化學(xué)符號中的科學(xué)思維

張一覽

摘要：文章從卡西爾的文化符號學(xué)原理出發(fā)，通過對化學(xué)符號的教學(xué)實(shí)例分析，探尋其在“宏觀—符號—微觀”的“三重表征”中的文化意義，形成科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞：化學(xué)符號；三重表征；科學(xué)思維；文化符號學(xué)

文章編號：1008-0546（2014）07-0027-03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.07.009

一、理論基礎(chǔ)

德國著名的哲學(xué)家恩內(nèi)斯特·卡西爾在將符號學(xué)理論和方法應(yīng)用于人類文化領(lǐng)域的研究時(shí)涉及到了大量的人類文化現(xiàn)象，從而建立了一個(gè)獨(dú)特的符號形式哲學(xué)和人類文化哲學(xué)體系?？ㄎ鳡査芯康奈幕枌W(xué)理論將知識文化的本性從符號學(xué)的角度進(jìn)行闡述。符號所構(gòu)建的意義世界，既包含外在于人類意識生命的物理世界又包含內(nèi)在于人的精神與心理世界。在特定關(guān)系中符號承擔(dān)著某種功能，并且產(chǎn)生一定的意義，起到媒介作用。符號的內(nèi)涵不僅在于它是一種客觀存在，更重要的是它們能在關(guān)系系統(tǒng)中編織意義，并且承擔(dān)起某種功能。

化學(xué)符號是一種國際上規(guī)定的運(yùn)用于化學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)符號，用它可以表示化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成以及化學(xué)變化的過程。它將豐富的化學(xué)內(nèi)涵以簡單直觀的形式表達(dá)出來，是化學(xué)學(xué)習(xí)和化學(xué)科學(xué)研究特有的語言。從卡西爾的文化符號學(xué)理論視角來看，化學(xué)符號不僅僅是中學(xué)化學(xué)知識重要的組成部分，也是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)事實(shí)的表征形式之一，更是學(xué)生將化學(xué)知識內(nèi)化為化學(xué)觀念的重要媒介，它有著知識性和工具性的高度統(tǒng)一。正是因?yàn)榛瘜W(xué)符號承擔(dān)著有這樣的功能，學(xué)生在解決化學(xué)問題時(shí)可以運(yùn)用化學(xué)符號提取化學(xué)知識、轉(zhuǎn)換化學(xué)信息，甚至進(jìn)行化學(xué)符號組合或轉(zhuǎn)換等一系列思維活動?？梢哉f，化學(xué)符號是化學(xué)科學(xué)思維的載體，化學(xué)符號的運(yùn)用體現(xiàn)了學(xué)習(xí)者的科學(xué)思維能力。

科學(xué)思維是人的意識掌握客觀事物的高級形式，是通過歸納、演繹、分析和綜合的方法形成的合乎邏輯的理論體系?？茖W(xué)思維形成的重要載體之一是科學(xué)概念，而化學(xué)概念教學(xué)的重要方法之一是“三重表征”?；瘜W(xué)學(xué)科的內(nèi)容包括三大領(lǐng)域：可觀察的宏觀世界，分子原子離子等微粒構(gòu)成的微觀世界以及由化學(xué)用語組成的符號世界。在“宏觀——符號——微觀”的“三重表征”中，學(xué)生通過化學(xué)符號的表征和轉(zhuǎn)換，不僅在頭腦中建立起新的化學(xué)概念，而且形成歸納、演繹、分析和綜合等的科學(xué)思維。它們之間的關(guān)系可以用下圖1表示：

科學(xué)思維的形成，正是化學(xué)符號在化學(xué)教學(xué)系統(tǒng)中編織的意義所在。因此，在教學(xué)實(shí)踐中如何讓化學(xué)符號更好地承擔(dān)起學(xué)科思維形成的功能是化學(xué)教學(xué)工作者必須去思考的問題之一。

