《高中化学思维方法》课程的创建与探索

▶2.1　《高中化学思维方法》课程的创建与探索

姚晓红

一、问题的提出

思维是人脑对客观事物本质属性和规律的概括的间接反映，思维方法是人们在认识事物之间的相互关系和客观规律基础上所形成的思维规则、手段和途径，是人在思维过程中所采用的基本方法。

学生化学学习过程既是一个复杂的认识过程，又是一个复杂的心理过程、思维过程、行为过程等。在教学过程中教师在关注学科知识的同时应该关注学生的思维过程，在关注学生学习方法掌握的同时也应该关注思维方法的培养。

为了更好地让学生学习基本的化学思维方法，教师不仅需要通过课堂教学有机渗透思维方法，还可以通过开发建设《高中化学思维方法》拓展型课程来培养学生的思维方法，提高学生的思维能力，帮助学生改正和避免不良的思维习惯，学习和掌握科学的思维方法。

二、课程的目标与原则

1.课程目标

《高中化学思维方法》旨在让学生较系统地学习不同的化学思维方法，理解思维在推动化学学科发展的重要作用，能融会贯通地运用不同的思维方法来解决问题。通过本课程学习学生能够：拓展化学学科知识，学习化学思维方法，提高化学学习能力。

2.课程原则

（1）思维发展原则　在思维课程教学中要以学生发展为本，为发展学生思维而教。在课程设计选取相应思维材料，以激活学生思维，学习思维方法，促进思维发展。本课程也重视培养学生的发展性学力和创造性学力，重视并加强对学生“知识与技能”“过程与方法”“情感态度与价值观”三维目标的有机整合，尤其是要促进学生思维的深刻性、灵活性、批判性和创造性。

（2）学习主体原则　学生是学习主体，也是思维活动的主体。教师选取思维材料，创设思维情境，调动学生思维的主动意识，让学生深思、反思、创思。思维课程不以枯燥乏味的思维理论开展教学，不以简单机械的训练来左右教学，不以教师的思维代替学生的思维，努力提高思维教学的有效性。

（3）材料适切原则　在教学内容选择上力求贴近学生的学习基础，选取蕴含思维方法较丰富的学习内容和有化学学科特点的典型思维方法进行思维教学，将学科知识与思维方法有机整合，以化学基本思维方法为主线开展课程设计和教学实施。

三、课程的内容设计

化学教学中的思维方法既有与其他自然学科的相通之处，也有其特殊之点。因此，在教学内容选择上以化学主要思维方法为主线来进行课程设计。具体课程内容设计如下表所示：

1.形象思维

形象思维就是用形象作为思维的元素和手段来想问题。在化学中，形象思维常常借助形象化的语言、图形、模型、标本等，让我们面对抽象的化学概念、化学原理等不仅不感到枯燥乏味，而且变得生动有趣、通俗易懂。例如：电子式、结构式、原子结构示意图、轨道表示式等化学用语；有机物的球棍模型、比例模型等；化学分子空间结构、化学实验装置等。

课程设计中“化学符号的形成与演变”等内容，让学生了解化学发展历程中以图形、图像等符号来表示不同物质的组成，最终形成化学所特有的形象化、规范化的语言符号系统。“电子云”的描述既形象又抽象，微观的晶体结构模型和宏观的物质形态，都可让学生感受化学之美。

2.抽象思维

抽象思维是指人们在认识过程中，借助于概念判断、推理反映现实的一种逻辑思维方式。它以分析、综合、比较、概括等作为思维的基本过程，从而揭示事物的本质特征和规律联系。

（1）分析与综合思维方法是化学最基本、最重要的思维方法之一。分析是把事物整体分解成各个部分后进行研究的一种思维活动。综合是与分析相对的一种思维方法，是把事物的各个部分结合起来进行研究的一种思维活动。在化学中常用的分析方法有：定性分析、定量分析、结构分析、因果分析、比较分析、分类分析及数学分析等，如：“氯水成分的多样性与复杂性”等实验，培养学生通过实验分析综合解决问题能力。在对难度较大、思维容量较大的综合型计算题分析中，帮助学生分析、解读问题，提高学生理性分析问题、综合运用知识的能力。

