学生化学学科思维的不足及应对策略

【摘 要】当下的初中化学课堂中学生学科思维的不足之处主要是宏微思维的“孤立”和模型认知的“迷茫”。针对不足提出相应的教学应对策略，即用符号来表征宏与微间的关联和积极渗透模型认知思维。

【关键词】宏微结合;化学符号;模型认知

【中图分类号】G633.8  【文献标志码】A  【文章编号】1005-6009（2020）19-0055-04

【作者简介】徐新峰，江苏省如东县马塘初级中学（江苏如东，226401）教师，高级教师，南通市初中化学学科带头人。

思维是人类所具有的高级认识活动。学科思维是指为了正确认识客观世界所具有的思辨模式，也指符合认识本学科规律、遵循一定逻辑规则，并能够达到正确认识结果的思维。在化学领域中究竟需要培养学生什么样的学科思维？回答这一问题自然离不开化学核心素养这一桥梁。因为化学核心素养中的“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”旨在让学生形成宏观与微观结合、利用模型建构与认知的化学思维方式。因此，本文探讨的学科思维是指化学学科的“宏微结合”“模型认知”思维。

经调研、听课、观摩等教学活动，笔者认为当下的初中化学学习中学生学科思维表现有如下不足。

一、化学学科思维表现的不足之处

1.宏微分离。

中学生在学习化学、理解化学变化时不能够把化学内容所包含的宏观、微观有机地结合起来。在学生的头脑中宏观、微观是孤立存在的，没有形成有机的联系。[1]其原因为：（1）宏观物质及反应伴随的现象具有可视性，学生看得见，易激发兴趣和思维。同时，我们生活的物质世界是宏观的，初三学生面对宏观问题时习惯性地从宏观角度进行思维，这已然成了他们的直觉思维方式。（2）微观粒子具有“不可视性”和抽象性，且微观粒子远离学生的生活经验，也就缺失了直观感觉。人教版初中化学教材从第三单元开始就涉及了“分子、原子、离子”知识，这是教材编写者有意引导的，引导学生面对宏观问题能进行微观思考，但很多学生在后续的学习中并不能做到如此，也导致了学业水平分化。例如，化学反应中物质间的质量计算问题、“酸碱盐”的有关性质问题成了学生学习初三化学的“分水岭”。

2.思维缺模。

“模型”是研究对象的替代物，或者是根据实物、设计图或设想，按比例、生态或其他特征制成的与实物相似的物体。[2]化学是在原子、分子层次上研究物质的性质和变化规律的科学，由于原子和分子的微观性，在描述和解释化学现象、预测物质及其变化的可能结果时，需建构模型并应用模型来解决系列问题，因此“模型认知”被作为一种化学核心素养。而在教学中发现，学生知道金刚石硬、石墨软，但未必都清楚这是由于碳原子所组成空间结构的不同而导致的;又如有些学生在书写氧气符号易在O2和O之间混淆，学生知道氧气由氧分子构成，但又不知氧分子是双原子分子模型。这些现象都说明不少学生在模型认知上较为缺乏，这不利于学生在高中阶段“螺旋式”升华模型认知思维，进而會导致学生思考问题停留在低水平上。

二、应对策略

1.用符号来表征宏观与微观间的关联。

初三化学的宏微结合主要表现在从微观角度去认识宏观物质的构成与性质、化学反应的现象与实质等。宏观与微观相联系是化学最有特色的思维方式，那如何将二者联系起来呢？考虑到初三学生正处于思维的迅速发展期和定型期，在教学中用符号将宏微结合起来进行思维有助于学生透过宏观现象看到微观本质，化学符号是联系宏观与微观的“桥梁”与“纽带”，这种思维方式有助于学生形成科学有效的学习方式。化学教育应该指向学生对知识的理解，这种理解应该包含化学概念的宏观、微观和符号三种水平。

具体而言，核心知识—关键能力—学科核心素养是学科育人的三个步骤，且前者是后者形成的必要基础[3]，教学中必须以核心知识为载体，培养学生的关键能力，从而最终实现学科核心素养的培育。

例如，物质的性质以及反应的现象是初中化学的核心知识，认识物质的性质是初中学生形成化学核心素养的必要条件。笔者在教学有关物质性质与反应现象时着力体现“宏微符”的教学思维，助力学生形成科学的思维方式，如图1。

笔者按照人教版教材进度，在教完“酸、碱、盐”的内容之后，立即呈现出一道关于推测NaHSO4性质的习题：下列关于NaHSO4的说法，其中合理的是    （填字母）。

