例談初中化學(xué)教學(xué)中學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展*

張爾華

（南京市浦口區(qū)教師發(fā)展中心 江蘇南京 211800）

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出：科學(xué)思維是化學(xué)課程培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一。由于思維是抽象的概念，隱藏于知識(shí)傳授之中，遠(yuǎn)沒有學(xué)科知識(shí)那樣能具體地可授、可評(píng)、好操作，也很難形成具體可量化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

一、日常思維、科學(xué)思維和哲學(xué)思維

思維是人腦對(duì)客觀事物能動(dòng)的、間接的和概括的反映。思維有多種分類角度和方法，如經(jīng)驗(yàn)思維與理論思維，常規(guī)思維與創(chuàng)造思維，日常思維與科學(xué)思維等。

1.日常思維

日常思維是指在日常生活中的思維，是一種具有廣泛普適性的非定型化的綜合思維，充滿著感覺、直覺、本能、無(wú)意識(shí)等非理性因素。日常思維處理的是人類生存層面上的最直接最基本的信息，這些信息的邏輯關(guān)系體現(xiàn)一種最簡(jiǎn)單的規(guī)則，思維結(jié)果既有正確的，也有片面的。對(duì)更深層更復(fù)雜的信息則需要更深層的科學(xué)思維方式來(lái)處理。

2.科學(xué)思維

科學(xué)思維是在感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，加以去粗取精、去偽存真、由表及里的整理和改造，由感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)，是各種科學(xué)思維方法的有機(jī)整合，是人類實(shí)踐活動(dòng)的產(chǎn)物。科學(xué)知識(shí)是科學(xué)思維所獲得的相對(duì)正確的認(rèn)識(shí)，是經(jīng)過(guò)邏輯論證和實(shí)踐檢驗(yàn)并由系列概念、判斷和推理表達(dá)出來(lái)的知識(shí)體系?？茖W(xué)思維是一種建立在證據(jù)和邏輯推理基礎(chǔ)上的思維形式，是人們把握客觀事物本質(zhì)和規(guī)律的能動(dòng)活動(dòng)。

3.哲學(xué)思維

哲學(xué)思維是一種思維方法的思維，是認(rèn)識(shí)和把握世界及其發(fā)展變化的根本觀點(diǎn)和方法，也是思考、處理和解決人與世界、思維和存在等哲學(xué)問(wèn)題的基本范式和原則。

在常識(shí)、科學(xué)、哲學(xué)的認(rèn)識(shí)序列中，人很難進(jìn)入科學(xué)層次，更難進(jìn)入哲學(xué)層次。［1］日常思維中帶有哲學(xué)思維的顆粒，每個(gè)人都有或多或少、或深或淺的“人生哲學(xué)”，其中不乏深刻的見解和閃光的思想，只不過(guò)這種思考基本上是零碎的、經(jīng)驗(yàn)性的。哲學(xué)思維是具有普遍意義的方法，日常思維、科學(xué)思維是具體的方法，普遍方法對(duì)具體方法有整體性的指導(dǎo)功能。馬克思主義哲學(xué)的思維方法是唯物的、辯證的思維方法，是人們認(rèn)識(shí)和實(shí)踐中普遍適用的思維規(guī)則，是所有科學(xué)思維都要采用的方法。

二、學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的必要性與可能性

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的目標(biāo)要求中明確指出：發(fā)展科學(xué)思維，強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)。初步學(xué)會(huì)運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查等手段獲取化學(xué)事實(shí)，能初步運(yùn)用比較、分類、分析、綜合、歸納等方法認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化，形成一定的證據(jù)推理能力；能從變化和聯(lián)系的視角分析常見的化學(xué)現(xiàn)象；初步建立物質(zhì)及其變化的相關(guān)模型，能根據(jù)物質(zhì)的類別和信息提示預(yù)測(cè)其性質(zhì)，并能解釋一些簡(jiǎn)單的化學(xué)問(wèn)題；能從跨學(xué)科角度初步分析和解決簡(jiǎn)單的開放性問(wèn)題，體會(huì)系統(tǒng)思維的意義；能對(duì)不同的觀點(diǎn)和方案提出自己的見解，發(fā)展創(chuàng)新思維能力，逐步學(xué)會(huì)辯證唯物主義方法論。［2］

宋心琦教授認(rèn)為，中學(xué)化學(xué)教學(xué)能夠使學(xué)生終身受益的，不是具體的化學(xué)專業(yè)知識(shí)，而是影響他們世界觀、人生觀和價(jià)值觀的化學(xué)思想觀念；不是諸如分類、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算等特殊的方法和技能，而是影響他們思維方式和問(wèn)題解決能力的具有化學(xué)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)論和方法論［3］。