（2）归纳与演绎思维方法是运用归纳思维或演绎思维来综合解决化学问题的思维方法。化学基本原理、规律的获得都离不开对个别物质性质、结果、组成、变化等研究分析、概括归纳的思维过程。例如：杜马（法国化学家）在研究了多种烃类物质的氯代反应后，建立了有机反应的取代理论；阿累尼乌斯（瑞典化学家）在考察了许多酸和碱电离情况后，提出了经典的酸碱概念。从一般结论出发，导出未知的个别的推理叫做演绎。演绎在科学研究中发挥了重要作用，帮助科学家建立和发展理论，指导创造发明。又如：根据能量守恒定律，演绎推导出了热化学方程式和热化学反应的基本定律——盖斯定律，还推导出了反应热和温度的关系——基尔霍夫定律。元素周期律和元素周期表中蕴含了丰富的归纳和演绎的化学一般规律和特殊性质，是很有价值的思维教学素材，从中可以让学生体会、感悟科学家用归纳与演绎思维方法探索和发现元素周期律的艰辛历程。

（3）假设与论证思维方法是化学研究中常用的思维方法。对于现象产生的原因或变化的规律，在未经事实证明之前，先加以某种推测与假定，这种推理的特殊形式叫做假设。如对“镁带外部的灰黑色物质是什么”的教学中，让学生大胆猜测、提出假设，通过化学实验来验证假设、得出正确的结论，如图8-1所示。

图8-1

（4）类比与推理思维方法也是化学学习重要的思维。类比是指以某两个对象都具有相同或相似的属性，并且其中一个对象还有其他属性为前提，推测另一个对象也有这些属性的逻辑推理。运用类比推理思维关键是在于找出不同化学研究对象之间进行比较的“参照点”和能够推理得出结论成立的“立足点”，类比与推理思维方法其核心是异中求同，达到产生新知、触类旁通的作用。化学中强电解质和弱电解质、离子键和共价键、极性分子与非极性分子、氧化剂和还原剂等概念的掌握都可以运用类比与推理的思维方法。

3.化学中的创新思维

对问题进行多角度、全方位思考，提出多方面、多途径的解决思路，经过筛选，从中获得较为妥善的解决方法的思维方式。创新思维是多向的和开放的思维，它具有流畅性、变通性和独创性的特点。独创性是在流畅性和变通性基础上形成的创造性思维的最高层次。

运用创新思维，从一个目标出发，启发引导学生在已有知识基础上，利用全部信息进行放射性、多方位发散，多方位论证，多因素分析。例如：在化学实验设计中，学生对同一实验进行多种方案设计后，教师要启发、引导学生对众多实验方案进行比较和可行性检验，从而寻求较好的方案。而在“列举能使溴水褪色的物质”等化学开放性问题，“水下呼吸器的设计与制作”“微量元素与人体健康”等化学小课题研究等主题活动中，鼓励学生创新思维、创造实践，培养创新的思维方法。

四、课程教学的策略

1.问题激思

思维活动是从问题开始的。为了培养学生善于发现问题、提出问题，让学生在学习中带着问题思考，在课堂中教师要有意识地创设问题情景，激发学生的思维活动。以下是笔者以“思维”为中心教学设计流程，如图8-2所示。

图8-2

在每节课前先告知下节课学习主要内容，让学生进行预习，提出自己在预习中碰到的困惑和问题，教师的备课就是围绕学生的问题展开，在教学中创设问题教学情景，让课堂教学在问题的引导下深入思维活动，鼓励学生敢于质疑、敢于提出不同的观点，鼓励学生互相讨论、思维碰撞，解决学习中的问题。