二、化學(xué)符號的教學(xué)實(shí)例分析

科學(xué)思維的形成包括歸納、演繹、分析和綜合等方法的運(yùn)用。歸納，是從個(gè)別中發(fā)現(xiàn)一般的思維方法和推理形式，即從個(gè)別事實(shí)中概括出一般原理；演繹，是從一般中發(fā)現(xiàn)個(gè)別的思維方法和推理形式，即用已知的一般原理考察某一特殊對象，推演出有關(guān)這個(gè)對象的結(jié)論；分析，是在思維中把認(rèn)識對象分解為各個(gè)部分、方面、要素，對他們分別加以研究的思維方法；綜合，是在思維中把認(rèn)識對象的各個(gè)部分、方面、要素結(jié)合為一個(gè)統(tǒng)一整體的思維方法。

1. 化學(xué)符號在信息轉(zhuǎn)換中的運(yùn)用體現(xiàn)歸納、演繹能力

學(xué)生在解決化學(xué)問題時(shí)常常利用化學(xué)符號進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換包含兩個(gè)層次，一是將文字信息轉(zhuǎn)換成化學(xué)符號，另一層次是將一種化學(xué)符號轉(zhuǎn)換成另一種化學(xué)符號。

在問題表征階段，第一種形式的轉(zhuǎn)換有利于學(xué)生快速將化學(xué)物質(zhì)與其結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。在信息材料中出現(xiàn)文字形式的化學(xué)物質(zhì)名稱時(shí)，例如苯，學(xué)生會在頭腦中呈現(xiàn)出它的三種形式：宏觀映象，即對苯的物理性質(zhì)等的外在認(rèn)識；微觀映象，即苯是由苯分子構(gòu)成，每個(gè)苯分子由6個(gè)碳原子和6個(gè)氫原子組成；化學(xué)符號，即苯的化學(xué)式。在這三重表征的系統(tǒng)中，苯的化學(xué)式不僅將物質(zhì)與其宏觀現(xiàn)象緊密聯(lián)系起來，還直觀地揭示了苯的微觀本質(zhì)以及微粒間的數(shù)量關(guān)系。因此，這種高度概括和抽象的化學(xué)語言符號能幫助學(xué)生在微觀和宏觀之間建立起有效的聯(lián)系，利用它的中介和橋梁作用，實(shí)現(xiàn)對問題的表征。歸納和演繹能力強(qiáng)的學(xué)生能靈活運(yùn)用化學(xué)符號解決化學(xué)問題，而在運(yùn)用化學(xué)符號解決問題的同時(shí)，學(xué)生的歸納和演繹能力又會得到進(jìn)一步的加強(qiáng)。例如在蘇教版高中化學(xué)選修《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)》中講到晶體的結(jié)構(gòu)時(shí)，需要學(xué)生掌握各種晶體的構(gòu)成微觀結(jié)構(gòu)，并且能根據(jù)化學(xué)式判斷物質(zhì)的晶體類型。例如下題所示：

下列化學(xué)式既能表示物質(zhì)的組成，又能表示物質(zhì)分子式的是（ ）

A. NH4NO3 B. SiO2 C. C2H4 D. Fe

要解決這個(gè)問題，學(xué)生必須理解兩點(diǎn)：首先，化學(xué)式能表示物質(zhì)構(gòu)成微粒的個(gè)數(shù)關(guān)系，即比值，而分子式不僅能表示物質(zhì)構(gòu)成微粒的個(gè)數(shù)關(guān)系，而且能表示出構(gòu)成物質(zhì)微粒的真實(shí)組成，即數(shù)目；其次，分子晶體的構(gòu)成微粒是分子，故其化學(xué)式是分子式，而離子晶體、原子晶體的構(gòu)成微粒是離子和原子，金屬晶體的構(gòu)成微粒是金屬離子和自由電子，故它們沒有分子式，其化學(xué)式只表示構(gòu)成微粒的個(gè)數(shù)關(guān)系，即最簡比。熟練掌握這兩點(diǎn)，就不難根據(jù)化學(xué)式的形式解決上述問題。因?yàn)镃項(xiàng)中C2H4的原子個(gè)數(shù)沒有約簡，故它是分子式。要得出以上兩點(diǎn)結(jié)論，在學(xué)習(xí)時(shí)可采用以下方式，具體過程如下表所示：

這種形式的轉(zhuǎn)換在化學(xué)中是普遍存在的，例如在講到離子方程式的書寫時(shí)，教師可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中體會離子反應(yīng)方程式的本質(zhì)，從而形成分析、歸納等科學(xué)思維。具體過程見下圖2。

