在實(shí)驗(yàn)型推斷題中培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)思維的策略

任華

摘要：化學(xué)思維是學(xué)好化學(xué)的金鑰匙。實(shí)驗(yàn)型推斷題對(duì)中學(xué)生的化學(xué)思維要求較高，文章淺談教師在日常教學(xué)中如何借助實(shí)驗(yàn)型推斷題培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)思維，并提出了教師要重視化學(xué)核心知識(shí)教學(xué)、講授過(guò)程中要構(gòu)建可視化的思維模型、日常訓(xùn)練中要注重培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范化的解題習(xí)慣等教學(xué)策略和建議。

關(guān)鍵詞：化學(xué)思維;實(shí)驗(yàn)型;推斷;初中化學(xué)

文章編號(hào)：1008-0546（2021）09-0022-04

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2021.09.006

中學(xué)化學(xué)教師在教學(xué)中常遇到這樣一個(gè)問(wèn)題，教材中的每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)在課堂上都講過(guò)，但是學(xué)生卻不能較好地利用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)解決具體化學(xué)問(wèn)題，原因之一是學(xué)生未能建立良好的化學(xué)思維，僅靠對(duì)化學(xué)知識(shí)的死記硬背，并不能真正理解化學(xué)?；瘜W(xué)思維是學(xué)好化學(xué)的金鑰匙，因此如何在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)思維值得每一位化學(xué)教師深思。習(xí)題訓(xùn)練有利于鞏固所學(xué)知識(shí)，以初中化學(xué)為例，實(shí)驗(yàn)型推斷題對(duì)學(xué)生的化學(xué)思維要求較高，教師可借助這類題型的科學(xué)訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生良好的化學(xué)思維。

一、化學(xué)思維與中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)

1.化學(xué)思維及其重要性

化學(xué)思維是科學(xué)思維在化學(xué)科學(xué)領(lǐng)域的具體存在，是運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決具體化學(xué)問(wèn)題的思維活動(dòng)過(guò)程。一定程度上，學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)并在這一知識(shí)建構(gòu)過(guò)程中發(fā)展化學(xué)思維是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)基本觀念和化學(xué)素養(yǎng)的必經(jīng)途徑。在化學(xué)知識(shí)的具體學(xué)習(xí)與運(yùn)用中形成并發(fā)展化學(xué)思維，隨學(xué)習(xí)的推進(jìn)與積累沉淀形成化學(xué)基本觀念、化學(xué)學(xué)科意識(shí)，最終實(shí)現(xiàn)化學(xué)素養(yǎng)?？梢?jiàn)，化學(xué)思維是從化學(xué)知識(shí)形成化學(xué)基本觀念或化學(xué)學(xué)科意識(shí)最終發(fā)展化學(xué)素養(yǎng)的重要橋梁與必經(jīng)途徑[1]。

吳俊明教授曾提出，良好的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)將促使學(xué)習(xí)者主動(dòng)、有效地融入化學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)中，要想學(xué)好化學(xué)，還必須掌握扎實(shí)的化學(xué)知識(shí)，具備一定的化學(xué)技能（包括化學(xué)心智技能、化學(xué)觀察與實(shí)驗(yàn)技能兩大類），并建立良好的化學(xué)思維習(xí)慣，這些條件的具備都離不開(kāi)化學(xué)思維[2]。

思維是創(chuàng)造力的源泉，思維培養(yǎng)是教育的根本目的之一?；瘜W(xué)教育的根本目的是培養(yǎng)學(xué)生良好的化學(xué)思維，并能運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。當(dāng)今教育應(yīng)將化學(xué)思維的訓(xùn)練與提升作為化學(xué)教師教育的重要內(nèi)容之一，改變“老師講、學(xué)生記”這一機(jī)械式的傳統(tǒng)教學(xué)方法已迫在眉睫。

2.中學(xué)生如何進(jìn)行化學(xué)思維

化學(xué)思維活動(dòng)對(duì)信息的加工、表征是通過(guò)感知過(guò)濾、工作記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶三部分完成的，化學(xué)思維的結(jié)果是形成認(rèn)知結(jié)構(gòu)并儲(chǔ)存于長(zhǎng)時(shí)記憶中[3]。根據(jù)心理學(xué)研究，可認(rèn)為中學(xué)生化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)中包含感覺(jué)性編碼和意義編碼兩大類，感覺(jué)性編碼包含學(xué)習(xí)者腦海中的物理空間和情感空間，意義編碼以概念為核心表征化學(xué)語(yǔ)言，形成學(xué)習(xí)者的認(rèn)知空間，即物理空間、情感空間和認(rèn)知空間共同構(gòu)成化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）。

