打造科學的化學思維課堂發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)

□江蘇省常州市溧陽中學 彭 芬

高中階段是學生思維品質發(fā)展的關鍵時期?；瘜W思維能力是學生學習化學知識，解決化學問題的能力，是發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)的關鍵能力。課堂教學是培養(yǎng)學生的主陣地，打造科學的化學思維課堂，提高學生的化學思維品質，是發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)的關鍵。

一、化學思維的內涵

思維是以感知為基礎又超越感知的行為。它探索與發(fā)現(xiàn)事物的內部本質聯(lián)系和規(guī)律性，是認識過程的高級階段。

不同的學科有不同的特點?；瘜W是一門以實驗為基礎的自然科學?；瘜W思維也就是透過實驗現(xiàn)象思考化學反應本質，揭示化學反應規(guī)律的思維方式。

化學思維方法就是在思維活動中所運用的工具和手段。它既有科學思維的一般特征，也反映了化學科學研究思維的特殊規(guī)律，在科學思維方法中具有相對的獨立性。

化學思維能力是學生在認識化學物質、建構化學觀念并科學探究的過程中所使用的化學思維方法、表現(xiàn)出的化學思維?；瘜W思維能力是將宏觀辨識現(xiàn)象與微觀探析物質的組成、結構、性質和變化相結合的分析與解決實際問題的能力?；瘜W思維能力的高低直接影響了學生化學核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

二、化學思維與化學學習

高中階段是學生思維品質發(fā)展的關鍵時期，培養(yǎng)學生的思維品質是發(fā)展化學核心素養(yǎng)的關鍵。教會學生化學思維方法、提高學生的化學思維能力，有利于從宏微相結合的角度分析解決問題；有利于運用化學反應原理解決生活中的實際問題；有利于運用化學實驗手段進行科學探究來解決問題，更透徹地理解化學規(guī)律，了解它們產生、發(fā)展的本質原因，了解化學科學發(fā)展過程。從而培養(yǎng)學生質疑、實踐、合作、創(chuàng)新的科學態(tài)度和社會責任感。

三、目前高中生的化學思維的發(fā)展現(xiàn)狀

揚州大學吳星教授做過一個關于“高中生化學思維品質發(fā)展現(xiàn)狀研究”的調查報告，該報告指出，化學思維品質主要包括思維的靈活性、深刻性、獨特性、批判性、敏捷性這五個方面。高中生化學思維品質的評價指標體系從這五方面評價了學生的思維能力。報告指出，高中生化學思維的批判性品質和獨創(chuàng)性品質較低，其他都比較高。主要原因是創(chuàng)新精神的培養(yǎng)在實際教學中難以得到有效落實，教學中科學探究等有利于學生質疑、創(chuàng)新的教學方式開展得太少。

四、打造科學的化學思維課堂

課堂教學是培養(yǎng)學生的主陣地，化學課堂教學效果，直接影響著學生化學科學思維的發(fā)展。

（一）培養(yǎng)化學學科獨有的思維方式

化學研究的對象是分子、原子、離子等微觀粒子，而微觀粒子在一般研究中是不能直接觀察到的，只能通過化學實驗來觀察實驗現(xiàn)象，化學反應的本質及其規(guī)律也隱藏在復雜的化學現(xiàn)象之中，要用思維去分析，用模型去具體化，用歸納統(tǒng)計、抽象概括去揭示規(guī)律。最后用化學語言展現(xiàn)出來。所以，宏觀現(xiàn)象、微觀分析與符號表征是化學學科的重要學科思維，是學好化學知識的基本能力，同時也能幫助學生更全面地了解化學知識的本質。

案例1：《離子反應》這節(jié)課，就可以從宏觀的實驗探究入手，結合實驗現(xiàn)象進行微觀分析，落實反應本質的符號表征，如表1所示。

表1 離子反應的符號表征

電離、離子、離子反應等抽象概念，學生通過宏觀反應現(xiàn)象分析和微觀分析，能夠熟練運用化學符號表征出來。符號表征可以幫助學生很好地理解化學反應本質。

案例2：《人類對原子結構的認識》這節(jié)課學習到以下知識。

2500年前德謨克利特的科學臆測；

1803年道爾頓提出了實心球模型；

1904年湯姆生提出了葡萄干面包式；

1911年盧瑟福提出了行星結構模型；

1913年玻爾提出了軌道模型；

1926年至今的量子力學模型。

如何來表征原子結構呢？學生通過《人類對原子結構的認識》這節(jié)課很自然地學會了用原子結構示意圖、離子結構示意圖來表征原子和離子，也能理解質子、電子在原子中的運動位置。原子結構、元素周期表周期律、化學鍵對物質的微觀表征讓學生對物質的形成有了更好的認識。