2.在化學(xué)符號變換的模式識別策略中體現(xiàn)分析、綜合能力

學(xué)生將問題表述中的文字信息轉(zhuǎn)換為化學(xué)符號后，就使得它們在更高的層次上運(yùn)用化學(xué)符號成為可能，這種運(yùn)用的形式就是化學(xué)符號進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換的另一種層次——將一種化學(xué)符號轉(zhuǎn)換成另一種化學(xué)符號。例如，比較等物質(zhì)的量的乙烯和乙醇充分燃燒的耗氧量大小時(shí)，學(xué)生利用化學(xué)式表征乙烯（C2H4）和乙醇（C2H6O）后，便能較為直觀地發(fā)現(xiàn)兩者分子組成的差別，即化學(xué)式間的關(guān)系，然后可以將乙醇的分子式C2H6O轉(zhuǎn)化成C2H4（H2O）。轉(zhuǎn)化成的乙醇的分子式C2H4（H2O）又表達(dá)給學(xué)生新的信息：乙醇C2H4（H2O）燃燒僅C2H4部分耗氧，而（H2O）部分不消耗氧氣，因此，等物質(zhì)的量的乙醇與乙烯的耗氧量相同。endprint

學(xué)生能順利通過化學(xué)符號間的轉(zhuǎn)化解決問題，首先必須在他的知識結(jié)構(gòu)中清晰地存在化學(xué)符號變換的模式，然后依靠化學(xué)符號的轉(zhuǎn)換進(jìn)行推理分析。由于化學(xué)符號（如化學(xué)式）體現(xiàn)了物質(zhì)構(gòu)成元素之間的數(shù)量關(guān)系，這種化學(xué)符號間的轉(zhuǎn)化推理實(shí)際上將數(shù)學(xué)計(jì)算簡化，化學(xué)符號嚴(yán)格的語法規(guī)則是這種推理正確性的保證?；瘜W(xué)符號變換的模式不僅體現(xiàn)了化學(xué)符號作為一種語言在科學(xué)思維中的優(yōu)勢，而且能幫助學(xué)生進(jìn)一步完善知識結(jié)構(gòu)中的符號系統(tǒng)，進(jìn)而提高問題解決中的分析、綜合能力。

符號學(xué)的“三元”學(xué)說揭示了“對象——符號——解釋”三者間的關(guān)系（見圖3），在化學(xué)符號系統(tǒng)中，可具體表現(xiàn)為“化學(xué)問題——化學(xué)符號系統(tǒng)——化學(xué)問題的解決”間的三元關(guān)系（見圖4），而化學(xué)符號系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)化，充分體現(xiàn)了分析、綜合等科學(xué)思維。

三、結(jié)論與思考

化學(xué)符號是化學(xué)學(xué)科不同于其他學(xué)科的一種獨(dú)特的思維方式，學(xué)生通過化學(xué)符號的表征和轉(zhuǎn)換提高科學(xué)思維能力，是化學(xué)符號在化學(xué)教學(xué)系統(tǒng)中編織的意義所在，這與卡西爾的文化符號學(xué)觀點(diǎn)是相契合的。從本文的論述中可以得出以下結(jié)論：

1. 化學(xué)問題的解決過程就是不斷利用化學(xué)符號轉(zhuǎn)換進(jìn)行歸納、演繹、分析和綜合的過程。

化學(xué)符號系統(tǒng)與非化學(xué)符號系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換，以及化學(xué)符號系統(tǒng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換將微觀與宏觀緊密聯(lián)系。

2. 化學(xué)符號系統(tǒng)與非化學(xué)符號系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換一般在問題表征階段運(yùn)用。

這種形式的轉(zhuǎn)換是被使用較多的方式，它可以幫助學(xué)生在頭腦中建立直觀的微觀結(jié)構(gòu)映象。這種轉(zhuǎn)換形式需要學(xué)生具備一定的歸納演繹能力。

3. 化學(xué)符號系統(tǒng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換是較高層次的符號轉(zhuǎn)換，一般是建立在化學(xué)符號系統(tǒng)與非化學(xué)符號系統(tǒng)間轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上。

即在用化學(xué)符號表征文字信息后，直接運(yùn)用符號間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行運(yùn)算或解決化學(xué)問題。這種轉(zhuǎn)換形式需要學(xué)生具備一定的分析綜合能力。