學(xué)生是科學(xué)思維發(fā)展的主體，每一個(gè)學(xué)生都有其特定的思維、行為方式和需要，生活體驗(yàn)具有很強(qiáng)的個(gè)體性。人類通過(guò)經(jīng)驗(yàn)積累，以系統(tǒng)化的概念體系描述、解釋經(jīng)驗(yàn)，從而使學(xué)生在前人的基礎(chǔ)上獲得超越經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)，學(xué)習(xí)體驗(yàn)前人加工經(jīng)驗(yàn)的科學(xué)思維活動(dòng)，獲得超越經(jīng)驗(yàn)的方法，如思辨的、邏輯的、辯證的方法等，慢慢地使自然人成長(zhǎng)為社會(huì)人。

教科書是系統(tǒng)化的化學(xué)學(xué)科知識(shí)，是對(duì)物質(zhì)變化的本質(zhì)及其規(guī)律性的正確認(rèn)識(shí)，是經(jīng)過(guò)邏輯論證和實(shí)踐檢驗(yàn)并由系列概念、判斷和推理表達(dá)出來(lái)的知識(shí)體系。教科書中的理論思維可以指導(dǎo)學(xué)生的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和實(shí)踐，理論能否用活、對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)作用有多大，全靠師生對(duì)其挖掘和理解。

例如，圖1、圖2都是人教版九年級(jí)化學(xué)第一單元中較為熟悉的用澄清石灰水檢驗(yàn)CO2實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能為后面學(xué)習(xí)提供哪些指導(dǎo)性的潛能呢？

圖1 石灰石與鹽酸反應(yīng)

圖2 檢驗(yàn)蠟燭燃燒產(chǎn)物

實(shí)驗(yàn)后追問(wèn)：澄清石灰水與CO2反應(yīng)的條件是什么？二者的接觸的方式有什么不同？由此可知兩種物質(zhì)反應(yīng)的首要條件是接觸，接觸的方式多種：A→B、A←B、A→←B，這就上升到哲學(xué)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性，對(duì)此從一個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)概括成一類思維模型、觀念、哲學(xué)的辯證關(guān)系。以此就不難設(shè)計(jì)出圖3、圖4、圖5等實(shí)驗(yàn)室制取CO2的發(fā)生裝置，教師要引導(dǎo)學(xué)生找到圖中幾個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中思維的一致性，化學(xué)學(xué)習(xí)就不難了。

圖3 制取CO2的發(fā)生裝置

圖4 制取CO2的發(fā)生裝置

圖5 制取CO2的發(fā)生裝置

從知識(shí)的掌握轉(zhuǎn)向思維的訓(xùn)練是素養(yǎng)導(dǎo)向的新課標(biāo)目標(biāo)之一，用好教科書關(guān)鍵在教師。具體的知識(shí)在教材中是顯性的，而思想方法卻具有隱蔽性，不思則無(wú)、思則深遠(yuǎn)。［3］教師是經(jīng)過(guò)系統(tǒng)訓(xùn)練的專業(yè)技術(shù)人員，是學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的設(shè)計(jì)者、組織者、引導(dǎo)者和促進(jìn)者。教師有能力把握學(xué)生的現(xiàn)有科學(xué)思維水平和發(fā)展目標(biāo)，具有多種實(shí)施策略和補(bǔ)救措施。“教師的職責(zé)已經(jīng)是越來(lái)越少地傳授知識(shí)，而越來(lái)越多地激勵(lì)思考”。［4］

三、學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展方向和目標(biāo)

初中學(xué)生有日常思維的經(jīng)驗(yàn)，不具備哲學(xué)思維的能力，但也有零散的可發(fā)展為科學(xué)思維的“大概念”。教師完全有能力從哲學(xué)思維高度啟迪學(xué)生思維，將學(xué)生的日常思維發(fā)展為科學(xué)思維，慢慢向哲學(xué)思維方向努力。

1.科學(xué)思維發(fā)展的總體方向

科學(xué)思維沒有像學(xué)科知識(shí)那樣具有完備的系統(tǒng)化的結(jié)構(gòu)體系，但有其發(fā)展的大方向。學(xué)生科學(xué)思維的訓(xùn)練與評(píng)價(jià)常伴隨著學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)，如果教師沒有整體設(shè)計(jì)，可能會(huì)被不同功能的習(xí)題帶偏搞亂。對(duì)此設(shè)計(jì)如圖6所示初中學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展框架圖。