2.史实悟思

教学中，通过选取有一定具有代表性的化学史话，让学生了解思维方法在化学学科发展中的作用，帮助学生更好地认识和运用思维方法。例如：从“燃素说”到“氧化说”中的分析与综合思维；元素周期律的发现中的归纳与演绎思维；从苯环结构的提出看类比与假设思维；原子结构电子云模型与想象思维等，让学生感受科学家探索化学世界奥秘、进行化学研究所运用的思维方法。

化学学科的发展离不开科学家长期不懈艰苦的科学研究。其中科学史料的知识非常丰富，其中蕴含的化学思维方法也需要学生慢慢体会和理解。因此，在教学中，笔者不仅提供给学生更多化学史实材料，更鼓励学生自主搜集有关化学资料，从网络、杂志、书籍、报纸等途径，全面深入了解化学发展历程，感悟科学发现过程中所体现的化学思维。

3.实验究思

在实验教学中让学生亲历科学探索的过程，学习科学研究的方法，获得发现问题、解决问题的体验，帮助学生形成化学概念，理解和巩固化学知识，培养学生分析问题、解决问题的思维能力和实践能力，培养学生实事求是、严肃认真的科学态度和科学方法。

化学教学内容中有很多这样探究活动，如对元素化学中的物质性质探究、对化学原理的实验分析、对实验装置的选择和设计等，有很多开放性、拓展型实验内容，如：过氧化钠是酚酞褪色的机理探究、镁和铝与盐酸反应速率的比较分析等促进学生积极思考，分析产生现象的原因，追根溯源，同时也通过捕捉和引导学生实验中产生的异常现象，层层深入，环环相扣，促使学生思维向纵深发展。

4.习题深思

化学计算是高中化学的重点和难点。化学教学中有不少习题，学生回家完成的学习作业绝大部分也是习题，学生测验、考试也大多围着习题在转，习题是学生掌握、理解、巩固化学学科知识的重要载体，也是教师日常教学中不可回避的内容。如何用好习题，发挥习题教学中思维的容量，培养学生在习题中的思维能力是十分重要和必要的。

如，NO _x循环反应中可以运用整体思维法去思考，铝及其化合物的反应可通过数形结合的形象思维方法解决，可逆反应的平衡问题可通过逆向思维分析等，而综合、复杂的计算问题是在已有化学知识基础上，需要加以深入分析、综合思考来解决的问题。通过科学的思维方法运用，可以进行分析、变形、转化，从而将复杂的问题转化为较简单的问题，并有效快速地解决学习中的难题。

5.开放反思

要打开学生的思路，教师要引导学生从不同的角度来思考问题，用多种方法来解决问题。充分利用化学开放性问题，给学生更多的创造性表现空间，让学生自主设计，独立完成，通过讨论反思，寻求最佳设计方案。例如，“用化学实验探究元素周期表中的规律性”、“铝及其化合物两性的实验探究”、“氯化铝和氯化铁的分离”、“极易溶于水的气体溶解装置设计”、“分液器的设计组装”等开放性问题，避免学生机械地识记知识，打破知识框框的限制，克服思维惰性。

化学中的开放性问题很多。涉及实验鉴别、物质检验、物质制备等。例如，用多种实验方法制备氢氧化铝，设计在一定实验条件下制得纯净氢氧化亚铁等。开放性问题的设计有利于学生思考多种角度、多种方案，能够运用多种途径、多种方式，进行转化、变化、组合和分解，综合运用已有知识提出解决问题的方法。当然，并不是所有的方法都是合理的，教师要引导学生深入分析，筛选出操作简便、现象明显、结论可靠的方法。

