學(xué)生化學(xué)學(xué)科思維的不足及應(yīng)對(duì)策略

【摘 要】當(dāng)下的初中化學(xué)課堂中學(xué)生學(xué)科思維的不足之處主要是宏微思維的“孤立”和模型認(rèn)知的“迷茫”。針對(duì)不足提出相應(yīng)的教學(xué)應(yīng)對(duì)策略，即用符號(hào)來表征宏與微間的關(guān)聯(lián)和積極滲透模型認(rèn)知思維。

【關(guān)鍵詞】宏微結(jié)合;化學(xué)符號(hào);模型認(rèn)知

【中圖分類號(hào)】G633.8? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? 【文章編號(hào)】1005-6009（2020）19-0055-04

【作者簡(jiǎn)介】徐新峰，江蘇省如東縣馬塘初級(jí)中學(xué)（江蘇如東，226401）教師，高級(jí)教師，南通市初中化學(xué)學(xué)科帶頭人。

思維是人類所具有的高級(jí)認(rèn)識(shí)活動(dòng)。學(xué)科思維是指為了正確認(rèn)識(shí)客觀世界所具有的思辨模式，也指符合認(rèn)識(shí)本學(xué)科規(guī)律、遵循一定邏輯規(guī)則，并能夠達(dá)到正確認(rèn)識(shí)結(jié)果的思維。在化學(xué)領(lǐng)域中究竟需要培養(yǎng)學(xué)生什么樣的學(xué)科思維？回答這一問題自然離不開化學(xué)核心素養(yǎng)這一橋梁。因?yàn)榛瘜W(xué)核心素養(yǎng)中的“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”旨在讓學(xué)生形成宏觀與微觀結(jié)合、利用模型建構(gòu)與認(rèn)知的化學(xué)思維方式。因此，本文探討的學(xué)科思維是指化學(xué)學(xué)科的“宏微結(jié)合”“模型認(rèn)知”思維。

經(jīng)調(diào)研、聽課、觀摩等教學(xué)活動(dòng)，筆者認(rèn)為當(dāng)下的初中化學(xué)學(xué)習(xí)中學(xué)生學(xué)科思維表現(xiàn)有如下不足。

一、化學(xué)學(xué)科思維表現(xiàn)的不足之處

1.宏微分離。

中學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)、理解化學(xué)變化時(shí)不能夠把化學(xué)內(nèi)容所包含的宏觀、微觀有機(jī)地結(jié)合起來。在學(xué)生的頭腦中宏觀、微觀是孤立存在的，沒有形成有機(jī)的聯(lián)系。[1]其原因?yàn)椋海?）宏觀物質(zhì)及反應(yīng)伴隨的現(xiàn)象具有可視性，學(xué)生看得見，易激發(fā)興趣和思維。同時(shí)，我們生活的物質(zhì)世界是宏觀的，初三學(xué)生面對(duì)宏觀問題時(shí)習(xí)慣性地從宏觀角度進(jìn)行思維，這已然成了他們的直覺思維方式。（2）微觀粒子具有“不可視性”和抽象性，且微觀粒子遠(yuǎn)離學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，也就缺失了直觀感覺。人教版初中化學(xué)教材從第三單元開始就涉及了“分子、原子、離子”知識(shí)，這是教材編寫者有意引導(dǎo)的，引導(dǎo)學(xué)生面對(duì)宏觀問題能進(jìn)行微觀思考，但很多學(xué)生在后續(xù)的學(xué)習(xí)中并不能做到如此，也導(dǎo)致了學(xué)業(yè)水平分化。例如，化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)間的質(zhì)量計(jì)算問題、“酸堿鹽”的有關(guān)性質(zhì)問題成了學(xué)生學(xué)習(xí)初三化學(xué)的“分水嶺”。

2.思維缺模。

“模型”是研究對(duì)象的替代物，或者是根據(jù)實(shí)物、設(shè)計(jì)圖或設(shè)想，按比例、生態(tài)或其他特征制成的與實(shí)物相似的物體。[2]化學(xué)是在原子、分子層次上研究物質(zhì)的性質(zhì)和變化規(guī)律的科學(xué)，由于原子和分子的微觀性，在描述和解釋化學(xué)現(xiàn)象、預(yù)測(cè)物質(zhì)及其變化的可能結(jié)果時(shí)，需建構(gòu)模型并應(yīng)用模型來解決系列問題，因此“模型認(rèn)知”被作為一種化學(xué)核心素養(yǎng)。而在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生知道金剛石硬、石墨軟，但未必都清楚這是由于碳原子所組成空間結(jié)構(gòu)的不同而導(dǎo)致的;又如有些學(xué)生在書寫氧氣符號(hào)易在O2和O之間混淆，學(xué)生知道氧氣由氧分子構(gòu)成，但又不知氧分子是雙原子分子模型。這些現(xiàn)象都說明不少學(xué)生在模型認(rèn)知上較為缺乏，這不利于學(xué)生在高中階段“螺旋式”升華模型認(rèn)知思維，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致學(xué)生思考問題停留在低水平上。