另外，化學反應速率、方向、平衡促進學生運用三重表征，學會用化學思維方法提高化學思維能力。

（二）打造化學思維的深刻性

案例3：2018 年江蘇省化學評優(yōu)課《元素周期律》一等獎南通中學瞿洋教師的這節(jié)課從數(shù)據(jù)分析到探尋本質，再到建立模型、運用模型。充分運用了證據(jù)推理和模型認知，發(fā)展了學生的化學思維。認識原子核外電子排布、元素主要化合價、原子半徑都是周期性變化，就是通過擺放磁吸、數(shù)形結合等證據(jù)分析推理得出的。在幫助學生建立元素的金屬性和非金屬性周期性變化規(guī)律時，通過實驗得到：Na、Mg、Al的金屬性強弱；H3PO4和H2SiO3的酸性強弱。文獻證據(jù)為數(shù)據(jù)比較Mg(OH)2和Al(OH)3的堿性強弱；比較Si、P、S、Cl 單質與H2反應的難易以及生成物的熱穩(wěn)定性；數(shù)據(jù)比較H3PO4和H2SiO3的酸性強弱。幫助學生構建“元素周期律”的概念。

近幾年江蘇省高考都有原因分析題，這類題往往比較難，學生得分偏低。恰恰這類題對學生的化學思維要求比較高。不僅要求學生思考時要有深度，而且表述要精準。要想做好這類題，就要幫助學生建立證據(jù)意識，學會化學思維方法，從而建立解題模型。

案例4：納米鐵粉（Fe）具有還原性強、比表面積大、吸附性能良好等優(yōu)點。實驗室制取納米鐵粉的反應原理是通過強還原劑來還原溶液中的Fe2+、Fe3+。

制備納米鐵粉的反應過程中需要不斷通入N2，否則得到的鐵粉會導致硝態(tài)氮的去除率下降，其原因可能是____________________________。

第一步：明確結果，若不通入N2，納米鐵粉會被損耗。

第二步：分析結果，通N2的作用一般是排空氣，說明空氣會影響納米鐵粉。

第三步：尋找證據(jù)，納米鐵粉（Fe）具有還原性強、比表面積大、吸附性能良好等優(yōu)點。

第四步：分析推理，氧氣會氧化納米鐵粉，從而使納米鐵粉產生損耗；如果是不同氣體，比表面積大、吸附性能強的物質可能會團聚。

第五步：得出結果，排出溶解氧及裝置內的空氣（或氧氣），防止納米零價鐵被空氣中的氧氣氧化，導致納米鐵的還原能力下降；起攪拌作用，通入氮氣破壞納米零價鐵的團聚效應，防止其聚集成團，削弱其反應活性。

從結果到證據(jù)再到原理的分析選擇，可幫助學生建立解題模型，使化學思維更具深刻性。

（三）打造批判性和創(chuàng)新性化學思維

創(chuàng)新性化學思維是學生的核心素養(yǎng)，創(chuàng)新就要打破舊習慣、舊認知。創(chuàng)新性化學思維形成的先決條件是批判分析問題。因此，培養(yǎng)學生的化學創(chuàng)新思維，不僅要培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維意識，更重要的是掌握批判思維的技能。正因為批判性思維的重要性，《普通高中化學課程標準（2017年版）》中就提到，能發(fā)現(xiàn)和提出有價值的問題，能從問題和假設出發(fā)，依據(jù)探究目的，設計探究方案，運用化學實驗、調查等方法進行實驗探究；勤于實踐，善于合作，敢于質疑，勇于創(chuàng)新。高中階段是發(fā)展學生思維的重要時期，一定要重視學生化學思維的培養(yǎng)，尤其是批判性思維的發(fā)展。在進行教學設計時，要認真研究學情，找到最近發(fā)展區(qū)，利用舊知與新知的矛盾，培養(yǎng)學生的批判性思維。在教學過程中，就同一的問題允許有不同的聲音，抓住特殊現(xiàn)象進行深入研究，獲得創(chuàng)新性結果。

