高一学生化学思维过程的差异及其培养策略研究

李岚

摘要：采用口语报告的方式研究高一学生化学思维的过程，发现学生的思维水平高低主要由思维过程的差异导致。提出了相应的策略，以培养学生“分析与综合”、“比较与分类”、“抽象概括与具体化”的思维能力。

关键词：化学思维；思维过程；培养策略；口语报告法

文章编号：1005–6629（2015）1–0016–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 研究目的与基本方法

学生之间的思维水平差异是客观存在的。教师只有探查出影响学生思维水平的过程因素，并在教学实践中有针对性地进行方法指导，才会取得理想的教学效果。

2012年7月，我们采用口语报告（即德国心理学家邓克尔提出的出声思维法）方式进行研究，探查影响高一学生思维水平的因素，并把探查结果聚焦到学生的思维过程上。

口语报告中涉及的3个问题均来自苏教版选修教材《化学反应原理》的内容。该模块是对学生思维要求较高的选修模块，涉及的内容学生还未学到，避免了学生已有知识经验对研究造成的影响。为避免学生在获取信息时存在障碍，我们在表述问题时充分考虑了学生的已有知识经验。被试为刚结束高一学段化学必修学习的有代表性的15名学生：5名学优生已决定升入高二学段选修科目选择化学，且有信心学好化学；5名中等生有选择化学学科的意愿，但担心选修要求高，思维能力跟不上；5名学困生因学习化学必修时已显吃力，考虑不再选择化学学科。在研究中主要考察了学生在利用获取的信息进行“分析与综合”、“比较与分类”、“抽象概括与具体化”等时呈现的思维过程的特点，以期为更好地探寻培养学生思维能力的教学策略提供依据。

2 高一学生化学思维过程的差异

研究数据显示，学优生、中等生与学困生解决问题的正确率以及耗时相差较大（见表1和表2）。

为此，我们深入分析了被试的口语报告并配合访谈，比较学优生、中等生和学困生在解决问题过程中的思维差异。

2.1 对信息的“分析与综合”能力的差异

问题1 请观察下列表示氢气在氧气中燃烧生成水的热化学方程式，

试着书写1mol氢气在1/2mol氧气中燃烧生成水蒸气的热化学方程式。

参考信息：已知在25℃和101 kPa的条件下，断开1mol H2（g）中的H-H键要吸收436kJ的能量，断开1mol O2（g）中的共价键要吸收498kJ的能量，而生成H2O（g）中的H-O键会放出463kJ的能量。

问题1探查的是学生面对题设材料能否采用“分析与综合”的方法进行思维加工，进而提炼出反应焓变与物质状态、计量数的关系，以及书写热化学方程式的能力。

分析是在思想上将事物的个别特征、个别方面分离出来的过程，综合是在思想上把事物的各个部分、个别特征或个别方面结合起来考虑的过程。在思维过程中分析与综合总是相互联系的，人的思维活动一般是按照分析、综合，再分析、再综合而不断深入展开进行的。由表2可见，学优生对信息的深入“分析与综合”能力明显优于中等生和学困生，正是由于这种差异导致了学生后续的思维过程产生了更大的差异。学优生有着较强的化学知识基础，分析反应焓变与物质状态、计量数的关系时能有序观察，综合考虑问题较全面，解题也严谨，有的学生还尝试从不同的角度解决问题。学困生的观察则显得浅显而杂乱，分析问题“浅尝辄止”。中等生之间的差异较大，深度访谈发现，思维障碍主要表现在：有的观察只关注数值大小，有的分析问题只聚焦个别特征而不综合思考，还有的凭生活经验主观推断，在计算方面仅是机械迁移题目中的形式，不善于根据新信息采取一些补救措施。

2.2 对信息的“比较与分类”能力的差异

问题2 根据下表中部分盐溶液的酸碱性的实验事实，判断Na2SiO3溶液、CH3COONH4溶液的酸碱性。

问题2探查的是学生的“比较与分类”能力。

比较是在思想上确定事物异同的思维过程，分类是思想上按照事物的异同把它们区分为不同种类的思维过程，比较是分类的基础。研究结果表明，学优生、中等生都能顺利得出Na2SiO3溶液显碱性的结论，但是只有学优生能客观地评价CH3COONH4溶液的酸碱性。由题给信息“CH3COONa显碱性，NH4Cl显酸性”只能得出“醋酸是弱酸，一水合氨是弱碱”，而没有涉及到两者谁更强些时，学优生能辨证地分3种不同的情况进行讨论；中等生错误地认为“NH4Cl显酸性，CH3COONa显碱性，它们两者反应生成的CH3COONH4显中性”的结论，说明“比较与分类”能力的差异会影响后续判断的正确率；学困生不善于对信息进行分类和比较，只有3名学生判断出Na2SiO3溶液显碱性，对CH3COONH4溶液的酸碱性的判断大都采用主观臆测的方式。