4. 在“宏觀—符號—微觀”三重表征的過程中，需要學(xué)生具備一定的科學(xué)思維，而學(xué)生在運(yùn)用化學(xué)符號進(jìn)行表征的過程中，又有利于學(xué)生科學(xué)思維能力的提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 付勇.化學(xué)符號在中學(xué)生化學(xué)問題解決中的作用研究[J]. 化學(xué)教育，2007，（4）：26-28

[2] 楊麗茹.建構(gòu)主義教學(xué)觀的要素、內(nèi)在機(jī)制及主要特征——一種符號學(xué)的視角[J].外國教育研究，2003，（12）：27-30

[3] 黃婕.“宏觀—微觀—符號”三重表征的化學(xué)學(xué)習(xí)研究[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2005：8，10endprint

學(xué)生能順利通過化學(xué)符號間的轉(zhuǎn)化解決問題，首先必須在他的知識結(jié)構(gòu)中清晰地存在化學(xué)符號變換的模式，然后依靠化學(xué)符號的轉(zhuǎn)換進(jìn)行推理分析。由于化學(xué)符號（如化學(xué)式）體現(xiàn)了物質(zhì)構(gòu)成元素之間的數(shù)量關(guān)系，這種化學(xué)符號間的轉(zhuǎn)化推理實(shí)際上將數(shù)學(xué)計(jì)算簡化，化學(xué)符號嚴(yán)格的語法規(guī)則是這種推理正確性的保證?；瘜W(xué)符號變換的模式不僅體現(xiàn)了化學(xué)符號作為一種語言在科學(xué)思維中的優(yōu)勢，而且能幫助學(xué)生進(jìn)一步完善知識結(jié)構(gòu)中的符號系統(tǒng)，進(jìn)而提高問題解決中的分析、綜合能力。

符號學(xué)的“三元”學(xué)說揭示了“對象——符號——解釋”三者間的關(guān)系（見圖3），在化學(xué)符號系統(tǒng)中，可具體表現(xiàn)為“化學(xué)問題——化學(xué)符號系統(tǒng)——化學(xué)問題的解決”間的三元關(guān)系（見圖4），而化學(xué)符號系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)化，充分體現(xiàn)了分析、綜合等科學(xué)思維。

三、結(jié)論與思考

化學(xué)符號是化學(xué)學(xué)科不同于其他學(xué)科的一種獨(dú)特的思維方式，學(xué)生通過化學(xué)符號的表征和轉(zhuǎn)換提高科學(xué)思維能力，是化學(xué)符號在化學(xué)教學(xué)系統(tǒng)中編織的意義所在，這與卡西爾的文化符號學(xué)觀點(diǎn)是相契合的。從本文的論述中可以得出以下結(jié)論：

1. 化學(xué)問題的解決過程就是不斷利用化學(xué)符號轉(zhuǎn)換進(jìn)行歸納、演繹、分析和綜合的過程。

化學(xué)符號系統(tǒng)與非化學(xué)符號系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換，以及化學(xué)符號系統(tǒng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換將微觀與宏觀緊密聯(lián)系。

2. 化學(xué)符號系統(tǒng)與非化學(xué)符號系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換一般在問題表征階段運(yùn)用。

這種形式的轉(zhuǎn)換是被使用較多的方式，它可以幫助學(xué)生在頭腦中建立直觀的微觀結(jié)構(gòu)映象。這種轉(zhuǎn)換形式需要學(xué)生具備一定的歸納演繹能力。

3. 化學(xué)符號系統(tǒng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換是較高層次的符號轉(zhuǎn)換，一般是建立在化學(xué)符號系統(tǒng)與非化學(xué)符號系統(tǒng)間轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上。

即在用化學(xué)符號表征文字信息后，直接運(yùn)用符號間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行運(yùn)算或解決化學(xué)問題。這種轉(zhuǎn)換形式需要學(xué)生具備一定的分析綜合能力。

4. 在“宏觀—符號—微觀”三重表征的過程中，需要學(xué)生具備一定的科學(xué)思維，而學(xué)生在運(yùn)用化學(xué)符號進(jìn)行表征的過程中，又有利于學(xué)生科學(xué)思維能力的提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 付勇.化學(xué)符號在中學(xué)生化學(xué)問題解決中的作用研究[J]. 化學(xué)教育，2007，（4）：26-28