案例5：2018年江蘇省化學評優(yōu)課《鐵及其重要化合物》一等獎海門中學張老師的這節(jié)課圍繞“探究打印墨粉中的鐵磁性物質”展開了教學。

打開淘寶搜索可見不同打印墨粉價格懸殊，打開了學生的思路，發(fā)現(xiàn)和提出了有探究價值的問題，引發(fā)學生進行科學探究。提出問題：打印機墨粉中磁性物質是什么？（Fe、Fe3O4、Fe 和Fe3O4的混合物）怎樣確定打印機墨粉中的鐵磁性物質？引發(fā)實驗探究：檢驗Fe3O4酸溶后產生的Fe2+、Fe3+。Fe2+、Fe3+的檢驗正是本節(jié)課的重難點，經過證據(jù)推理，得出結論。在科學探究過程中，學生大膽假設、敢于質疑、善于合作，創(chuàng)新思維能力得以發(fā)展。

如何定量檢驗打印墨粉中的鐵含量？如何選擇打印墨粉？等生活實際問題，激發(fā)了學生學習化學的興趣，在化學課堂上為學生提供了思維的空間和平臺。培養(yǎng)了學生分析和綜合、抽象和概括、遷移和創(chuàng)新等高階思維的能力。

案例6：《物質的分離與提純》觀摩課立足于學生已有經驗，九年級下冊“如何從大豆中提取油脂”貫穿于整節(jié)課。在處理蒸餾裝置的時候設置了大量的問題：如果要將蒸餾出來的己烷收集起來該怎么辦？（激發(fā)學生設計蒸餾的收集裝置）；利用簡易裝置來蒸餾，有何不足？（激發(fā)學生設計蒸餾燒瓶和冷凝管）；如何確定蒸出來的是己烷？（激發(fā)學生思考蒸餾需要溫度計）。在不斷對比中，學生發(fā)現(xiàn)問題并提出改進措施，在此過程中，學生的創(chuàng)新思維得以發(fā)展，最終得到了正確的實驗裝置，學生體驗到了成功的喜悅。同樣在落實“分液漏斗”裝置時，也是在不斷提出裝置存在的不足，進而對比改進裝置中完成的。

科技也是在不斷批判與創(chuàng)新中進步的。正如在《化學電源》這節(jié)課中，學生就深有感觸：人類對電池清潔、放電量大、持續(xù)放電時間長的電池的制造從未停止過腳步。

（四）提升化學思維能力

化學是一門與生活緊密相關的學科。生活中有許多現(xiàn)象、許多問題都可以用學過的化學知識去解釋去分析、解決。

高三的化學課主要是復習課，如何讓學生在復習課中將所學的知識得以運用？主題式教學是一個很好的選擇。以真實的主題展開，問題解決過程就是知識運用的過程，學生的思維能力得以發(fā)展。

案例7：2019 年常州市高三研討會上周老師的《沉淀溶解平衡》這節(jié)課就是把“沉淀溶解平衡”的理解與應用作為發(fā)展學生化學思維的載體，以“菠菜和豆腐同食會形成結石嗎？”為主題進行主題式教學的。從腎結石如何形成的→如何預防腎結石→已經生病的人（結石CaC2O4在病人體液內存在的情況）→評價治療方案，分別復習了沉淀的形成→沉淀的溶解→沉淀的轉化。

案例8：2018年江蘇省評優(yōu)課《有機合成》一等獎，揚州中學吳老師的這節(jié)高三復習課，在進行有機合成復習時，主題教學素材選擇要兼顧目標產物的應用價值和學生思維的挑戰(zhàn)性。青霉素系列藥物恰好滿足了這一要求。所以，這節(jié)課就圍繞著青霉素系列藥物合成展開的主題式教學。該課從怎樣從青霉素G→氨芐西林→合成氨芐西林→阿莫西林的合成路線及評價，幫助學生體驗有機合成的一般思路和原則，從而建立解決有機合成問題的一般模型。

生活素材的獲取需要教師有一顆善于觀察的心和堅持積累的習慣。許多生活素材除了教師在日常生活中細心的積累以外，更多的是從新聞報道中獲取，具體途徑可以是電視、網絡、報紙等傳播媒體。有效利用這些素材，營造學生熟悉的場景，能夠幫助學生學會用化學思維思考生活中的點點滴滴。

五、結語

化學學科思維能力是學生學習化學知識，分析、解決化學問題的能力，也是發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)的關鍵能力?；瘜W課堂教學是培養(yǎng)學生化學思維品質的基本途徑。打造科學的化學思維課堂要求教師不僅要從思想上重視化學思維品質的培養(yǎng)，更要在課堂教學中落到實處，主動營造一個寬松的、貼近生活的情境，鼓勵學生大膽質疑，引導學生分析推理，建構解決問題模型，熟練運用三重表征深刻理解問題，從而讓化學思維的養(yǎng)成落到實處。