淺談中學生化學思維障礙的表現(xiàn)及突破

摘要:針對中學生學習化學中的思維障礙，提出突破思維障礙的四條途徑:提高學習興趣，培養(yǎng)良好的思維品質;應用開放性試題，培養(yǎng)學生思維的廣闊性;抓住問題的本質，培養(yǎng)學生思維的靈活性，克服思維的呆板性;利用題目的變式，培養(yǎng)學生思維的深刻性，克服思維的膚淺性;誘導學生暴露原有觀點，培養(yǎng)學生思維的嚴密性，減少思維定勢的消極影響。

關鍵詞: 化學思維;思維障礙

文章編號:1005-6629(2010)03-0025-05 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

在學習化學過程中，我們經常聽到學生反映上課聽老師講課，聽得很“明白”，但到自己解題時，總感到困難重重，無從入手。有時，在課堂上待我們把某一問題分析完，常常看到學生拍腦袋:“唉，我怎么會想不到這樣做呢?”事實上，有不少問題的解答發(fā)生困難，并不是因為這些問題太難，以致學生無法解決，而是其思維形式或結果與具體問題的解決存在著差異。也就是說，這時學生的化學思維存在著障礙。這種思維障礙，有的來自于我們教學中的疏漏，有的則來自于學生自身存在的非科學的知識結構和思維模式。因此，研究中學生的化學思維障礙對于增強中學化學教學的針對性和實效性十分重要。

1 中學生化學思維障礙的形成原因

根據(jù)布魯納的認識發(fā)展理論[1]，學習本身是一種認識過程，在這個過程中，個體的學習總是要通過已知的內部認知結構，對“從外到內”的輸入信息進行整理加工，以一種易于掌握的形式加以儲存。也就是說，學生能從原有的知識結構中提取最有效的舊知識來吸納新知識，即找到新舊知識的“媒介點”。這樣，新舊知識在學生的頭腦中發(fā)生積極的相互作用和聯(lián)系，導致原有知識結構的不斷分化和重新組合，使學生獲得新知識。但是這個過程并非總是一次性成功的，一方面，如果教師不顧學生的實際情況或不能覺察到學生的思維困難之處，而是任意按照自己的思路或知識邏輯進行灌輸式教學，那么學生自己去解決問題時往往會感到無所適從;另一方面，當新的知識與學生原有的知識結構不相符或者新舊知識中間缺乏必要的“媒介點”時，這些新知識就會被排斥或經“校正”后吸收。因此，如果教師的教學脫離學生的實際，如果學生在學習化學的過程中，對新舊知識不能順利“交接”，就勢必會造成學生對所學知識認知上的不足、理解上的偏頗，從而在解決具體問題時就會產生思維障礙，影響學生解題能力的提高。

2 中學生化學思維障礙的具體表現(xiàn)

化學思維障礙的表現(xiàn)各異，具體可以概括為:

2.1化學思維的膚淺性

由于學生在學習化學的過程中對一些化學概念或化學原理的發(fā)生、發(fā)展過程缺乏深刻的理解，往往停留在表象的概括水平上，不能脫離具體表象而形成抽象的概念，自然也無法擺脫局部事實的片面而把握事物的本質。由此產生如下兩種現(xiàn)象:

(1)學生在分析和解決化學問題時，往往思維單一，不注意變換思維的方式，不善于多方面探索解決問題的途徑和方法。

例1. 淺綠色的 Fe(NO3)2溶液中存在著如下的平衡: Fe2++2H2OFe(OH)2+2H+，若往此溶液中加入鹽酸，則溶液的顏色()

A. 綠色變深B. 變得更淺

C. 變棕黃色 D. 不變

學生稍加思索，就很容易得出A選項。事后統(tǒng)計得出這樣結論的同學占了30 %。這反映了學生在思維上的膚淺， 沒有意識到題目中隱含的知識，忽視了NO3-在酸性條件下的強氧化性。當往Fe(NO3)2 溶液中加入鹽酸時，溶液中的Fe2+被氧化為Fe3+，因此溶液呈棕黃色。正確選項為C。

