學生化學學科思維的不足及應對策略

【摘 要】當下的初中化學課堂中學生學科思維的不足之處主要是宏微思維的“孤立”和模型認知的“迷茫”。針對不足提出相應的教學應對策略，即用符號來表征宏與微間的關聯和積極滲透模型認知思維。

【關鍵詞】宏微結合;化學符號;模型認知

【中圖分類號】G633.8? 【文獻標志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2020）19-0055-04

【作者簡介】徐新峰，江蘇省如東縣馬塘初級中學（江蘇如東，226401）教師，高級教師，南通市初中化學學科帶頭人。

思維是人類所具有的高級認識活動。學科思維是指為了正確認識客觀世界所具有的思辨模式，也指符合認識本學科規律、遵循一定邏輯規則，并能夠達到正確認識結果的思維。在化學領域中究竟需要培養學生什么樣的學科思維？回答這一問題自然離不開化學核心素養這一橋梁。因為化學核心素養中的“宏觀辨識與微觀探析”“證據推理與模型認知”旨在讓學生形成宏觀與微觀結合、利用模型建構與認知的化學思維方式。因此，本文探討的學科思維是指化學學科的“宏微結合”“模型認知”思維。

經調研、聽課、觀摩等教學活動，筆者認為當下的初中化學學習中學生學科思維表現有如下不足。

一、化學學科思維表現的不足之處

1.宏微分離。

中學生在學習化學、理解化學變化時不能夠把化學內容所包含的宏觀、微觀有機地結合起來。在學生的頭腦中宏觀、微觀是孤立存在的，沒有形成有機的聯系。[1]其原因為：（1）宏觀物質及反應伴隨的現象具有可視性，學生看得見，易激發興趣和思維。同時，我們生活的物質世界是宏觀的，初三學生面對宏觀問題時習慣性地從宏觀角度進行思維，這已然成了他們的直覺思維方式。（2）微觀粒子具有“不可視性”和抽象性，且微觀粒子遠離學生的生活經驗，也就缺失了直觀感覺。人教版初中化學教材從第三單元開始就涉及了“分子、原子、離子”知識，這是教材編寫者有意引導的，引導學生面對宏觀問題能進行微觀思考，但很多學生在后續的學習中并不能做到如此，也導致了學業水平分化。例如，化學反應中物質間的質量計算問題、“酸堿鹽”的有關性質問題成了學生學習初三化學的“分水嶺”。

2.思維缺模。

“模型”是研究對象的替代物，或者是根據實物、設計圖或設想，按比例、生態或其他特征制成的與實物相似的物體。[2]化學是在原子、分子層次上研究物質的性質和變化規律的科學，由于原子和分子的微觀性，在描述和解釋化學現象、預測物質及其變化的可能結果時，需建構模型并應用模型來解決系列問題，因此“模型認知”被作為一種化學核心素養。而在教學中發現，學生知道金剛石硬、石墨軟，但未必都清楚這是由于碳原子所組成空間結構的不同而導致的;又如有些學生在書寫氧氣符號易在O2和O之間混淆，學生知道氧氣由氧分子構成，但又不知氧分子是雙原子分子模型。這些現象都說明不少學生在模型認知上較為缺乏，這不利于學生在高中階段“螺旋式”升華模型認知思維，進而會導致學生思考問題停留在低水平上。

二、應對策略

1.用符號來表征宏觀與微觀間的關聯。

初三化學的宏微結合主要表現在從微觀角度去認識宏觀物質的構成與性質、化學反應的現象與實質等。宏觀與微觀相聯系是化學最有特色的思維方式，那如何將二者聯系起來呢？考慮到初三學生正處于思維的迅速發展期和定型期，在教學中用符號將宏微結合起來進行思維有助于學生透過宏觀現象看到微觀本質，化學符號是聯系宏觀與微觀的“橋梁”與“紐帶”，這種思維方式有助于學生形成科學有效的學習方式。化學教育應該指向學生對知識的理解，這種理解應該包含化學概念的宏觀、微觀和符號三種水平。

具體而言，核心知識—關鍵能力—學科核心素養是學科育人的三個步驟，且前者是后者形成的必要基礎[3]，教學中必須以核心知識為載體，培養學生的關鍵能力，從而最終實現學科核心素養的培育。

例如，物質的性質以及反應的現象是初中化學的核心知識，認識物質的性質是初中學生形成化學核心素養的必要條件。筆者在教學有關物質性質與反應現象時著力體現“宏微符”的教學思維，助力學生形成科學的思維方式，如圖1。

筆者按照人教版教材進度，在教完“酸、堿、鹽”的內容之后，立即呈現出一道關于推測NaHSO4性質的習題：下列關于NaHSO4的說法，其中合理的是? ? （填字母）。