化學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的三大空間的形成方式如表1所示。

學(xué)生初學(xué)化學(xué)時(shí)常會(huì)遇到這樣的問(wèn)題，腦海中缺少相關(guān)內(nèi)容的知識(shí)儲(chǔ)備，又因化學(xué)是一門從分子、原子層次上研究物質(zhì)的科學(xué)，即化學(xué)學(xué)科中有大量抽象的概念揭示微觀世界的本質(zhì)，生活經(jīng)驗(yàn)無(wú)法幫助學(xué)生理解微觀世界的抽象概念，學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)也不能直接運(yùn)用到化學(xué)學(xué)習(xí)中。不僅如此，化學(xué)用語(yǔ)這一全新的學(xué)科語(yǔ)言成為初中生化學(xué)學(xué)習(xí)中的一道障礙，因?yàn)檫@一符號(hào)系統(tǒng)對(duì)初學(xué)者是全新的，而且不同于英語(yǔ)。

基于以上觀點(diǎn)，初學(xué)化學(xué)時(shí)，在認(rèn)知空間未能實(shí)現(xiàn)表征和存儲(chǔ)的情況下，物理空間和情感空間為化學(xué)學(xué)習(xí)做出了重大的貢獻(xiàn)[4]。物理空間主要依靠生活經(jīng)驗(yàn)，以人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)教材為例，先從學(xué)生生活中常接觸的蠟燭、空氣、水為例展開(kāi)教學(xué)，學(xué)生在學(xué)習(xí)這些化學(xué)知識(shí)時(shí)能結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)生共鳴，并能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，為情感空間的建構(gòu)奠定基礎(chǔ)。情感空間主要體現(xiàn)在學(xué)習(xí)者的興趣、意志力等方面，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)建問(wèn)題情境、利用豐富的多媒體資源、建構(gòu)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系等措施進(jìn)行有效的建構(gòu)。

高劍南教授在論述化學(xué)核心知識(shí)與化學(xué)學(xué)科意識(shí)時(shí)強(qiáng)調(diào)，學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)是培養(yǎng)化學(xué)思維的途徑，尤其是化學(xué)核心知識(shí)的學(xué)習(xí)對(duì)于化學(xué)學(xué)科意識(shí)的培養(yǎng)具有舉足輕重的作用[5]。化學(xué)科學(xué)的核心知識(shí)隸屬知識(shí)維度范疇，在化學(xué)核心知識(shí)的學(xué)習(xí)中形成一定的概括能力和抽象思維以提升化學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)性則屬于思維維度范疇，知識(shí)維度和思維維度缺一不可，只有二者有機(jī)結(jié)合，才能學(xué)好化學(xué)。

二、初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)推斷題教學(xué)案例分析

案例1：如圖2a所示，小瑾將反應(yīng)后試管中的物質(zhì)全部倒入燒杯時(shí)，發(fā)現(xiàn)燒杯內(nèi)白色沉淀明顯增多，為了探究燒杯內(nèi)物質(zhì)的成分，她立即向其中逐滴加入稀硝酸，并不斷攪拌，燒杯內(nèi)沉淀的質(zhì)量隨加入稀硝酸的質(zhì)量變化如圖2b所示。

回答下列問(wèn)題：

（1）圖2a所示，燒杯內(nèi)的白色沉淀是________（寫(xiě)化學(xué)式）。

（2）BC段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______。

（3）A點(diǎn)，燒杯內(nèi)的溶液中一定大量含有的離子為_(kāi)_______（寫(xiě)離子符號(hào)）。

B點(diǎn)，燒杯內(nèi)的沉淀由________種物質(zhì)組成。

（4）檢驗(yàn)D點(diǎn)溶液中是否含有氯離子的方法________。

參考答案：（I）BaSO4、BaCO3

（2） BaCO3+2HNO3=Ba（NO3）2+H2O+CO2↑

（3）Na+、Cl-、SO4-;2

（4）靜置，取上層清液少許于潔凈試管中，向其中滴加硝酸銀溶液，若有白色沉淀產(chǎn)生，則說(shuō)明含有Cl-;反之，說(shuō)明沒(méi)有Cl-

教學(xué)過(guò)程：

[教師]指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真讀題，提問(wèn)：圖a試管①、②中分別發(fā)生什么反應(yīng)？為什么將兩支試管中的物質(zhì)混合后，白色沉淀明顯增多？