圖6 科學(xué)思維發(fā)展框架圖

如圖，可選擇學(xué)生熟知的日?，F(xiàn)象和化學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)作為學(xué)生學(xué)科思維訓(xùn)練起點(diǎn)，以此為“根據(jù)地”概括形成解決一類問(wèn)題的思維模型。如環(huán)境保護(hù)的學(xué)習(xí)中以保護(hù)空氣為“根據(jù)地”，從分析空氣的污染源、污染物、危害、防治措施及具體方案五個(gè)方面來(lái)學(xué)習(xí)，建立思維模型。再以此模型引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)水污染、溫室效應(yīng)、資源保護(hù)、白色污染等內(nèi)容，會(huì)很自然地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，使“學(xué)-會(huì)-用”形成一個(gè)發(fā)展系列，最后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候再進(jìn)行概括提升，從哲學(xué)高度分析化學(xué)與環(huán)境的辯證關(guān)系。

2.科學(xué)思維發(fā)展的階段性目標(biāo)

學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展是在教師的整體規(guī)劃下系統(tǒng)訓(xùn)練而成，大致可分為三個(gè)階段性目標(biāo)：教會(huì)、學(xué)會(huì)、會(huì)用，具體表述如表1。

表1 學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展階段性目標(biāo)

教育的要點(diǎn)是開發(fā)學(xué)生的思維，這就意味著應(yīng)當(dāng)給予學(xué)生必要的知識(shí)和手段去形成自己的觀點(diǎn)。［5］在教學(xué)中教師要梳理科學(xué)思維發(fā)展系列，可以借助思維導(dǎo)圖建構(gòu)思維結(jié)構(gòu)模型，再設(shè)計(jì)成教會(huì)、學(xué)會(huì)、會(huì)用等幾個(gè)發(fā)展層級(jí)。如化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是原子的重新組合，原子種類沒有改變，原子的數(shù)目沒有增減。不能僅作為知識(shí)來(lái)填空，要作為科學(xué)的思維運(yùn)用。原子間為什么要重新組合、組合有哪些規(guī)律、怎樣配平等問(wèn)題，這些需要在學(xué)習(xí)中理解，在應(yīng)用中體驗(yàn)與發(fā)展，螺旋上升，形成一個(gè)科學(xué)思維發(fā)展系統(tǒng)，以提高科學(xué)思維的統(tǒng)領(lǐng)性和概括性。

四、學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的方法和措施

學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展主要依靠教師的指導(dǎo)，教師對(duì)其發(fā)展要有系統(tǒng)的規(guī)劃與整體的設(shè)計(jì)。要從學(xué)生已有化學(xué)事實(shí)出發(fā)，應(yīng)用思維加工方法，進(jìn)行證據(jù)意識(shí)下的邏輯推理，揭示事物的本質(zhì)和規(guī)律，形成思維模型，建構(gòu)結(jié)構(gòu)化的學(xué)科思維，提升情境中解決新問(wèn)題的能力。在問(wèn)題解決過(guò)程中進(jìn)一步拓展、創(chuàng)新思維，形成創(chuàng)新意識(shí)，努力向哲學(xué)思維發(fā)展。

1.能力著眼，整體構(gòu)思

不同的學(xué)科有不同的概念組，因此“隔行如隔山”，但科學(xué)思維是人的一種能力，學(xué)科間是相通的，如果掌握科學(xué)思維加工方法和技巧，那就是“隔行不隔理”。因此初中化學(xué)教學(xué)要從學(xué)生熟知的日常思維中找“理”，這是一條捷徑。要通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)化學(xué)事實(shí)，從化學(xué)角度進(jìn)行思維加工，通過(guò)追問(wèn)盡可能多地提供思維加工的機(jī)會(huì)，在一次次挑戰(zhàn)中熟悉思維加工方法，掌握思維加工的技巧，使思維得到發(fā)展，從而建立學(xué)科概念，形成學(xué)科思維，成為“行”家。

每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都隱藏著大量科學(xué)思維加工的素材，每一個(gè)學(xué)科概念都是科學(xué)思維的加工的結(jié)果，因此常說(shuō)的“入門”就是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力，能力具備了，后面的學(xué)習(xí)就會(huì)越來(lái)越嫻熟。學(xué)科知識(shí)是科學(xué)思維發(fā)展的載體，科學(xué)思維應(yīng)隨著學(xué)科知識(shí)的深入學(xué)習(xí)而得到同步發(fā)展，學(xué)科知識(shí)的掌握情況也是科學(xué)思維目標(biāo)達(dá)成度的檢驗(yàn)。

如在序言中學(xué)習(xí)“化學(xué)”概念時(shí)，可利用圖7提煉學(xué)生已有的日常思維，幫助學(xué)生將組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途間的關(guān)系輕松地建立起來(lái)，以此指導(dǎo)化學(xué)學(xué)習(xí)。