A.其水溶液能與金屬鋅發生置換反應，得到金屬鈉

B.其水溶液能使紫色石蕊溶液變紅

C.其水溶液能與金屬鋅反應生成氫氣

D.其水溶液與硝酸鋇溶液反應生成硫酸鋇沉淀

其結果為：85%的學生對C項表現出困惑，30%的學生對B項不理解，42%的學生對D項不理解。

筆者并沒有對此題進行評價，而是暫時擱置并分析其原因：學生對NaHSO4的認識還停留在宏觀物質層面，只利用鹽的宏觀性質進行思考，并沒有從其解離出哪些離子的角度來思考，這樣導致在分析選項時遇到困難。

在隨后的“酸、堿、鹽”復習課上，筆者用“宏微符”思維方式組織教學。如在復習酸的化學性質中“活潑金屬能與稀鹽酸反應”時，構建出下列思維方式（圖2），并用符號來表征宏觀物質間的反應與微觀實質。

采用“宏微符”思維方式復習完酸、堿、鹽之后，再度讓學生來推測NaHSO4性質時，學生很自然地用符號和微觀兩種表征方式來進行思維，學生的正確率為93%左右。可見，學生可以“看到”符號表達出來的宏觀反應、現象以及微觀結構，這種科學思維方式能促進學法的改善與深入。

2.積極滲透模型認知思維。

首先，要認識模型。根據化學模型的表現方式將化學模型分為三類：物質模型、符號模型和思想模型。[4]

物質模型通過對原型在尺寸上進行放大或縮小，在結構上進行簡化和抽象以實現對原型的模擬。如金剛石、石墨、C60的結構模型以及熱塑性塑料的鏈狀結構模型，熱固性塑料的網狀結構模型等。

符號模型是用化學符號來表示微觀構成、宏觀物質組成，結構、性質的一類模型，如O2模型既表示微觀氧分子也表示宏觀氧氣。

思想模型是針對事物的主要矛盾和主要特性在人腦中建立起一個觀念性的、抽象的理想客體，進而對客觀事物進行近似、形象的模擬[5]，如化合價、飽和溶液與不飽和溶液、溶解度、質量守恒定律等。

筆者認為，根據初中階段主要引導學生學習和研究物質組成、結構、性質和變化的教學任務，化學模型應該增加“性質模型”這一類別。“性質模型”是指對物質的性質用文字或表達式或圖形等進行概括的一類模型。物質的物理性質模型常用文字描述為“顏色、狀態、氣味、密度、熔點、沸點分別是什么”;物質的化學性質模型則可用文字描述成能與哪些物質發生反應，為了對物質的化學性質進行一種簡化、直觀、定性描述，可用表達式來概括，如“金屬+氧氣→金屬氧化物”。“性質模型”的構建能讓學生從整體角度來認識物質，同時有助于學生的記憶和理解，最終成為學生解決化學問題的思維工具。

其次，要建模與用模。教學時要積極運用物質模型，因為其形象直觀，學生容易理解。建構符號模型時，要考慮初三學生正處于形象思維向抽象思維過渡階段，應通過圖片、多媒體動畫展示教學，并用已學符號模型解決問題。建構思想模型時可依據具體內容做調整。例如，引導學生認識飽和溶液與不飽和溶液、質量守恒定律時可進行實驗感知;認識溶解度時可進行定量計算;學習化合價時，在計算與書寫化學式中來引導學生建構與應用化合價模型。在建構性質模型時，如人教版初中化學第十一單元“碳酸鹽的化學性質”的教學中，筆者考慮到初三學生的實際認知水平，嘗試從下列途徑（圖3）進行建模與用模，具體的教學如下（圖4），獲得了很好的教學效果。

圖3 建模與用模的路徑

化學課堂呼喚學生的真學，而學生真學化學又是以化學思維為載體的，像“宏微結合”“模型認知”等具有鮮明化學學科特點的思維正是學生急需培養和強化的。可見，培養和強化學生的化學思維以及運用化學的學科思維去解決實際問題，才是我們化學教學的重點和價值所在。

【參考文獻】

[1]賈杰，梁永平.中學生宏微符三結合學習化學的調查研究[J].化學教育，2005（1）：46.

[2]陸軍.化學教學中引領學生模型認知的思考與探索[J].化學教學，2017（9）：19-23.

[3]黃燕寧.論核心素養視閾下的初中化學教學[J].中學化學教學參考，2018（5）：1-4.

[4]劉豫東.中學化學教學中模型方法的研究[D].濟南：山東師范大學，2004：8-10.

[5]郭靜，薛亮，任程，等.化學課程標準中的模型要求分析[J].化學教學，2018（8）：9-14.