(2)缺乏足夠的抽象思維能力。學生往往善于處理一些直觀的或熟悉的化學問題，而對那些抽象的、不熟悉的化學問題常常不能抓住其本質，將其轉化為已知的化學模型去分析解決。

例2.水分子間因存在“氫鍵”的作用而彼此結合形成(H2O)n。在冰中每個水分子被4個水分子包圍形成變形的正四面體，通過“氫鍵”相互連接成龐大的分子晶體，其結構如圖1所示:

試填空:

(1)1 mol冰中有____________ mol“氫鍵”。

(2)實驗測得冰中氫鍵的能量為18.8 kJ·mol-1，而冰的熔化熱為5.0 kJ·mol-1，說明____________。

在復習晶體結構時，提出這個問題后，學生一看就慌了神，對于金剛石和SiO2晶體中的1 mol碳和1 mol硅分別含有多少molC—C鍵和Si—O鍵是比較熟悉的，但對于冰晶體這種沒有見過的物質就顯得無能為力了，不知該用哪種模型。其實，只要我們稍加考慮就能發(fā)現(xiàn)，每個水分子和周圍的4個水分子通過氫鍵相連，每個水分子含有的氫鍵和金剛石中碳碳鍵是類似的。而第(2)問中，我們知道冰中有氫健，在液態(tài)水中同樣含有氫鍵，只是由冰變?yōu)樗畷r，冰中的部分氫鍵被破壞了。

2.2化學思維的呆板性

蘇聯(lián)教育家奧加涅相曾指出:“經驗表明，呆板性是許多中學生的思維特點。”從課堂教學可以看出，化學思維呆板性有以下一些癥狀:

(1)知識盲區(qū)，形成錯解。

主要是因為學生對化學基礎知識理解不夠全面、深入、透徹，只是一知半解，所以，回答知識理解情景的考題易答非所問。

例1. 甲烷在空氣中的爆炸極限為5 %～16 %，爆炸最強烈時空氣中含甲烷的體積分數(shù)(空氣中含氧氣21 %)是()。

A. 8.6 % B. 9.5 %C. 10.5 % D. 33.3 %

呆板性表現(xiàn):1體積甲烷燃燒時需氧氣2體積，則V(空氣)=2÷21 %=9.5，所以體積分數(shù)為1÷9.5×100 %=10.5 %。這是由于對爆炸氣體的理解有盲區(qū)，不知9.5體積的空氣中并不包含甲烷的體積，而本題中的空氣應是含CH4的特殊空氣。

正確的解法是:1體積甲烷燃燒時需空氣9.5體積，甲烷的體積分數(shù)為1/(1+9.5)×100%=9.5%，故選B。

(2)依樣畫葫，造成錯解。

只會生搬硬套一些公式、定理、概念，而不看問題的本質，挖掘隱含的信息，判斷失誤，造成錯解。

例2. 在某100 mL的混合酸溶液中，HNO3的物質的量濃度為0.2 mol·L-1，H2SO4的物質的量濃度為0.4 mol·L-1，向其中投入1.92 g銅粉，微熱，反應充分后，生成NO氣體體積為(標準狀況)( )。

A. 0.112 LB. 0.224 L

C. 0.448 LD.0. 672 L

呆板性表現(xiàn):許多學生直覺認為可用硝酸與銅反應的化學方程式進行計算，根據(jù)各物質的量，得出Cu過量，根據(jù)HNO3的物質的量計算得到放出NO 0.112 L。試題對學生的迷惑性很大，學生由于沒有認清其“廬山真面目”，作出錯誤判斷。常溫下，在中性或堿性溶液中硝酸根離子幾乎無氧化性，而在酸性溶液中表現(xiàn)出強氧化性，能溶解Cu、Ag等不活潑金屬，所表現(xiàn)出來的性質與稀硝酸相當。