圖7 組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系示意圖

2.加強(qiáng)聯(lián)系，概括提升

概括是在大量感性材料的基礎(chǔ)上，把一類事物共同的特征和規(guī)律抽取出來(lái)，反映一類事物所共同、本質(zhì)的屬性及內(nèi)部聯(lián)系和規(guī)律。教師要能從不同的角度對(duì)已有的科學(xué)思維向哲學(xué)思維方向進(jìn)行高級(jí)概括，形成更普遍和總體性的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而促進(jìn)科學(xué)思維的結(jié)構(gòu)化，不斷完善、優(yōu)化、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，建構(gòu)成統(tǒng)領(lǐng)性更高，概括性更強(qiáng)的科學(xué)思維框架，隨著人的成長(zhǎng)最終形成高度概括的哲學(xué)思維體系。

如受多變量影響的物理量量化方法：常采用固定某些量，而量化另一物理量的方法，如速度、密度、溶解度等。教學(xué)中如能對(duì)速度、密度等物理量量化處理的科學(xué)思維過(guò)程進(jìn)行回顧、分析、概括，就能很自然地將此科學(xué)思維遷移到溶解度的學(xué)習(xí)中來(lái)，還可以拓展應(yīng)用到反應(yīng)速度的概念中去。通過(guò)量化處理方法的學(xué)習(xí)形成一類科學(xué)思維系列或結(jié)構(gòu)，再慢慢向“量變與質(zhì)變”的哲學(xué)思維發(fā)展。

3.分散實(shí)施，螺旋上升

科學(xué)思維對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是隱性的，但對(duì)教師來(lái)說(shuō)應(yīng)是顯性的，教師在課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中必需清晰地指出在哪個(gè)知識(shí)點(diǎn)幫助學(xué)生學(xué)習(xí)（訓(xùn)練）什么科學(xué)思維或?qū)W習(xí)什么思維加工方法等，每節(jié)課的科學(xué)思維也要有重點(diǎn)，不能面面俱到或蜻蜓點(diǎn)水。各類科學(xué)思維要建立經(jīng)典的“根據(jù)地”，要有科學(xué)思維可回歸的錨點(diǎn)。當(dāng)學(xué)生解決問(wèn)題遇到困難時(shí)，可幫助學(xué)生回歸“根據(jù)地”重溫科學(xué)思維的形成過(guò)程，以更好地發(fā)揮其功效。

如以學(xué)生熟悉的蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)為錨點(diǎn)，通過(guò)追問(wèn)建構(gòu)相關(guān)的學(xué)科思維。實(shí)驗(yàn)觀察到的主要現(xiàn)象是什么？火柴和燭芯的作用是什么？火焰是怎樣形成的？為何一開始要火柴點(diǎn)燃，燃著后卻不需要火柴？火焰為何會(huì)出現(xiàn)三層？怎樣證明外焰溫度最高？火苗為什么會(huì)向上？蠟燭能持續(xù)地燃燒應(yīng)具備哪些條件？怎樣使蠟燭燃燒火焰更大，燃燒更旺？怎樣證明蠟燭燃燒的生成物有H2O和CO2？為何熄滅后會(huì)有一縷白煙？等等。

當(dāng)然這些問(wèn)題不可能在一節(jié)課內(nèi)完成，可在一次次復(fù)習(xí)回顧中適時(shí)巧妙地提出，讓學(xué)生思考、討論，做出合理的猜想、驗(yàn)證，慢慢地發(fā)展學(xué)科思維，形成學(xué)科觀念，以便在后面的學(xué)習(xí)中挑戰(zhàn)、修正、完善，使學(xué)科思維得以發(fā)展?？此埔淮未螐?fù)習(xí)蠟燭燃燒的知識(shí)點(diǎn)，其實(shí)是一次次對(duì)已有科學(xué)思維的概括與提升，教學(xué)設(shè)計(jì)的最高境界是天天復(fù)習(xí)，時(shí)時(shí)拓展，處處挑戰(zhàn)。

總之，在初中化學(xué)教學(xué)中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維要著眼未來(lái)，既要顧及眼前，又要謀及長(zhǎng)遠(yuǎn)。教的是當(dāng)下，學(xué)的是未來(lái)，要用長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)、發(fā)展的觀點(diǎn)來(lái)對(duì)待眼前和現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題，為了長(zhǎng)遠(yuǎn)的、未來(lái)的發(fā)展，要打好眼前的基礎(chǔ)。任何事物都不是孤立地存在著，它們都處在普遍聯(lián)系之中，相互作用、相互制約，只有做到統(tǒng)籌兼顧，才能取得最大的效益。