[2] 楊麗茹.建構(gòu)主義教學(xué)觀的要素、內(nèi)在機(jī)制及主要特征——一種符號學(xué)的視角[J].外國教育研究，2003，（12）：27-30

[3] 黃婕.“宏觀—微觀—符號”三重表征的化學(xué)學(xué)習(xí)研究[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2005：8，10endprint

學(xué)生能順利通過化學(xué)符號間的轉(zhuǎn)化解決問題，首先必須在他的知識結(jié)構(gòu)中清晰地存在化學(xué)符號變換的模式，然后依靠化學(xué)符號的轉(zhuǎn)換進(jìn)行推理分析。由于化學(xué)符號（如化學(xué)式）體現(xiàn)了物質(zhì)構(gòu)成元素之間的數(shù)量關(guān)系，這種化學(xué)符號間的轉(zhuǎn)化推理實(shí)際上將數(shù)學(xué)計(jì)算簡化，化學(xué)符號嚴(yán)格的語法規(guī)則是這種推理正確性的保證。化學(xué)符號變換的模式不僅體現(xiàn)了化學(xué)符號作為一種語言在科學(xué)思維中的優(yōu)勢，而且能幫助學(xué)生進(jìn)一步完善知識結(jié)構(gòu)中的符號系統(tǒng)，進(jìn)而提高問題解決中的分析、綜合能力。

符號學(xué)的“三元”學(xué)說揭示了“對象——符號——解釋”三者間的關(guān)系（見圖3），在化學(xué)符號系統(tǒng)中，可具體表現(xiàn)為“化學(xué)問題——化學(xué)符號系統(tǒng)——化學(xué)問題的解決”間的三元關(guān)系（見圖4），而化學(xué)符號系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)化，充分體現(xiàn)了分析、綜合等科學(xué)思維。

三、結(jié)論與思考

化學(xué)符號是化學(xué)學(xué)科不同于其他學(xué)科的一種獨(dú)特的思維方式，學(xué)生通過化學(xué)符號的表征和轉(zhuǎn)換提高科學(xué)思維能力，是化學(xué)符號在化學(xué)教學(xué)系統(tǒng)中編織的意義所在，這與卡西爾的文化符號學(xué)觀點(diǎn)是相契合的。從本文的論述中可以得出以下結(jié)論：

1. 化學(xué)問題的解決過程就是不斷利用化學(xué)符號轉(zhuǎn)換進(jìn)行歸納、演繹、分析和綜合的過程。

化學(xué)符號系統(tǒng)與非化學(xué)符號系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換，以及化學(xué)符號系統(tǒng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換將微觀與宏觀緊密聯(lián)系。

2. 化學(xué)符號系統(tǒng)與非化學(xué)符號系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換一般在問題表征階段運(yùn)用。

這種形式的轉(zhuǎn)換是被使用較多的方式，它可以幫助學(xué)生在頭腦中建立直觀的微觀結(jié)構(gòu)映象。這種轉(zhuǎn)換形式需要學(xué)生具備一定的歸納演繹能力。

3. 化學(xué)符號系統(tǒng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換是較高層次的符號轉(zhuǎn)換，一般是建立在化學(xué)符號系統(tǒng)與非化學(xué)符號系統(tǒng)間轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上。

即在用化學(xué)符號表征文字信息后，直接運(yùn)用符號間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行運(yùn)算或解決化學(xué)問題。這種轉(zhuǎn)換形式需要學(xué)生具備一定的分析綜合能力。

4. 在“宏觀—符號—微觀”三重表征的過程中，需要學(xué)生具備一定的科學(xué)思維，而學(xué)生在運(yùn)用化學(xué)符號進(jìn)行表征的過程中，又有利于學(xué)生科學(xué)思維能力的提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 付勇.化學(xué)符號在中學(xué)生化學(xué)問題解決中的作用研究[J]. 化學(xué)教育，2007，（4）：26-28

[2] 楊麗茹.建構(gòu)主義教學(xué)觀的要素、內(nèi)在機(jī)制及主要特征——一種符號學(xué)的視角[J].外國教育研究，2003，（12）：27-30

[3] 黃婕.“宏觀—微觀—符號”三重表征的化學(xué)學(xué)習(xí)研究[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2005：8，10endprint