正確的解法是:實際上參加反應的是Cu、H+、NO3-，其中H+過量，Cu、NO3-恰好完全反應，根據(jù)離子反應方程式計算如下:

3Cu+2NO3-+8H+ 3Cu2++2NO↑+4H2O

0.03 mol 0.02 mol 0.10 mol0.02 mol

因此， 可確定n(HNO3)=n(NO)=0.02 mol

答案:C

2.3化學思維定勢的消極性

由于中學生已經有相當豐富的解題經驗，因此有些學生往往對自己的某些想法深信不疑，很難使其放棄一些陳舊的解題經驗，思維陷入僵化狀態(tài)，不能根據(jù)新問題的特點作出靈活的反應，常常阻抑更合理有效的思維甚至造成歪曲的認識。

例1. 請分別寫出下列溶液混合后的離子反應方程式:

①碳酸鈉溶液和氯化鐵溶液混合;②硫化鈉溶液和氯化鋁溶液混合;③硫化鈉溶液和氯化鐵溶液混合。

思維定勢:根據(jù)鹽類水解的知識，由于每組中兩種溶液水解分別呈堿性和酸性，所以發(fā)生雙水解反應，能分別生成:①氫氧化鐵和二氧化碳;②氫氧化鋁和硫化氫;③氫氧化鐵和硫化氫。

正確解法:根據(jù)鹽類水解知識，前兩組的溶液，由于水解分別呈堿性和酸性，發(fā)生水解互促反應， 其離子方程式分別為:①2Fe3++3CO32-+3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑; ②2Al3++3S2-+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑。但是由于Fe3+具有氧化性，而S2-具有還原性，所以在第③組溶液中，發(fā)生的是氧化還原反應，而不是水解互促反應。其離子方程式為:氯化鐵過量時， 2Fe3++S2-=2Fe2++S↓;當硫化鈉過量時，2Fe3++3S2-=2FeS↓+S↓。

例2. 科學家最近發(fā)現(xiàn)了一種由鈦原子和碳原子構成的氣態(tài)團簇分子，如圖2所示，圖中頂角和面心的原子都是鈦原子，棱中心和體心的原子都是碳原子。該分子的化學式是_________________。

很多同學想當然的利用了晶體的知識，認為該物質和NaCl晶體的結構是一樣的，分子式是Ti4C4。其實這是一個單獨的分子，不涉及晶體均攤法計算分子式的知識，分子式就是Ti4C13。這也是思維定勢的消極作用。

由此可見，學生化學思維障礙的形成，不僅不利于學生化學思維的進一步發(fā)展，也不利于學生解決化學問題能力的提高。所以，在平時的化學教學中注重突破學生的化學思維障礙顯得尤為重要。

3 中學生化學思維障礙的突破

3.1激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)良好的思維品質

在教學中，老師必須著重了解和掌握學生的基礎知識狀況，尤其在講解新知識時，要嚴格遵循學生認知發(fā)展的階段性特點，照顧到學生認知水平的個性差異，強調學生的主體意識，發(fā)展學生的主動精神，培養(yǎng)學生良好的意志品質;同時要激發(fā)學生學習化學的興趣，興趣是最好的老師，學生對化學學習有了興趣，才能產生化學思維的興奮點，才能更大程度地預防學生思維障礙的產生。