6.课题创思

培养学生的创新思维，在教学中，教师可通过研究性课题，有意识地引导学生通过逆向、多向、侧向等方面发散思考，突破思维定势，鼓励有创意又与众不同的方案，让学生创造性地分析解决问题。例如，化学实验室废液处理问题；本地区废气成分、来源和处理；装饰材料的化学污染；温室效应的影响及其防治对策；汽车尾气排放和处理；水质与健康问题；废电池的回收和处理；探秘三聚氰胺；食品添加剂的种类与危害；对染发剂成分与原理的研究；常见洗涤剂的去污能力与毒性比较等课题，积极鼓励学生开展综合性课题研究，让学生运用化学知识通过课题研究的过程，学习科学研究的一般方法，也有助于培养学生创新思维，提高解决实际问题的能力。

五、课程的评价

《高中化学思维方法》拓展课程注重评价内容和方式的多元化，设计了思维评价项目，突出化学思维方法学习能力的评价。评价方式上，以过程性评价为主，既采用提问质量、交流讨论、实验设计、课堂参与等。课程结束后要求学生完成：介绍一种你认为最有效的化学思维方法；对一个史实、一个问题、一道例题或一个课题的批判性思考；化学思维方法总结及对自身学习的影响等。

本课程评价项目如下表所示：

同时，笔者也引进美国IMMEX信息系统，在学生中开展IMMEX测试，深入了解学生的思维过程，客观科学地辨别学生思维特点。问题有选自美国原题“有害物质”“劫后余生”等和“有机物的燃烧”“溶液的配制”自编题集等，通过具有挑战性、开放性的IMMEX测试问题，对学生在解决问题过程中思维“足迹”进行可视化、真实性记录，对学生某个问题的思维过程进行分析、解读，为教师分析掌握学生思维状态提供重要手段。

六、课程实施的初步成效

笔者对首轮教学实施中的27位高二学生开展了问卷调查和访谈工作。其中，“你觉得这门课程对你的化学思维能力的提高有没有帮助”的问题，85.19%的学生认为“有很大帮助”，14.81%的学生认为“帮助不大”。对“你认为开设这门课程对高中学生学习有没有实际意义”的问题，92.59%的学生都认为“非常有必要”，7.41%学生认为“无所谓”。从数据反映出绝大多数学生还是非常认同思维课程，但有些学生由于应试的压力和对课程的理解有偏差，以及教师对教学内容的选择和教学方法的改进是值得关注的问题。

摘录学生学习的感言有：

高二（5）班的陆慧劼同学说：“通过这次学习我学会了该怎样学好化学，怎样能将化学知识灵活运用于生活中和实践中，学会运用严谨的学习态度、缜密的思维，从多角度、运用多种方法来思考问题。”高二（4）班王文婷同学说：“课程让我明白学习离不开思维，良好的思维方法会对学习有莫大的帮助。教师在教学中不仅给我们传达了一些有效学习的思维方法，更是激发我们不断思考和探索问题。”高二（6）班赵延青同学说：“经过半年多的学习，使自己更深地了解了奇妙复杂的化学世界，比这更重要的是，我掌握了开启化学世界大门的金钥匙——思维方法。古人云：‘工欲善其事，则必先利其器’。而我们的‘器’就是思维方法，了解和掌握不同思维方法将使我们终身受益，能更好‘善其事’。”

《高中化学思维方法》课程虽然开设时间不长，但受到学生的欢迎，也成为一门有特色的校本拓展课程。在今后的实践研究中，笔者还将对思维方法的理论研究进一步深化；对化学思维方法的内容选择进一步优化；对思维方法的教学进一步活化，不断提高化学拓展课程的质量，更好地培养学生思维方法。

参考文献：

［1］郅庭瑾.教会学生思维［M］.北京：教育科学出版社，2001

［2］王德胜.化学方法论［M］.杭州：浙江教育出版社，2007

［3］吴峥.高中化学思维方法［M］.上海：上海科学技术出版社，2003

［4］杨雁斌.创新思维法［M］.上海：华东理工大学出版社，2005