A.其水溶液能与金属锌发生置换反应，得到金属钠

B.其水溶液能使紫色石蕊溶液变红

C.其水溶液能与金属锌反应生成氢气

D.其水溶液与硝酸钡溶液反应生成硫酸钡沉淀

其结果为：85%的学生对C项表现出困惑，30%的学生对B项不理解，42%的学生对D项不理解。

笔者并没有对此题进行评价，而是暂时搁置并分析其原因：学生对NaHSO4的认识还停留在宏观物质层面，只利用盐的宏观性质进行思考，并没有从其解离出哪些离子的角度来思考，这样导致在分析选项时遇到困难。

在随后的“酸、碱、盐”复习课上，笔者用“宏微符”思维方式组织教学。如在复习酸的化学性质中“活泼金属能与稀盐酸反应”时，构建出下列思维方式（图2），并用符号来表征宏观物质间的反应与微观实质。

采用“宏微符”思维方式复习完酸、碱、盐之后，再度让学生来推测NaHSO4性质时，学生很自然地用符号和微观两种表征方式来进行思维，学生的正确率为93%左右。可见，学生可以“看到”符号表达出来的宏观反应、现象以及微观结构，这种科学思维方式能促进学法的改善与深入。

2.积极渗透模型认知思维。

首先，要认识模型。根据化学模型的表现方式将化学模型分为三类：物质模型、符号模型和思想模型。[4]

物质模型通过对原型在尺寸上进行放大或缩小，在结构上进行简化和抽象以实现对原型的模拟。如金刚石、石墨、C60的结构模型以及热塑性塑料的链状结构模型，热固性塑料的网状结构模型等。

符号模型是用化学符号来表示微观构成、宏观物质组成，结构、性质的一类模型，如O2模型既表示微观氧分子也表示宏观氧气。

思想模型是针对事物的主要矛盾和主要特性在人脑中建立起一个观念性的、抽象的理想客体，进而对客观事物进行近似、形象的模拟[5]，如化合价、饱和溶液与不饱和溶液、溶解度、质量守恒定律等。

笔者认为，根据初中阶段主要引导学生学习和研究物质组成、结构、性质和变化的教学任务，化学模型应该增加“性质模型”这一类别。“性质模型”是指对物质的性质用文字或表达式或图形等进行概括的一类模型。物质的物理性质模型常用文字描述为“颜色、状态、气味、密度、熔点、沸点分别是什么”;物质的化学性质模型则可用文字描述成能与哪些物质发生反应，为了对物质的化学性质进行一种简化、直观、定性描述，可用表达式来概括，如“金屬+氧气→金属氧化物”。“性质模型”的构建能让学生从整体角度来认识物质，同时有助于学生的记忆和理解，最终成为学生解决化学问题的思维工具。

其次，要建模与用模。教学时要积极运用物质模型，因为其形象直观，学生容易理解。建构符号模型时，要考虑初三学生正处于形象思维向抽象思维过渡阶段，应通过图片、多媒体动画展示教学，并用已学符号模型解决问题。建构思想模型时可依据具体内容做调整。例如，引导学生认识饱和溶液与不饱和溶液、质量守恒定律时可进行实验感知;认识溶解度时可进行定量计算;学习化合价时，在计算与书写化学式中来引导学生建构与应用化合价模型。在建构性质模型时，如人教版初中化学第十一单元“碳酸盐的化学性质”的教学中，笔者考虑到初三学生的实际认知水平，尝试从下列途径（图3）进行建模与用模，具体的教学如下（图4），获得了很好的教学效果。

图3 建模与用模的路径

化学课堂呼唤学生的真学，而学生真学化学又是以化学思维为载体的，像“宏微结合”“模型认知”等具有鲜明化学学科特点的思维正是学生急需培养和强化的。可见，培养和强化学生的化学思维以及运用化学的学科思维去解决实际问题，才是我们化学教学的重点和价值所在。

【参考文献】

[1]贾杰，梁永平.中学生宏微符三结合学习化学的调查研究[J].化学教育，2005（1）：46.

[2]陆军.化学教学中引领学生模型认知的思考与探索[J].化学教学，2017（9）：19-23.

[3]黄燕宁.论核心素养视阈下的初中化学教学[J].中学化学教学参考，2018（5）：1-4.

[4]刘豫东.中学化学教学中模型方法的研究[D].济南：山东师范大学，2004：8-10.

[5]郭静，薛亮，任程，等.化学课程标准中的模型要求分析[J].化学教学，2018（8）：9-14.