[學(xué)生]試管①：Na2CO3+BaCl2=BaCO3↓+2NaCl

試管②：Na2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2NaCl

白色沉淀增多是因?yàn)橐恢г嚬苤惺Ｓ嗟腂a2+與另一支試管中剩余的SO42-或CO32-繼續(xù)反應(yīng)。

[教師]向燒杯中加稀硝酸時(shí)，會(huì)發(fā)生什么反應(yīng)？碳酸鋇與稀硝酸反應(yīng)而溶解，為什么圖b中AB段的沉淀質(zhì)量不減反增？

[學(xué)生]AB段發(fā)生的反應(yīng)為：

BaCO3+2HNO3=Ba（NO3）2+H2O+CO2↑、

197

Ba（NO3）2+ Na2SO4= BaSO4↓+2NaNO3

233

即每197份質(zhì)量的碳酸鋇溶解會(huì)生成233份質(zhì)量的硫酸鋇，故沉淀的質(zhì)量變大（難點(diǎn)突破）。還可說(shuō)明未加稀硝酸時(shí)，溶液中的SO42-有剩余。

[教師]試管①、②中的物質(zhì)混合后，還未加入稀硝酸時(shí)，燒杯中共有哪些物質(zhì)？

[學(xué)生]碳酸鋇、硫酸鋇、氯化鈉、硫酸鈉、水

[教師]B點(diǎn)時(shí)沉淀質(zhì)量達(dá)到最大值，為什么再加稀硝酸，沉淀不增多？

[學(xué)生]B點(diǎn)時(shí)，硫酸鈉恰好完全反應(yīng)。

[教師]為什么BC段沉淀質(zhì)量逐漸減小？C點(diǎn)時(shí)沉淀質(zhì)量為什么不繼續(xù)減小？

[學(xué)生]BC段發(fā)生的反應(yīng)為：

BaCO3+2HNO3=Ba（NO3）2+H2O+CO2↑

C點(diǎn)時(shí)，碳酸鋇恰好完全反應(yīng)，此時(shí)燒杯中的沉淀僅含硫酸鋇。

[教師]指導(dǎo)學(xué)生正確解答各問(wèn)題。

案例2：有一包固體粉末，可能含碳、鋁、銅、氧化鋁、氧化銅中的一種或幾種。為探究該固體粉末的組成，某化學(xué)興趣小組進(jìn)行了如圖3所示實(shí)驗(yàn)：

（1）向樣品中加入過(guò)量稀鹽酸產(chǎn)生的氣體是________。

（2）向固體A中加入硝酸銀溶液，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______。

（3）固體B中含有的物質(zhì)是________。

（4）原固體樣品中一定含有的物質(zhì)是________。

（5）藍(lán)色溶液丙中一定含有的溶質(zhì)是________。

參考答案：（1）H2;（2）Cu+2AgNO3=2Ag+Cu（NO3）2;（3）Ag、C;（4）C、Al; （5）Cu（NO3）2、Al（NO3）3、HNO3

教學(xué)過(guò)程：

[教師]指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真讀題，并將可能存在的5種物質(zhì)的化學(xué)式標(biāo)注在名稱的旁邊，以便分析;每一步分析后，指導(dǎo)學(xué)生將推出的一定有的物質(zhì)的化學(xué)式標(biāo)在流程圖中相應(yīng)的位置，可能有的物質(zhì)標(biāo)注在括號(hào)內(nèi)。提問(wèn)：向樣品中加過(guò)量的稀鹽酸有氣體產(chǎn)生，可以判斷白色固體中有什么物質(zhì)？

[學(xué)生]只有鋁能與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，故原固體粉末中一定有鋁。

[教師]向固體A中加一定量的硝酸銀溶液得到藍(lán)色溶液乙，說(shuō)明固體A中一定有什么物質(zhì)？固體B在氧氣中充分灼燒產(chǎn)生能使澄清石灰水變渾濁的氣體，說(shuō)明固體B中一定有什么物質(zhì)？

[學(xué)生]由藍(lán)色溶液乙可知，固體A中一定有銅，發(fā)生的反應(yīng)為Cu+2AgNO3 =2Ag+Cu （NO3）2，則固體B中一定有銀;由產(chǎn)生能使澄清石灰水變渾濁的氣體可知，固體B中一定有碳，則固體A中也一定有碳。

[教師]由固體A中有銅能否判斷原固體粉末中有銅？為什么？

[學(xué)生]不能。

[教師]分析固體A中銅的來(lái)源，有兩種可能：

（1）原固體粉末有銅;

