高一學(xué)生化學(xué)思維過程的差異及其培養(yǎng)策略研究

李嵐

摘要：采用口語報(bào)告的方式研究高一學(xué)生化學(xué)思維的過程，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的思維水平高低主要由思維過程的差異導(dǎo)致。提出了相應(yīng)的策略，以培養(yǎng)學(xué)生“分析與綜合”、“比較與分類”、“抽象概括與具體化”的思維能力。

關(guān)鍵詞：化學(xué)思維；思維過程；培養(yǎng)策略；口語報(bào)告法

文章編號：1005–6629（2015）1–0016–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 研究目的與基本方法

學(xué)生之間的思維水平差異是客觀存在的。教師只有探查出影響學(xué)生思維水平的過程因素，并在教學(xué)實(shí)踐中有針對性地進(jìn)行方法指導(dǎo)，才會取得理想的教學(xué)效果。

2012年7月，我們采用口語報(bào)告（即德國心理學(xué)家鄧克爾提出的出聲思維法）方式進(jìn)行研究，探查影響高一學(xué)生思維水平的因素，并把探查結(jié)果聚焦到學(xué)生的思維過程上。

口語報(bào)告中涉及的3個(gè)問題均來自蘇教版選修教材《化學(xué)反應(yīng)原理》的內(nèi)容。該模塊是對學(xué)生思維要求較高的選修模塊，涉及的內(nèi)容學(xué)生還未學(xué)到，避免了學(xué)生已有知識經(jīng)驗(yàn)對研究造成的影響。為避免學(xué)生在獲取信息時(shí)存在障礙，我們在表述問題時(shí)充分考慮了學(xué)生的已有知識經(jīng)驗(yàn)。被試為剛結(jié)束高一學(xué)段化學(xué)必修學(xué)習(xí)的有代表性的15名學(xué)生：5名學(xué)優(yōu)生已決定升入高二學(xué)段選修科目選擇化學(xué)，且有信心學(xué)好化學(xué)；5名中等生有選擇化學(xué)學(xué)科的意愿，但擔(dān)心選修要求高，思維能力跟不上；5名學(xué)困生因?qū)W習(xí)化學(xué)必修時(shí)已顯吃力，考慮不再選擇化學(xué)學(xué)科。在研究中主要考察了學(xué)生在利用獲取的信息進(jìn)行“分析與綜合”、“比較與分類”、“抽象概括與具體化”等時(shí)呈現(xiàn)的思維過程的特點(diǎn)，以期為更好地探尋培養(yǎng)學(xué)生思維能力的教學(xué)策略提供依據(jù)。

2 高一學(xué)生化學(xué)思維過程的差異

研究數(shù)據(jù)顯示，學(xué)優(yōu)生、中等生與學(xué)困生解決問題的正確率以及耗時(shí)相差較大（見表1和表2）。

為此，我們深入分析了被試的口語報(bào)告并配合訪談，比較學(xué)優(yōu)生、中等生和學(xué)困生在解決問題過程中的思維差異。

2.1 對信息的“分析與綜合”能力的差異

問題1 請觀察下列表示氫氣在氧氣中燃燒生成水的熱化學(xué)方程式，

試著書寫1mol氫氣在1/2mol氧氣中燃燒生成水蒸氣的熱化學(xué)方程式。

參考信息：已知在25℃和101 kPa的條件下，斷開1mol H2（g）中的H-H鍵要吸收436kJ的能量，斷開1mol O2（g）中的共價(jià)鍵要吸收498kJ的能量，而生成H2O（g）中的H-O鍵會放出463kJ的能量。

問題1探查的是學(xué)生面對題設(shè)材料能否采用“分析與綜合”的方法進(jìn)行思維加工，進(jìn)而提煉出反應(yīng)焓變與物質(zhì)狀態(tài)、計(jì)量數(shù)的關(guān)系，以及書寫熱化學(xué)方程式的能力。

分析是在思想上將事物的個(gè)別特征、個(gè)別方面分離出來的過程，綜合是在思想上把事物的各個(gè)部分、個(gè)別特征或個(gè)別方面結(jié)合起來考慮的過程。在思維過程中分析與綜合總是相互聯(lián)系的，人的思維活動(dòng)一般是按照分析、綜合，再分析、再綜合而不斷深入展開進(jìn)行的。由表2可見，學(xué)優(yōu)生對信息的深入“分析與綜合”能力明顯優(yōu)于中等生和學(xué)困生，正是由于這種差異導(dǎo)致了學(xué)生后續(xù)的思維過程產(chǎn)生了更大的差異。學(xué)優(yōu)生有著較強(qiáng)的化學(xué)知識基礎(chǔ)，分析反應(yīng)焓變與物質(zhì)狀態(tài)、計(jì)量數(shù)的關(guān)系時(shí)能有序觀察，綜合考慮問題較全面，解題也嚴(yán)謹(jǐn)，有的學(xué)生還嘗試從不同的角度解決問題。學(xué)困生的觀察則顯得淺顯而雜亂，分析問題“淺嘗輒止”。中等生之間的差異較大，深度訪談發(fā)現(xiàn)，思維障礙主要表現(xiàn)在：有的觀察只關(guān)注數(shù)值大小，有的分析問題只聚焦個(gè)別特征而不綜合思考，還有的憑生活經(jīng)驗(yàn)主觀推斷，在計(jì)算方面僅是機(jī)械遷移題目中的形式，不善于根據(jù)新信息采取一些補(bǔ)救措施。