二、應(yīng)對(duì)策略

1.用符號(hào)來表征宏觀與微觀間的關(guān)聯(lián)。

初三化學(xué)的宏微結(jié)合主要表現(xiàn)在從微觀角度去認(rèn)識(shí)宏觀物質(zhì)的構(gòu)成與性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象與實(shí)質(zhì)等。宏觀與微觀相聯(lián)系是化學(xué)最有特色的思維方式，那如何將二者聯(lián)系起來呢？考慮到初三學(xué)生正處于思維的迅速發(fā)展期和定型期，在教學(xué)中用符號(hào)將宏微結(jié)合起來進(jìn)行思維有助于學(xué)生透過宏觀現(xiàn)象看到微觀本質(zhì)，化學(xué)符號(hào)是聯(lián)系宏觀與微觀的“橋梁”與“紐帶”，這種思維方式有助于學(xué)生形成科學(xué)有效的學(xué)習(xí)方式?；瘜W(xué)教育應(yīng)該指向?qū)W生對(duì)知識(shí)的理解，這種理解應(yīng)該包含化學(xué)概念的宏觀、微觀和符號(hào)三種水平。

具體而言，核心知識(shí)—關(guān)鍵能力—學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人的三個(gè)步驟，且前者是后者形成的必要基礎(chǔ)[3]，教學(xué)中必須以核心知識(shí)為載體，培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力，從而最終實(shí)現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。

例如，物質(zhì)的性質(zhì)以及反應(yīng)的現(xiàn)象是初中化學(xué)的核心知識(shí)，認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)是初中學(xué)生形成化學(xué)核心素養(yǎng)的必要條件。筆者在教學(xué)有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)與反應(yīng)現(xiàn)象時(shí)著力體現(xiàn)“宏微符”的教學(xué)思維，助力學(xué)生形成科學(xué)的思維方式，如圖1。

筆者按照人教版教材進(jìn)度，在教完“酸、堿、鹽”的內(nèi)容之后，立即呈現(xiàn)出一道關(guān)于推測(cè)NaHSO4性質(zhì)的習(xí)題：下列關(guān)于NaHSO4的說法，其中合理的是? ? （填字母）。

A.其水溶液能與金屬鋅發(fā)生置換反應(yīng)，得到金屬鈉

B.其水溶液能使紫色石蕊溶液變紅

C.其水溶液能與金屬鋅反應(yīng)生成氫氣

D.其水溶液與硝酸鋇溶液反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀

其結(jié)果為：85%的學(xué)生對(duì)C項(xiàng)表現(xiàn)出困惑，30%的學(xué)生對(duì)B項(xiàng)不理解，42%的學(xué)生對(duì)D項(xiàng)不理解。

筆者并沒有對(duì)此題進(jìn)行評(píng)價(jià)，而是暫時(shí)擱置并分析其原因：學(xué)生對(duì)NaHSO4的認(rèn)識(shí)還停留在宏觀物質(zhì)層面，只利用鹽的宏觀性質(zhì)進(jìn)行思考，并沒有從其解離出哪些離子的角度來思考，這樣導(dǎo)致在分析選項(xiàng)時(shí)遇到困難。

在隨后的“酸、堿、鹽”復(fù)習(xí)課上，筆者用“宏微符”思維方式組織教學(xué)。如在復(fù)習(xí)酸的化學(xué)性質(zhì)中“活潑金屬能與稀鹽酸反應(yīng)”時(shí)，構(gòu)建出下列思維方式（圖2），并用符號(hào)來表征宏觀物質(zhì)間的反應(yīng)與微觀實(shí)質(zhì)。