2.3 对信息的“抽象概括与具体化”能力的差异

（1）填写表中的空格（用计算器计算）。

（2）分析表中的数据，总结归纳平衡时反应物和生成物的物质的量浓度之间的关系。

问题3测试的是学生“抽象概括与具体化”的能力。

抽象概括是在思想上抽取、集中同类事物共同的本质属性或特征，由个别到一般的思维过程，具体化是同抽象和概括相反的思维过程，它是将抽象概括出来的一般属性或特点还原为具体对象，由一般到个别的过程。我们发现在口语报告中，无论是学优生还是学困生在借助于数学公式计算平衡浓度关系数值时完成得都很好，但是在“抽象概括”部分，不同层次的学生表述的内容差别很大。学优生往往能脱离具体的反应，灵活理解计算结果的内涵，并能迅速将此结论推演到其他的化学反应中去。而学困生得出的结论基本上是“就事论事”。通过访谈，我们发现，学困生在化学学习中比较关注结论，不重视概念、定律、原理等的抽象概括过程，这种“重结果，轻过程”的学习方法，必然导致其在解决具体问题过程中思维无序。多数中等生其实心里面能想到平衡时反应物和生成物的物质的量浓度之间的关系，但用语言表达时不够自信，也不够到位，反映其思维过程不是很清晰。

3 在高一学段培养化学思维能力的教学策略

苏霍姆林斯基说，“在学生的脑力劳动中，摆在第一位的不是背书和记忆别人的思想，而是让学生本人进行思考”；“如果学生不能筹划他自己解决问题的方法，自己寻找出路，他就学不到什么，即使他能背出一些正确的答案，百分之百正确，他还是学不到什么”[1]。

心理学研究表明，高一学生正处于思维发展的跃进期。我们在长期的教学实践中发现：学生经过高一学段必修化学学习后，化学学习两极分化较为明显。如果我们能立足于高一化学必修学习阶段，创设情境引领学生优化思维的过程和方法，将有助于提高学生的思维水平。

3.1 引导学生学会分析与综合

观察是分析与综合的前提和基础。信息显示的强/弱以及鲜明/隐蔽程度会影响观察的全面性和合理性，从而影响后续的分析和综合活动；已有经验、思维习惯和主观臆测会起促进或干扰作用从而影响分析和综合活动。为了引导学生学会分析与综合，我们从引导学生学会有序观察、防止干扰、全面搜集信息开始，尝试把研究的整体分为若干部分、方面、环节、因素等等并进行比较，找出具有关键性或者能说明本质的部分、方面、环节、因素等；或者把各个部分、方面、环节等等结合成整体，产生新的认识和发现。

案例1 “气体摩尔体积”教学中提高学生“分析与综合”能力的引导过程

[演算]计算1摩尔Al、Fe、H2O、C2H5OH、H2、N2、CO的体积。

[思考]从以上计算结果中可以总结出哪些规律？

[方法引导]比较计算结果的数据，分析数据规律。比较相同状态和不同状态物质的体积规律，分析物质状态与体积的关系。

[分析]为何具有上述规律？相同条件下，不同固、液态物质的摩尔体积不同，不同气体的摩尔体积几乎相等。

[方法引导]要解释现象必须从现象背后的本质入手，需了解影响物体体积的因素有哪些？

[综合]决定体积的因素有：构成物质的微粒数目、微粒的大小和微粒间的平均距离。

[分析] 1mol物质的体积由哪些因素决定？

[综合]取决于分子间距离、分子的大小。

[分析]构成气体的微粒间的平均距离主要受哪些条件影响？是怎样影响的？

[综合]气体分子间的距离受温度和压强影响。

[分析] 1mol任何气体在标准状况下（0℃，101kPa）所占的体积都相同吗？

[引导推理]分子的大小可忽略，而温度、压强相同时，不同气体分子间的平均距离几乎是相同的。又因为1mol任何气体所含分子数是相同的，所以它们在标准状况下的体积是相同的。