思源于疑，疑問是思維的火花，有疑問才有思維，經過思維才能辨疑解難，有所進取與創(chuàng)新。一個好的問題可以刺激學生的好奇心，調動思維，提高教學質量。比如，在氨氣的噴泉實驗教學中，學生掌握了噴泉實驗的本質是氨氣極易溶解于水，造成瓶內外氣壓差，進而可以引發(fā)學生聯(lián)想出能夠做噴泉實驗的氣體，諸如HCl、HBr、HI、SO2 等極易溶于水的氣體。然后我進一步啟發(fā)聯(lián)想，如果改變溶劑類型或采用混合氣體能否做噴泉實驗呢? 學生經過適當?shù)膯l(fā)很快就會聯(lián)想出:如果改水為氫氧化鈉作吸收劑，那么二氧化碳、硫化氫等也可作噴泉實驗，如果用二氧化氮和氧氣體積比按4∶l的比例混合，則同樣能做出噴泉實驗。最后在我的引導下得出結論:只要瓶內氣體和瓶外液體接觸能使瓶內外產生較大的壓強差即可。根據(jù)學生實際情況可以繼續(xù)提問:什么條件下可以使液體充滿整個燒瓶?本來略顯沉悶的課堂此刻活躍起來，學生開始根據(jù)自己的所知發(fā)揮想象以尋找答案，這樣，既滿足了學生對未知事物和現(xiàn)象的新奇感，也讓他們主動思考創(chuàng)造性地接受知識。上述問題的設計層層遞進，每回答完一問，我適時指出這類問題的要點，大大調動了學生學習的積極性，提高了課堂效率。

3.2 應用開放性試題，培養(yǎng)學生思維的廣闊性，同時抓住問題的本質，培養(yǎng)學生思維的靈活性，克服思維的呆板性

例1. 亞硝酸鈉和食鹽的鑒別。

分析:要鑒別亞硝酸鈉和食鹽，實際上是鑒別NO2-和Cl-。

因此，我們可以從多個角度進行鑒別:

①鹽類的水解。NaCl是強酸強堿鹽，不水解，溶液呈中性，而NaNO2是強堿弱酸鹽，溶液呈堿性，可以通過測定溶液pH來鑒別;

②鹽與酸反應。因為NaNO2可以和酸(如稀H2SO4)反應生成HNO2，HNO2不穩(wěn)定，可分解為NO、NO2，使反應體系中出現(xiàn)紅棕色氣體，而NaCl不與稀H2SO4反應，可以通過與稀硫酸反應的不同實驗現(xiàn)象來鑒別;

③亞硝酸鈉的氧化性。在NaNO2中，氮的化合價為+3，處于中間價態(tài)，因此，亞硝酸鈉與強還原性物質反應時，表現(xiàn)出氧化性，如NO2-+Fe2++2H+=NO↑+Fe3++2H2O;而氯化鈉不顯氧化性，然后利用Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3(血紅色)來鑒別。

④亞硝酸鈉的還原性。亞硝酸鹽與強氧化性物質反應時， 表現(xiàn)出還原性。如NO2-+Br2+H2O NO3-

+2H++2Br-，可以通過與溴水反應，使溴水褪色來鑒別。

⑤與飽和氯化銨溶液反應。飽和氯化銨與亞硝酸鈉溶液混合后加熱，能產生氮氣，其反應原理是NH4Cl+NaNO2 N2↑+NaCl+2H2O，可以使燃著的木條熄滅來鑒別。

同時，克服思維的呆板性也體現(xiàn)在解決實際問題時的靈活性和敏捷性。要培養(yǎng)學生思維的敏捷性，必須要理清知識體系，締結知識網絡。將知識進行比較和分類，分析和綜合，歸納與演繹。將觀察到的物質及物質變化的感性材料和分散學習的書本知識進行思維加工，形成化學基本概念和基本理論，進行由淺入深、由表及里、由宏觀到微觀的抽象思維。運用所具備的化學知識分析有關化學現(xiàn)象、化學問題，通過嚴密推理，分析判斷得出正確的結論。

例2. 二氯苯有三種同分異構體，試問四氯苯有幾種同分異構體?

