例谈初中化学教学中学生科学思维发展*

张尔华

（南京市浦口区教师发展中心 江苏南京 211800）

《义务教育化学课程标准（2022年版）》指出：科学思维是化学课程培养的核心素养之一。由于思维是抽象的概念，隐藏于知识传授之中，远没有学科知识那样能具体地可授、可评、好操作，也很难形成具体可量化的评价标准。

一、日常思维、科学思维和哲学思维

思维是人脑对客观事物能动的、间接的和概括的反映。思维有多种分类角度和方法，如经验思维与理论思维，常规思维与创造思维，日常思维与科学思维等。

1.日常思维

日常思维是指在日常生活中的思维，是一种具有广泛普适性的非定型化的综合思维，充满着感觉、直觉、本能、无意识等非理性因素。日常思维处理的是人类生存层面上的最直接最基本的信息，这些信息的逻辑关系体现一种最简单的规则，思维结果既有正确的，也有片面的。对更深层更复杂的信息则需要更深层的科学思维方式来处理。

2.科学思维

科学思维是在感性认识的基础上，加以去粗取精、去伪存真、由表及里的整理和改造，由感性认识到理性认识，是各种科学思维方法的有机整合，是人类实践活动的产物。科学知识是科学思维所获得的相对正确的认识，是经过逻辑论证和实践检验并由系列概念、判断和推理表达出来的知识体系。科学思维是一种建立在证据和逻辑推理基础上的思维形式，是人们把握客观事物本质和规律的能动活动。

3.哲学思维

哲学思维是一种思维方法的思维，是认识和把握世界及其发展变化的根本观点和方法，也是思考、处理和解决人与世界、思维和存在等哲学问题的基本范式和原则。

在常识、科学、哲学的认识序列中，人很难进入科学层次，更难进入哲学层次。［1］日常思维中带有哲学思维的颗粒，每个人都有或多或少、或深或浅的“人生哲学”，其中不乏深刻的见解和闪光的思想，只不过这种思考基本上是零碎的、经验性的。哲学思维是具有普遍意义的方法，日常思维、科学思维是具体的方法，普遍方法对具体方法有整体性的指导功能。马克思主义哲学的思维方法是唯物的、辩证的思维方法，是人们认识和实践中普遍适用的思维规则，是所有科学思维都要采用的方法。

二、学生科学思维发展的必要性与可能性

《义务教育化学课程标准（2022年版）》的目标要求中明确指出：发展科学思维，强化创新意识。初步学会运用观察、实验、调查等手段获取化学事实，能初步运用比较、分类、分析、综合、归纳等方法认识物质及其变化，形成一定的证据推理能力；能从变化和联系的视角分析常见的化学现象；初步建立物质及其变化的相关模型，能根据物质的类别和信息提示预测其性质，并能解释一些简单的化学问题；能从跨学科角度初步分析和解决简单的开放性问题，体会系统思维的意义；能对不同的观点和方案提出自己的见解，发展创新思维能力，逐步学会辩证唯物主义方法论。［2］

宋心琦教授认为，中学化学教学能够使学生终身受益的，不是具体的化学专业知识，而是影响他们世界观、人生观和价值观的化学思想观念；不是诸如分类、实验、计算等特殊的方法和技能，而是影响他们思维方式和问题解决能力的具有化学特点的认识论和方法论［3］。

学生是科学思维发展的主体，每一个学生都有其特定的思维、行为方式和需要，生活体验具有很强的个体性。人类通过经验积累，以系统化的概念体系描述、解释经验，从而使学生在前人的基础上获得超越经验的知识，学习体验前人加工经验的科学思维活动，获得超越经验的方法，如思辨的、逻辑的、辩证的方法等，慢慢地使自然人成长为社会人。

教科书是系统化的化学学科知识，是对物质变化的本质及其规律性的正确认识，是经过逻辑论证和实践检验并由系列概念、判断和推理表达出来的知识体系。教科书中的理论思维可以指导学生的进一步学习和实践，理论能否用活、对学生的指导作用有多大，全靠师生对其挖掘和理解。