（2）原固體粉末中有鋁、氧化銅，加過(guò)量稀鹽酸，發(fā)生如下兩個(gè)反應(yīng)也會(huì)生成銅，即：

CuO+2HCl=CuCl2+H2O

2Al+3CuCl2=3Cu+2AlCl3

故無(wú)法判斷原固體粉末中是否含有銅。（難點(diǎn)突破）

[教師]綜合分析，原固體粉末中一定有什么物質(zhì)？

[學(xué)生]碳和鋁。

[教師]無(wú)色溶液甲和藍(lán)色溶液乙混合后得到白色固體C和藍(lán)色溶液丙，溶液甲和溶液乙中的溶質(zhì)一定含有什么物質(zhì)？

[學(xué)生]無(wú)色溶液甲是由原固體粉末與過(guò)量稀鹽酸經(jīng)過(guò)濾操作所得，故含有AlCl3、HCl。藍(lán)色溶液乙中一定有硝酸銅（可能有未反應(yīng)完的硝酸銀）。甲、乙混合后得到白色固體C和藍(lán)色溶液丙，則白色固體C一定是AICl3、HCl與硝酸銀反應(yīng)生成的氯化銀沉淀，故藍(lán)色溶液丙中一定有AICl3與硝酸銀反應(yīng)生成的硝酸鋁、HCl與硝酸銀反應(yīng)生成的硝酸及未反應(yīng)的硝酸銅。還可進(jìn)一步確認(rèn)藍(lán)色溶液乙中一定含有硝酸銅和硝酸銀。

[教師]指導(dǎo)學(xué)生正確解答各問(wèn)題。

在上述兩個(gè)教學(xué)案例中，教師在引導(dǎo)學(xué)生思考時(shí)還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注：

（1）悉：學(xué)生是否熟悉初中化學(xué)所涉及的酸堿鹽之間的復(fù)分解反應(yīng)，以及這些物質(zhì)的溶解性;

（2）審：指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真審題，圈注題中關(guān)鍵信息;

（3）思：?jiǎn)栴}式切入，引導(dǎo)學(xué)生思考;

（4）視：分析時(shí)有可視化的思維過(guò)程。

三、教學(xué)策略與建議

1.重視化學(xué)核心知識(shí)教學(xué)

在中學(xué)課堂教學(xué)中，教師應(yīng)重視化學(xué)知識(shí)（尤其是化學(xué)核心知識(shí)）的教學(xué)，夯實(shí)基礎(chǔ)，以便為化學(xué)思維的培養(yǎng)打下根基。著眼于學(xué)生理解化學(xué)核心概念、形成化學(xué)基本觀念的知識(shí)教學(xué)應(yīng)該遵循以下原則：

（1）關(guān)注知識(shí)的內(nèi)在邏輯，把化學(xué)思維過(guò)程作為化學(xué)過(guò)程的核心;

（2）關(guān)注學(xué)生的先有觀念和知識(shí)背景，盡量使知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)建立聯(lián)系;

（3）結(jié)合知識(shí)邏輯和學(xué)生經(jīng)驗(yàn)背景設(shè)計(jì)多種形式的探究過(guò)程;

（4）重視學(xué)生的直覺(jué)思維和反省式思維或批判性思維;

（5）注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，如通過(guò)實(shí)驗(yàn)、學(xué)習(xí)情境引導(dǎo)學(xué)生參與化學(xué)學(xué)習(xí)。

由于化學(xué)學(xué)科兼具文理科的特點(diǎn)，許多基礎(chǔ)知識(shí)需要記憶或理解，要想夯實(shí)基礎(chǔ)，教師還須在日常教學(xué)中重抓落實(shí)，如學(xué)生初學(xué)元素符號(hào)、化學(xué)方程式等化學(xué)用語(yǔ)時(shí)，可利用“短評(píng)快”（在幾分鐘內(nèi)考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況并能快速反饋的一種評(píng)價(jià)方式）檢測(cè)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，并及時(shí)跟進(jìn)督促學(xué)生加強(qiáng)對(duì)相關(guān)知識(shí)的記憶和理解。