[引导概括]气体摩尔体积和标准状况下的气体摩尔体积数值。

[方法总结]从上述气体摩尔体积的学习过程中，你觉得该如何从大量的信息中探寻出其中隐藏的规律？

上述案例中教师没有直接讲授，而是适时点拨，让学生感悟学习过程中隐藏的科学方法，在解决问题的过程中提高“分析与综合”能力。

3.2 引导学生学会比较与分类

我们在研究中发现，学生在对新情境下的信息进行加工时，往往拘泥于具体形态，不分表里，不善于由此及彼，其原因跟不会选择确定的标准进行比较和分类有关。为此，我们在教学实践中有意识地将一些抽象化的过程分成若干步骤来进行，引导学生学会在比较的基础上进行分类思考。例如，采用实验探究法进行原电池的教学，首先让学生操作并观察“锌与稀硫酸”、“铜与稀硫酸”、“锌与铜相分离放入稀硫酸”、“锌与铜相接触放入稀硫酸”、“锌与铜用导线相连放入稀硫酸”、“锌与锌用导线相连放入稀硫酸中”等实验。学生在实验中可获得大量的观察结果。在此基础上，教师再引导学生把事物的某些特征区分出来，从而对它们进行比较，确定它们的异同，并分类归纳出本质属性。

案例2 “原电池”教学中提高学生“比较与分类”能力的思维诱导提纲

第一组思维诱导提纲：针对以上六组实验

（1）比较六组实验中实验现象有何差别？

（2）比较六组实验中实验条件有何差别？

（3）根据实验现象或实验条件的不同可将上述实验装置分成哪几类？

（4）归纳每一类实验之间的共同点和不同类实验之间的差异点。

（5）概括实验条件和实验现象之间的关系。

（6）说明在本次实验中要产生电流，必须具备何种条件？

第二组思维诱导提纲：针对“锌与铜用导线相连（连有电流计）放入稀硫酸中”实验

（1）电流计的指针为什么会偏转？电子流动的方向如何？

（2）锌片上的电子为什么会流向铜片？

（3）铜片上为什么会有气泡产生？

（4）锌片和铜片的质量会发生什么变化？

（5）从氧化一还原反应的角度分析，两极各发生何种变化？

（6）从能量转变的角度分析，原电池是一种什么装置？

（7）得到的结论是否具有普遍的推广意义？

学生通过比较每一个实验现象，并对六组实验进行分类，归纳得出原电池的概念。这样的教学设计使学生在形成概念的过程中，反复经历思维活动的训练，最终概括出原电池的工作原理并能推广，对提高学生思维能力是有益的。

3.3 引导学生学会抽象概括与具体化

梯度问题就是依据高一学段学生的认知规律，将一些有一定难度的学习内容设计成一组由简单到复杂、由易到难，知识内容上有逻辑性、思维层次有递进的问题群，引导学生进行抽象概括与具体化[2]。

例如“苯”的教学要求学生根据分子式推导苯的结构，可是在苯之前的教学中只讲过碳碳单键和双键知识。为此，我们设置了以下的梯度问题。

案例3 “苯”教学中提高学生“抽象概括与具体化”能力的梯度问题

（1）根据苯的分子式C6H6，它属于饱和烃还是不饱和烃？

（2）根据饱和烷烃的通式，苯的不饱和度如何？

（3）可能有多少双键？叁键？

（4）写出可能链状结构的结构简式。

（5）若苯分子为上述结构之一，则其应该具有的重要化学性质是什么？可设计怎样的实验来证明？

（6）实验事实表明，苯不能使溴水褪色，也不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明苯的化学性质与烯烃或炔烃是否相同？

（7）若苯分子是环状结构，试画出可能的结构。

（8）若苯分子为平面正六边形结构，试画出可能的结构。

上述问题贯穿课堂学习的各个环节，以使学生的思维经历从具体到抽象、从特殊到一般的过程，通过“比较—推理—概括—具体化”的逻辑顺序抽象出苯的结构。

4 结语

通过研究，我们发现学生的思维过程确实存在着显而易见的个体差异。在口语报告结束后，对出现问题的学生进行个别访谈时，我们发现学生出现错误答案或解题困难（中断）时，最主要的原因是思维过程中存在不当甚至错误的方式方法。因此，有的学生一教即会，有的学生学习速度慢，有的学生还需辅以个别指导才能学会。在教学中，教师需与学生有更多的对话机会，使学生乐于表达自己思考问题的过程和方法，让学生主动、积极地参与教学，充分地让思维活跃起来，这样才能促进不同层次学生的思维能力都能得到较好发展。

致谢：扬州大学吕琳副教授及其研究生提供了部分资料，特表感谢！

参考文献：

[1][美]杜威（Dewey， J.）著.王承绪译.民主主义与教育[M].北京：人民教育出版社，1990：168.

[2]杨红艳.在化学学习中培养高一学生的抽象思维能力[J].新课程学习（中），2011，（10）：91.