例如，图1、图2都是人教版九年级化学第一单元中较为熟悉的用澄清石灰水检验CO2实验。此实验设计能为后面学习提供哪些指导性的潜能呢？

图1 石灰石与盐酸反应

图2 检验蜡烛燃烧产物

实验后追问：澄清石灰水与CO2反应的条件是什么？二者的接触的方式有什么不同？由此可知两种物质反应的首要条件是接触，接触的方式多种：A→B、A←B、A→←B，这就上升到哲学运动的相对性，对此从一个具体的实验概括成一类思维模型、观念、哲学的辩证关系。以此就不难设计出图3、图4、图5等实验室制取CO2的发生装置，教师要引导学生找到图中几个实验设计中思维的一致性，化学学习就不难了。

图3 制取CO2的发生装置

图4 制取CO2的发生装置

图5 制取CO2的发生装置

从知识的掌握转向思维的训练是素养导向的新课标目标之一，用好教科书关键在教师。具体的知识在教材中是显性的，而思想方法却具有隐蔽性，不思则无、思则深远。［3］教师是经过系统训练的专业技术人员，是学生科学思维发展的设计者、组织者、引导者和促进者。教师有能力把握学生的现有科学思维水平和发展目标，具有多种实施策略和补救措施。“教师的职责已经是越来越少地传授知识，而越来越多地激励思考”。［4］

三、学生科学思维的发展方向和目标

初中学生有日常思维的经验，不具备哲学思维的能力，但也有零散的可发展为科学思维的“大概念”。教师完全有能力从哲学思维高度启迪学生思维，将学生的日常思维发展为科学思维，慢慢向哲学思维方向努力。

1.科学思维发展的总体方向

科学思维没有像学科知识那样具有完备的系统化的结构体系，但有其发展的大方向。学生科学思维的训练与评价常伴随着学科知识的学习，如果教师没有整体设计，可能会被不同功能的习题带偏搞乱。对此设计如图6所示初中学生科学思维发展框架图。

图6 科学思维发展框架图

如图，可选择学生熟知的日常现象和化学实验事实作为学生学科思维训练起点，以此为“根据地”概括形成解决一类问题的思维模型。如环境保护的学习中以保护空气为“根据地”，从分析空气的污染源、污染物、危害、防治措施及具体方案五个方面来学习，建立思维模型。再以此模型引导学生学习水污染、温室效应、资源保护、白色污染等内容，会很自然地提高学生学习的自主性，使“学-会-用”形成一个发展系列，最后在适当的时候再进行概括提升，从哲学高度分析化学与环境的辩证关系。

2.科学思维发展的阶段性目标

学生科学思维的发展是在教师的整体规划下系统训练而成，大致可分为三个阶段性目标：教会、学会、会用，具体表述如表1。

表1 学生科学思维发展阶段性目标

教育的要点是开发学生的思维，这就意味着应当给予学生必要的知识和手段去形成自己的观点。［5］在教学中教师要梳理科学思维发展系列，可以借助思维导图建构思维结构模型，再设计成教会、学会、会用等几个发展层级。如化学反应的实质是原子的重新组合，原子种类没有改变，原子的数目没有增减。不能仅作为知识来填空，要作为科学的思维运用。原子间为什么要重新组合、组合有哪些规律、怎样配平等问题，这些需要在学习中理解，在应用中体验与发展，螺旋上升，形成一个科学思维发展系统，以提高科学思维的统领性和概括性。

四、学生科学思维发展的方法和措施

学生科学思维的发展主要依靠教师的指导，教师对其发展要有系统的规划与整体的设计。要从学生已有化学事实出发，应用思维加工方法，进行证据意识下的逻辑推理，揭示事物的本质和规律，形成思维模型，建构结构化的学科思维，提升情境中解决新问题的能力。在问题解决过程中进一步拓展、创新思维，形成创新意识，努力向哲学思维发展。