2.2 對信息的“比較與分類”能力的差異

問題2 根據(jù)下表中部分鹽溶液的酸堿性的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，判斷Na2SiO3溶液、CH3COONH4溶液的酸堿性。

問題2探查的是學(xué)生的“比較與分類”能力。

比較是在思想上確定事物異同的思維過程，分類是思想上按照事物的異同把它們區(qū)分為不同種類的思維過程，比較是分類的基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明，學(xué)優(yōu)生、中等生都能順利得出Na2SiO3溶液顯堿性的結(jié)論，但是只有學(xué)優(yōu)生能客觀地評價(jià)CH3COONH4溶液的酸堿性。由題給信息“CH3COONa顯堿性，NH4Cl顯酸性”只能得出“醋酸是弱酸，一水合氨是弱堿”，而沒有涉及到兩者誰更強(qiáng)些時(shí)，學(xué)優(yōu)生能辨證地分3種不同的情況進(jìn)行討論；中等生錯(cuò)誤地認(rèn)為“NH4Cl顯酸性，CH3COONa顯堿性，它們兩者反應(yīng)生成的CH3COONH4顯中性”的結(jié)論，說明“比較與分類”能力的差異會影響后續(xù)判斷的正確率；學(xué)困生不善于對信息進(jìn)行分類和比較，只有3名學(xué)生判斷出Na2SiO3溶液顯堿性，對CH3COONH4溶液的酸堿性的判斷大都采用主觀臆測的方式。

2.3 對信息的“抽象概括與具體化”能力的差異

（1）填寫表中的空格（用計(jì)算器計(jì)算）。

（2）分析表中的數(shù)據(jù)，總結(jié)歸納平衡時(shí)反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量濃度之間的關(guān)系。

問題3測試的是學(xué)生“抽象概括與具體化”的能力。

抽象概括是在思想上抽取、集中同類事物共同的本質(zhì)屬性或特征，由個(gè)別到一般的思維過程，具體化是同抽象和概括相反的思維過程，它是將抽象概括出來的一般屬性或特點(diǎn)還原為具體對象，由一般到個(gè)別的過程。我們發(fā)現(xiàn)在口語報(bào)告中，無論是學(xué)優(yōu)生還是學(xué)困生在借助于數(shù)學(xué)公式計(jì)算平衡濃度關(guān)系數(shù)值時(shí)完成得都很好，但是在“抽象概括”部分，不同層次的學(xué)生表述的內(nèi)容差別很大。學(xué)優(yōu)生往往能脫離具體的反應(yīng)，靈活理解計(jì)算結(jié)果的內(nèi)涵，并能迅速將此結(jié)論推演到其他的化學(xué)反應(yīng)中去。而學(xué)困生得出的結(jié)論基本上是“就事論事”。通過訪談，我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)困生在化學(xué)學(xué)習(xí)中比較關(guān)注結(jié)論，不重視概念、定律、原理等的抽象概括過程，這種“重結(jié)果，輕過程”的學(xué)習(xí)方法，必然導(dǎo)致其在解決具體問題過程中思維無序。多數(shù)中等生其實(shí)心里面能想到平衡時(shí)反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量濃度之間的關(guān)系，但用語言表達(dá)時(shí)不夠自信，也不夠到位，反映其思維過程不是很清晰。

3 在高一學(xué)段培養(yǎng)化學(xué)思維能力的教學(xué)策略

蘇霍姆林斯基說，“在學(xué)生的腦力勞動(dòng)中，擺在第一位的不是背書和記憶別人的思想，而是讓學(xué)生本人進(jìn)行思考”；“如果學(xué)生不能籌劃他自己解決問題的方法，自己尋找出路，他就學(xué)不到什么，即使他能背出一些正確的答案，百分之百正確，他還是學(xué)不到什么”[1]。