分析:按常規(guī)，學生會先寫出四氯苯的一種結構式，然后用變換氯原子位置的方法逐一去找，此法很呆板且易出錯。若能變換角度去考慮:二氯苯的三種同分異構體是二個氯原子在苯環(huán)上分別呈鄰、間、對位，如果我們改換一下觀察問題的角度，把四氯苯看成是苯環(huán)上兩個氫原子分別呈鄰、間、對位，就很容易知道四氯苯也有三種同分異構體了。

3.3利用題目的變式，培養(yǎng)學生思維的深刻性，克服思維的膚淺性

在化學教學中，“題海戰(zhàn)術”有百害而無一利。“題海戰(zhàn)術”的結果使一些學生成了解題的機器，形成思維定勢。解決這一問題的有效辦法，就是進行一題多變訓練。一題多變是由一道原始題目從題設條件的變換，數(shù)據(jù)的衍變，內容的拓展，設問的轉化，習題的類化等角度進行演變。通過題目的變式，可以培養(yǎng)學生從多角度、全方位把握知識的本質，培養(yǎng)學生求異思維的能力，優(yōu)化學生的思維品質，在培養(yǎng)學生思維的深刻性、變通性、獨創(chuàng)性，克服思維的膚淺性方面具有十分重要的作用。

例1. 25 ℃時，0.05 mol·L-1的稀硫酸與0.01 mol·L-1的氫氧化鈉溶液混合后溶液呈中性，則混合前稀硫酸與氫氧化鈉溶液的體積比為______。

變式(1):25 ℃時，pH=1的稀硫酸與pH=12的氫氧化鈉溶液混合后溶液呈中性，則混合前稀硫酸與氫氧化鈉溶液的體積比為______。

變式(2): 25 ℃時，若10體積的某一元強酸溶液與1體積的某一元強堿溶液混合后溶液呈中性，則混合前該一元強酸的pH與一元強堿溶液pH之間應滿足的關系式是_____。

變式(3):25 ℃時， 若體積為Va，pH=a的某一元強酸溶液與體積為Vb，pH=b的某一元強堿溶液混合后溶液呈中性，則Va、Vb、a、b之間的關系是______。

變式(4):25 ℃時，某體積為Va、pH=a的一元強酸溶液與體積為Vb、pH=b的某一元強堿溶液混合后溶液呈中性，且已知Va

分析:本題是中學化學有關溶液pH計算的內容。試題設計從直觀的數(shù)據(jù)到抽象的字母表達，從特殊到普遍，從個性到知識的歸納和總結，由易到難，逐步構筑知識臺階，使學生從一組題的訓練，達到知識的融會貫通。

使學生暴露觀點的方法很多:例如，教師可以與學生談心，可以用精心設計的診斷性題目，事先了解學生可能產生的錯誤想法，要運用延遲評價的原則，即待所有學生的觀點充分暴露后，再提出矛盾，以免暴露不完全，解決不徹底;有時也可以設置疑難，展開討論，疑難問題引人深思，選擇學生不易理解的概念，不能正確運用的知識或容易混淆的問題讓學生討論，從錯誤中引出正確的結論，這樣學生的印象特別深刻。同時，通過這一過程可以培養(yǎng)學生思維的嚴密性，并能消除消極的思維定勢在解題中的影響。當然，為了消除學生在思維活動中只會“按部就班”的傾向，在教學中還應鼓勵學生進行求異思維活動，培養(yǎng)學生善于思考、獨立思考的方法，不滿足于用常規(guī)方法獲得正確答案，而是多嘗試、探索最簡單、最好的方法解決問題的習慣。發(fā)展思維的創(chuàng)造性也是突破學生思維障礙的一條有效途徑。

只要我們堅持以學生為主體，以培養(yǎng)學生的思維發(fā)展為己任，則勢必會提高中學化學教學質量，擺脫題海戰(zhàn)術，真正減輕學生學習化學的負擔，從而為提高中學生的整體素質作出我們化學教師應有的貢獻。

參考文獻:

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