2.構(gòu)建可視化的思維模型

華東師范大學(xué)劉濯源提出：“思維可視化是指圖示或者圖示結(jié)合的方式把原本不可見(jiàn)的思維路徑、結(jié)構(gòu)、方法及策略呈現(xiàn)出來(lái)，使其清晰可見(jiàn)的過(guò)程[6]?！苯處煈?yīng)用現(xiàn)有教學(xué)環(huán)境所能提供的圖示技術(shù)，在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)用圖示或圖示組合幫助學(xué)生建構(gòu)有意義的數(shù)理思維，將課堂知識(shí)內(nèi)容有條理地呈現(xiàn)出來(lái)，使學(xué)生能更清晰地明確所學(xué)習(xí)的知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，啟發(fā)思維，提高解決問(wèn)題的能力。在此過(guò)程中，學(xué)生對(duì)每節(jié)課的知識(shí)內(nèi)部的聯(lián)系能有較清晰的認(rèn)識(shí)，在長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)過(guò)程中，也能形成自我的思維習(xí)慣和思考方式。

例：將硝酸銀溶液加入到一定量鐵和銅的混合物中，充分反應(yīng)后過(guò)濾得到濾液和濾渣，試分析濾液和濾渣的成分。

教學(xué)建議：在明確“金屬活動(dòng)性相差越大（或位置距離越遠(yuǎn)），反應(yīng)越先發(fā)生”這一反應(yīng)規(guī)律后，教師可利用圖示或表格幫助學(xué)生理解“當(dāng)反應(yīng)物的量不同時(shí)，產(chǎn)物會(huì)發(fā)生變化”（見(jiàn)圖4）。如在第①種情況下，硝酸銀的量較少，只能與一部分鐵反應(yīng)，故濾渣中一定有鐵、銅和銀，濾液中的溶質(zhì)只有硝酸亞鐵。圖示簡(jiǎn)單明了，能將復(fù)雜的情況可視化，幫助學(xué)生理解。

教師還可以結(jié)合表2整理不同情況下濾液、濾渣的成分，使分析過(guò)程變得清晰可見(jiàn)。

3.培養(yǎng)規(guī)范化的解題習(xí)慣

有的學(xué)生在分析推理時(shí)常常忽略一些關(guān)鍵條件或隱性條件，而出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果，思維過(guò)程不嚴(yán)謹(jǐn)常與學(xué)生不規(guī)范的解題習(xí)慣有關(guān)，如審題不認(rèn)真，漏掉或看錯(cuò)關(guān)鍵信息，缺乏必要的解題過(guò)程或解題過(guò)程書(shū)寫(xiě)混亂，答題時(shí)文字表述不嚴(yán)謹(jǐn)、不全面等。不規(guī)范的解題習(xí)慣勢(shì)必會(huì)成為思維品質(zhì)培養(yǎng)路上的攔路虎。

要培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范化的解題習(xí)慣，教師的教學(xué)應(yīng)規(guī)范化，如教師的語(yǔ)言應(yīng)是嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確的，教學(xué)板書(shū)應(yīng)該是清晰、無(wú)誤的。教師在日常的每一節(jié)課中應(yīng)向?qū)W生滲透規(guī)范化的化學(xué)語(yǔ)言，這種影響是潛移默化的。教師也可展示學(xué)生規(guī)范性的解題樣本，樹(shù)立規(guī)范性解題的榜樣。

良好的審題習(xí)慣是正確解題的前提。教師在日常教學(xué)中要注重引導(dǎo)學(xué)生圈注題干中的關(guān)鍵信息、答題要求，分析時(shí)要在紙上留下中間過(guò)程，以便分析錯(cuò)誤時(shí)能快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，如在物質(zhì)推斷題中，及時(shí)將推出來(lái)物質(zhì)的化學(xué)式標(biāo)注在相應(yīng)的位置，以便下一步分析，如在分析某溶液的組成時(shí)，可將流程圖中每一步所得物質(zhì)中一定有的物質(zhì)的化學(xué)式標(biāo)出，可能有的物質(zhì)的化學(xué)式標(biāo)在括號(hào)內(nèi)，將廢液中一定有的物質(zhì)劃“√”，一定沒(méi)有的物質(zhì)劃“×”，若既無(wú)“√”也無(wú)“×”則表示該物質(zhì)可能存在，這種清晰的分析過(guò)程能有效地避免因中間過(guò)程缺失或不規(guī)范而導(dǎo)致的誤判，也能很好地培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕瘜W(xué)思維習(xí)慣。

四、結(jié)語(yǔ)

21世紀(jì)的化學(xué)需要強(qiáng)化、發(fā)展和創(chuàng)新化學(xué)思維。教師在課堂教學(xué)時(shí)不只是教知識(shí)，更重要的是教會(huì)學(xué)生思考的方法，也就是要注重對(duì)學(xué)生思維的培養(yǎng)和訓(xùn)練，學(xué)生只有真正具備了良好的化學(xué)思維品質(zhì)，才能熟練運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，為我國(guó)培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的化學(xué)人才。

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