心理學(xué)研究表明，高一學(xué)生正處于思維發(fā)展的躍進(jìn)期。我們在長期的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)：學(xué)生經(jīng)過高一學(xué)段必修化學(xué)學(xué)習(xí)后，化學(xué)學(xué)習(xí)兩極分化較為明顯。如果我們能立足于高一化學(xué)必修學(xué)習(xí)階段，創(chuàng)設(shè)情境引領(lǐng)學(xué)生優(yōu)化思維的過程和方法，將有助于提高學(xué)生的思維水平。

3.1 引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析與綜合

觀察是分析與綜合的前提和基礎(chǔ)。信息顯示的強(qiáng)/弱以及鮮明/隱蔽程度會影響觀察的全面性和合理性，從而影響后續(xù)的分析和綜合活動(dòng)；已有經(jīng)驗(yàn)、思維習(xí)慣和主觀臆測會起促進(jìn)或干擾作用從而影響分析和綜合活動(dòng)。為了引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析與綜合，我們從引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會有序觀察、防止干擾、全面搜集信息開始，嘗試把研究的整體分為若干部分、方面、環(huán)節(jié)、因素等等并進(jìn)行比較，找出具有關(guān)鍵性或者能說明本質(zhì)的部分、方面、環(huán)節(jié)、因素等；或者把各個(gè)部分、方面、環(huán)節(jié)等等結(jié)合成整體，產(chǎn)生新的認(rèn)識和發(fā)現(xiàn)。

案例1 “氣體摩爾體積”教學(xué)中提高學(xué)生“分析與綜合”能力的引導(dǎo)過程

[演算]計(jì)算1摩爾Al、Fe、H2O、C2H5OH、H2、N2、CO的體積。

[思考]從以上計(jì)算結(jié)果中可以總結(jié)出哪些規(guī)律？

[方法引導(dǎo)]比較計(jì)算結(jié)果的數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)規(guī)律。比較相同狀態(tài)和不同狀態(tài)物質(zhì)的體積規(guī)律，分析物質(zhì)狀態(tài)與體積的關(guān)系。

[分析]為何具有上述規(guī)律？相同條件下，不同固、液態(tài)物質(zhì)的摩爾體積不同，不同氣體的摩爾體積幾乎相等。

[方法引導(dǎo)]要解釋現(xiàn)象必須從現(xiàn)象背后的本質(zhì)入手，需了解影響物體體積的因素有哪些？

[綜合]決定體積的因素有：構(gòu)成物質(zhì)的微粒數(shù)目、微粒的大小和微粒間的平均距離。

[分析] 1mol物質(zhì)的體積由哪些因素決定？

[綜合]取決于分子間距離、分子的大小。

[分析]構(gòu)成氣體的微粒間的平均距離主要受哪些條件影響？是怎樣影響的？

[綜合]氣體分子間的距離受溫度和壓強(qiáng)影響。

[分析] 1mol任何氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（0℃，101kPa）所占的體積都相同嗎？

[引導(dǎo)推理]分子的大小可忽略，而溫度、壓強(qiáng)相同時(shí)，不同氣體分子間的平均距離幾乎是相同的。又因?yàn)?mol任何氣體所含分子數(shù)是相同的，所以它們在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是相同的。

[引導(dǎo)概括]氣體摩爾體積和標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體摩爾體積數(shù)值。

[方法總結(jié)]從上述氣體摩爾體積的學(xué)習(xí)過程中，你覺得該如何從大量的信息中探尋出其中隱藏的規(guī)律？

上述案例中教師沒有直接講授，而是適時(shí)點(diǎn)撥，讓學(xué)生感悟?qū)W習(xí)過程中隱藏的科學(xué)方法，在解決問題的過程中提高“分析與綜合”能力。

3.2 引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會比較與分類

我們在研究中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在對新情境下的信息進(jìn)行加工時(shí)，往往拘泥于具體形態(tài)，不分表里，不善于由此及彼，其原因跟不會選擇確定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較和分類有關(guān)。為此，我們在教學(xué)實(shí)踐中有意識地將一些抽象化的過程分成若干步驟來進(jìn)行，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會在比較的基礎(chǔ)上進(jìn)行分類思考。例如，采用實(shí)驗(yàn)探究法進(jìn)行原電池的教學(xué)，首先讓學(xué)生操作并觀察“鋅與稀硫酸”、“銅與稀硫酸”、“鋅與銅相分離放入稀硫酸”、“鋅與銅相接觸放入稀硫酸”、“鋅與銅用導(dǎo)線相連放入稀硫酸”、“鋅與鋅用導(dǎo)線相連放入稀硫酸中”等實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中可獲得大量的觀察結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，教師再引導(dǎo)學(xué)生把事物的某些特征區(qū)分出來，從而對它們進(jìn)行比較，確定它們的異同，并分類歸納出本質(zhì)屬性。

案例2 “原電池”教學(xué)中提高學(xué)生“比較與分類”能力的思維誘導(dǎo)提綱

第一組思維誘導(dǎo)提綱：針對以上六組實(shí)驗(yàn)