1.能力着眼，整体构思

不同的学科有不同的概念组，因此“隔行如隔山”，但科学思维是人的一种能力，学科间是相通的，如果掌握科学思维加工方法和技巧，那就是“隔行不隔理”。因此初中化学教学要从学生熟知的日常思维中找“理”，这是一条捷径。要通过化学实验重现化学事实，从化学角度进行思维加工，通过追问尽可能多地提供思维加工的机会，在一次次挑战中熟悉思维加工方法，掌握思维加工的技巧，使思维得到发展，从而建立学科概念，形成学科思维，成为“行”家。

每一个实验都隐藏着大量科学思维加工的素材，每一个学科概念都是科学思维的加工的结果，因此常说的“入门”就是培养学生科学思维能力，能力具备了，后面的学习就会越来越娴熟。学科知识是科学思维发展的载体，科学思维应随着学科知识的深入学习而得到同步发展，学科知识的掌握情况也是科学思维目标达成度的检验。

如在序言中学习“化学”概念时，可利用图7提炼学生已有的日常思维，帮助学生将组成、结构、性质、用途间的关系轻松地建立起来，以此指导化学学习。

图7 组成、结构与性质关系示意图

2.加强联系，概括提升

概括是在大量感性材料的基础上，把一类事物共同的特征和规律抽取出来，反映一类事物所共同、本质的属性及内部联系和规律。教师要能从不同的角度对已有的科学思维向哲学思维方向进行高级概括，形成更普遍和总体性的认识，进而促进科学思维的结构化，不断完善、优化、简化结构，建构成统领性更高，概括性更强的科学思维框架，随着人的成长最终形成高度概括的哲学思维体系。

如受多变量影响的物理量量化方法：常采用固定某些量，而量化另一物理量的方法，如速度、密度、溶解度等。教学中如能对速度、密度等物理量量化处理的科学思维过程进行回顾、分析、概括，就能很自然地将此科学思维迁移到溶解度的学习中来，还可以拓展应用到反应速度的概念中去。通过量化处理方法的学习形成一类科学思维系列或结构，再慢慢向“量变与质变”的哲学思维发展。

3.分散实施，螺旋上升

科学思维对学生来说是隐性的，但对教师来说应是显性的，教师在课堂教学设计中必需清晰地指出在哪个知识点帮助学生学习（训练）什么科学思维或学习什么思维加工方法等，每节课的科学思维也要有重点，不能面面俱到或蜻蜓点水。各类科学思维要建立经典的“根据地”，要有科学思维可回归的锚点。当学生解决问题遇到困难时，可帮助学生回归“根据地”重温科学思维的形成过程，以更好地发挥其功效。

如以学生熟悉的蜡烛燃烧实验为锚点，通过追问建构相关的学科思维。实验观察到的主要现象是什么？火柴和烛芯的作用是什么？火焰是怎样形成的？为何一开始要火柴点燃，燃着后却不需要火柴？火焰为何会出现三层？怎样证明外焰温度最高？火苗为什么会向上？蜡烛能持续地燃烧应具备哪些条件？怎样使蜡烛燃烧火焰更大，燃烧更旺？怎样证明蜡烛燃烧的生成物有H2O和CO2？为何熄灭后会有一缕白烟？等等。

当然这些问题不可能在一节课内完成，可在一次次复习回顾中适时巧妙地提出，让学生思考、讨论，做出合理的猜想、验证，慢慢地发展学科思维，形成学科观念，以便在后面的学习中挑战、修正、完善，使学科思维得以发展。看似一次次复习蜡烛燃烧的知识点，其实是一次次对已有科学思维的概括与提升，教学设计的最高境界是天天复习，时时拓展，处处挑战。

总之，在初中化学教学中发展学生的科学思维要着眼未来，既要顾及眼前，又要谋及长远。教的是当下，学的是未来，要用长远的观点、发展的观点来对待眼前和现实的问题，为了长远的、未来的发展，要打好眼前的基础。任何事物都不是孤立地存在着，它们都处在普遍联系之中，相互作用、相互制约，只有做到统筹兼顾，才能取得最大的效益。