采用“宏微符”思維方式復(fù)習(xí)完酸、堿、鹽之后，再度讓學(xué)生來推測(cè)NaHSO4性質(zhì)時(shí)，學(xué)生很自然地用符號(hào)和微觀兩種表征方式來進(jìn)行思維，學(xué)生的正確率為93%左右?？梢?，學(xué)生可以“看到”符號(hào)表達(dá)出來的宏觀反應(yīng)、現(xiàn)象以及微觀結(jié)構(gòu)，這種科學(xué)思維方式能促進(jìn)學(xué)法的改善與深入。

2.積極滲透模型認(rèn)知思維。

首先，要認(rèn)識(shí)模型。根據(jù)化學(xué)模型的表現(xiàn)方式將化學(xué)模型分為三類：物質(zhì)模型、符號(hào)模型和思想模型。[4]

物質(zhì)模型通過對(duì)原型在尺寸上進(jìn)行放大或縮小，在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行簡(jiǎn)化和抽象以實(shí)現(xiàn)對(duì)原型的模擬。如金剛石、石墨、C60的結(jié)構(gòu)模型以及熱塑性塑料的鏈狀結(jié)構(gòu)模型，熱固性塑料的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)模型等。

符號(hào)模型是用化學(xué)符號(hào)來表示微觀構(gòu)成、宏觀物質(zhì)組成，結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的一類模型，如O2模型既表示微觀氧分子也表示宏觀氧氣。

思想模型是針對(duì)事物的主要矛盾和主要特性在人腦中建立起一個(gè)觀念性的、抽象的理想客體，進(jìn)而對(duì)客觀事物進(jìn)行近似、形象的模擬[5]，如化合價(jià)、飽和溶液與不飽和溶液、溶解度、質(zhì)量守恒定律等。

筆者認(rèn)為，根據(jù)初中階段主要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化的教學(xué)任務(wù)，化學(xué)模型應(yīng)該增加“性質(zhì)模型”這一類別?！靶再|(zhì)模型”是指對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)用文字或表達(dá)式或圖形等進(jìn)行概括的一類模型。物質(zhì)的物理性質(zhì)模型常用文字描述為“顏色、狀態(tài)、氣味、密度、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)分別是什么”;物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)模型則可用文字描述成能與哪些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，為了對(duì)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行一種簡(jiǎn)化、直觀、定性描述，可用表達(dá)式來概括，如“金屬+氧氣→金屬氧化物”?！靶再|(zhì)模型”的構(gòu)建能讓學(xué)生從整體角度來認(rèn)識(shí)物質(zhì)，同時(shí)有助于學(xué)生的記憶和理解，最終成為學(xué)生解決化學(xué)問題的思維工具。

其次，要建模與用模。教學(xué)時(shí)要積極運(yùn)用物質(zhì)模型，因?yàn)槠湫蜗笾庇^，學(xué)生容易理解。建構(gòu)符號(hào)模型時(shí)，要考慮初三學(xué)生正處于形象思維向抽象思維過渡階段，應(yīng)通過圖片、多媒體動(dòng)畫展示教學(xué)，并用已學(xué)符號(hào)模型解決問題。建構(gòu)思想模型時(shí)可依據(jù)具體內(nèi)容做調(diào)整。例如，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)飽和溶液與不飽和溶液、質(zhì)量守恒定律時(shí)可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)感知;認(rèn)識(shí)溶解度時(shí)可進(jìn)行定量計(jì)算;學(xué)習(xí)化合價(jià)時(shí)，在計(jì)算與書寫化學(xué)式中來引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)與應(yīng)用化合價(jià)模型。在建構(gòu)性質(zhì)模型時(shí)，如人教版初中化學(xué)第十一單元“碳酸鹽的化學(xué)性質(zhì)”的教學(xué)中，筆者考慮到初三學(xué)生的實(shí)際認(rèn)知水平，嘗試從下列途徑（圖3）進(jìn)行建模與用模，具體的教學(xué)如下（圖4），獲得了很好的教學(xué)效果。

圖3 建模與用模的路徑

化學(xué)課堂呼喚學(xué)生的真學(xué)，而學(xué)生真學(xué)化學(xué)又是以化學(xué)思維為載體的，像“宏微結(jié)合”“模型認(rèn)知”等具有鮮明化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)的思維正是學(xué)生急需培養(yǎng)和強(qiáng)化的?？梢?，培養(yǎng)和強(qiáng)化學(xué)生的化學(xué)思維以及運(yùn)用化學(xué)的學(xué)科思維去解決實(shí)際問題，才是我們化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和價(jià)值所在。

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[4]劉豫東.中學(xué)化學(xué)教學(xué)中模型方法的研究[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2004：8-10.

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