（1）比較六組實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有何差別？

（2）比較六組實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)條件有何差別？

（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)條件的不同可將上述實(shí)驗(yàn)裝置分成哪幾類？

（4）歸納每一類實(shí)驗(yàn)之間的共同點(diǎn)和不同類實(shí)驗(yàn)之間的差異點(diǎn)。

（5）概括實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之間的關(guān)系。

（6）說明在本次實(shí)驗(yàn)中要產(chǎn)生電流，必須具備何種條件？

第二組思維誘導(dǎo)提綱：針對“鋅與銅用導(dǎo)線相連（連有電流計(jì)）放入稀硫酸中”實(shí)驗(yàn)

（1）電流計(jì)的指針為什么會偏轉(zhuǎn)？電子流動(dòng)的方向如何？

（2）鋅片上的電子為什么會流向銅片？

（3）銅片上為什么會有氣泡產(chǎn)生？

（4）鋅片和銅片的質(zhì)量會發(fā)生什么變化？

（5）從氧化一還原反應(yīng)的角度分析，兩極各發(fā)生何種變化？

（6）從能量轉(zhuǎn)變的角度分析，原電池是一種什么裝置？

（7）得到的結(jié)論是否具有普遍的推廣意義？

學(xué)生通過比較每一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并對六組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分類，歸納得出原電池的概念。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)使學(xué)生在形成概念的過程中，反復(fù)經(jīng)歷思維活動(dòng)的訓(xùn)練，最終概括出原電池的工作原理并能推廣，對提高學(xué)生思維能力是有益的。

3.3 引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會抽象概括與具體化

梯度問題就是依據(jù)高一學(xué)段學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，將一些有一定難度的學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)成一組由簡單到復(fù)雜、由易到難，知識內(nèi)容上有邏輯性、思維層次有遞進(jìn)的問題群，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行抽象概括與具體化[2]。

例如“苯”的教學(xué)要求學(xué)生根據(jù)分子式推導(dǎo)苯的結(jié)構(gòu)，可是在苯之前的教學(xué)中只講過碳碳單鍵和雙鍵知識。為此，我們設(shè)置了以下的梯度問題。

案例3 “苯”教學(xué)中提高學(xué)生“抽象概括與具體化”能力的梯度問題

（1）根據(jù)苯的分子式C6H6，它屬于飽和烴還是不飽和烴？

（2）根據(jù)飽和烷烴的通式，苯的不飽和度如何？

（3）可能有多少雙鍵？叁鍵？

（4）寫出可能鏈狀結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡式。

（5）若苯分子為上述結(jié)構(gòu)之一，則其應(yīng)該具有的重要化學(xué)性質(zhì)是什么？可設(shè)計(jì)怎樣的實(shí)驗(yàn)來證明？

（6）實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明，苯不能使溴水褪色，也不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，說明苯的化學(xué)性質(zhì)與烯烴或炔烴是否相同？

（7）若苯分子是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，試畫出可能的結(jié)構(gòu)。

（8）若苯分子為平面正六邊形結(jié)構(gòu)，試畫出可能的結(jié)構(gòu)。

上述問題貫穿課堂學(xué)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié)，以使學(xué)生的思維經(jīng)歷從具體到抽象、從特殊到一般的過程，通過“比較—推理—概括—具體化”的邏輯順序抽象出苯的結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

通過研究，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生的思維過程確實(shí)存在著顯而易見的個(gè)體差異。在口語報(bào)告結(jié)束后，對出現(xiàn)問題的學(xué)生進(jìn)行個(gè)別訪談時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤答案或解題困難（中斷）時(shí)，最主要的原因是思維過程中存在不當(dāng)甚至錯(cuò)誤的方式方法。因此，有的學(xué)生一教即會，有的學(xué)生學(xué)習(xí)速度慢，有的學(xué)生還需輔以個(gè)別指導(dǎo)才能學(xué)會。在教學(xué)中，教師需與學(xué)生有更多的對話機(jī)會，使學(xué)生樂于表達(dá)自己思考問題的過程和方法，讓學(xué)生主動(dòng)、積極地參與教學(xué)，充分地讓思維活躍起來，這樣才能促進(jìn)不同層次學(xué)生的思維能力都能得到較好發(fā)展。

致謝：揚(yáng)州大學(xué)呂琳副教授及其研究生提供了部分資料，特表感謝！

參考文獻(xiàn)：

[1][美]杜威（Dewey， J.）著.王承緒譯.民主主義與教育[M].北京：人民教育出版社，1990：168.

[2]楊紅艷.在化學(xué)學(xué)習(xí)中培養(yǎng)高一學(xué)生的抽象思維能力[J].新課程學(xué)習(xí)（中），2011，（10）：91.