(shù)學生的空間認知水平，對于有難度的空間結構知識體系，教師在課上可以有選擇性的講解，給空間思維水平較強的學生留出一定的思考空間，同時又不對空間思維水平較差的學生創(chuàng)造壓力，對于各個空間思維水平的學生都有較大的提升。

3.3 教師要學會建構模型

在化學的學習過程中始終離不開模型的建立，能否熟練的建模，用模在很大程度上決定了學生學習的效率。除了物質結構這部分知識的學習外，其它部分的的化學知識也應該引入模型認知思維，通過運用合適的思維方法和思維模型引導學生建立適當?shù)哪Ｐ?。關于思維教學，邢紅軍教授學科知識，學科方法，思維方法的研究路徑，建立了由分析、綜合、抽象、概括、比較、判斷、假設、推理、直覺、想象等十個內容。引導學生在科學的方法下獲得知識，在習得的同時獲得解決問題的能力，同時也要求教師做到心中有“?！?，為學生的思維和方法提供適當?shù)哪Ｐ停⒂靡欢ǖ目茖W方法使這種模型外顯，這樣經(jīng)過長時間的學習，學生就會明白建模的重要性，學會在解決問題時建立模型并解決問題。

4 空間能力的培養(yǎng)策略

在高中階段所接觸的化學模型有很多種，例如有機化學的學習中應用到的實物模比較多，可以利用顏色的差異引起學生視覺的刺激，加強空間認知結構模型的建立。但是在建模教學過程中也存在一定的缺陷，思維模型作為高中化學教學中一種重要的模型所占的比例較少，在教學過程中應加以重視。由于思維模型在教學過程中存在的形式并不明顯 ，所以需要教師在教學過程中要做到善于提煉學科思維，厘清并歸納常見的思維模型，完善教學設計，引導學生形成思維認知，建構思維模型。認知模型的建立還是可以聯(lián)系新知識和舊知識的橋梁，使新知識和認知結構中原有的舊知識形成一個空間網(wǎng)絡結構，使原有的知識體系更加完善，尤為重要的是通過建立思維模型的過程提升學生的思維品質、分析問題和解決問題的能力。

教師在教學過程中要善于發(fā)現(xiàn)隱含在知識中的核心素養(yǎng)，以知識內容為載體，培養(yǎng)學生建立模型的能力，科學地處理教學中的相關內容，對教材進行深度的挖掘，進一步落實核心素養(yǎng)。在課堂教學過程中也要結合學生的實際認知情況以及客觀存在的男生和女生的空間認知能力的差異進行有的放矢的教學。但是如何在教學過程中充分地貫徹實施證據(jù)推理與模型認知這一核心素養(yǎng)，需要在教學過程進一步的探索。

（作者單位：哈爾濱師范大學）