打造科学的化学思维课堂发展化学学科核心素养

□江苏省常州市溧阳中学 彭 芬

高中阶段是学生思维品质发展的关键时期。化学思维能力是学生学习化学知识，解决化学问题的能力，是发展化学学科核心素养的关键能力。课堂教学是培养学生的主阵地，打造科学的化学思维课堂，提高学生的化学思维品质，是发展化学学科核心素养的关键。

一、化学思维的内涵

思维是以感知为基础又超越感知的行为。它探索与发现事物的内部本质联系和规律性，是认识过程的高级阶段。

不同的学科有不同的特点。化学是一门以实验为基础的自然科学。化学思维也就是透过实验现象思考化学反应本质，揭示化学反应规律的思维方式。

化学思维方法就是在思维活动中所运用的工具和手段。它既有科学思维的一般特征，也反映了化学科学研究思维的特殊规律，在科学思维方法中具有相对的独立性。

化学思维能力是学生在认识化学物质、建构化学观念并科学探究的过程中所使用的化学思维方法、表现出的化学思维。化学思维能力是将宏观辨识现象与微观探析物质的组成、结构、性质和变化相结合的分析与解决实际问题的能力。化学思维能力的高低直接影响了学生化学核心素养的培养。

二、化学思维与化学学习

高中阶段是学生思维品质发展的关键时期，培养学生的思维品质是发展化学核心素养的关键。教会学生化学思维方法、提高学生的化学思维能力，有利于从宏微相结合的角度分析解决问题；有利于运用化学反应原理解决生活中的实际问题；有利于运用化学实验手段进行科学探究来解决问题，更透彻地理解化学规律，了解它们产生、发展的本质原因，了解化学科学发展过程。从而培养学生质疑、实践、合作、创新的科学态度和社会责任感。

三、目前高中生的化学思维的发展现状

扬州大学吴星教授做过一个关于“高中生化学思维品质发展现状研究”的调查报告，该报告指出，化学思维品质主要包括思维的灵活性、深刻性、独特性、批判性、敏捷性这五个方面。高中生化学思维品质的评价指标体系从这五方面评价了学生的思维能力。报告指出，高中生化学思维的批判性品质和独创性品质较低，其他都比较高。主要原因是创新精神的培养在实际教学中难以得到有效落实，教学中科学探究等有利于学生质疑、创新的教学方式开展得太少。

四、打造科学的化学思维课堂

课堂教学是培养学生的主阵地，化学课堂教学效果，直接影响着学生化学科学思维的发展。

（一）培养化学学科独有的思维方式

化学研究的对象是分子、原子、离子等微观粒子，而微观粒子在一般研究中是不能直接观察到的，只能通过化学实验来观察实验现象，化学反应的本质及其规律也隐藏在复杂的化学现象之中，要用思维去分析，用模型去具体化，用归纳统计、抽象概括去揭示规律。最后用化学语言展现出来。所以，宏观现象、微观分析与符号表征是化学学科的重要学科思维，是学好化学知识的基本能力，同时也能帮助学生更全面地了解化学知识的本质。

案例1：《离子反应》这节课，就可以从宏观的实验探究入手，结合实验现象进行微观分析，落实反应本质的符号表征，如表1所示。

表1 离子反应的符号表征

电离、离子、离子反应等抽象概念，学生通过宏观反应现象分析和微观分析，能够熟练运用化学符号表征出来。符号表征可以帮助学生很好地理解化学反应本质。

案例2：《人类对原子结构的认识》这节课学习到以下知识。

2500年前德谟克利特的科学臆测；

1803年道尔顿提出了实心球模型；

1904年汤姆生提出了葡萄干面包式；

1911年卢瑟福提出了行星结构模型；

1913年玻尔提出了轨道模型；

1926年至今的量子力学模型。

如何来表征原子结构呢？学生通过《人类对原子结构的认识》这节课很自然地学会了用原子结构示意图、离子结构示意图来表征原子和离子，也能理解质子、电子在原子中的运动位置。原子结构、元素周期表周期律、化学键对物质的微观表征让学生对物质的形成有了更好的认识。

另外，化学反应速率、方向、平衡促进学生运用三重表征，学会用化学思维方法提高化学思维能力。

（二）打造化学思维的深刻性

案例3：2018 年江苏省化学评优课《元素周期律》一等奖南通中学瞿洋教师的这节课从数据分析到探寻本质，再到建立模型、运用模型。充分运用了证据推理和模型认知，发展了学生的化学思维。认识原子核外电子排布、元素主要化合价、原子半径都是周期性变化，就是通过摆放磁吸、数形结合等证据分析推理得出的。在帮助学生建立元素的金属性和非金属性周期性变化规律时，通过实验得到：Na、Mg、Al的金属性强弱；H3PO4和H2SiO3的酸性强弱。文献证据为数据比较Mg(OH)2和Al(OH)3的碱性强弱；比较Si、P、S、Cl 单质与H2反应的难易以及生成物的热稳定性；数据比较H3PO4和H2SiO3的酸性强弱。帮助学生构建“元素周期律”的概念。

近几年江苏省高考都有原因分析题，这类题往往比较难，学生得分偏低。恰恰这类题对学生的化学思维要求比较高。不仅要求学生思考时要有深度，而且表述要精准。要想做好这类题，就要帮助学生建立证据意识，学会化学思维方法，从而建立解题模型。

案例4：纳米铁粉（Fe）具有还原性强、比表面积大、吸附性能良好等优点。实验室制取纳米铁粉的反应原理是通过强还原剂来还原溶液中的Fe2+、Fe3+。

制备纳米铁粉的反应过程中需要不断通入N2，否则得到的铁粉会导致硝态氮的去除率下降，其原因可能是____________________________。

第一步：明确结果，若不通入N2，纳米铁粉会被损耗。

第二步：分析结果，通N2的作用一般是排空气，说明空气会影响纳米铁粉。

第三步：寻找证据，纳米铁粉（Fe）具有还原性强、比表面积大、吸附性能良好等优点。

第四步：分析推理，氧气会氧化纳米铁粉，从而使纳米铁粉产生损耗；如果是不同气体，比表面积大、吸附性能强的物质可能会团聚。

第五步：得出结果，排出溶解氧及装置内的空气（或氧气），防止纳米零价铁被空气中的氧气氧化，导致纳米铁的还原能力下降；起搅拌作用，通入氮气破坏纳米零价铁的团聚效应，防止其聚集成团，削弱其反应活性。

从结果到证据再到原理的分析选择，可帮助学生建立解题模型，使化学思维更具深刻性。

（三）打造批判性和创新性化学思维

创新性化学思维是学生的核心素养，创新就要打破旧习惯、旧认知。创新性化学思维形成的先决条件是批判分析问题。因此，培养学生的化学创新思维，不仅要培养学生创新思维意识，更重要的是掌握批判思维的技能。正因为批判性思维的重要性，《普通高中化学课程标准（2017年版）》中就提到，能发现和提出有价值的问题，能从问题和假设出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验、调查等方法进行实验探究；勤于实践，善于合作，敢于质疑，勇于创新。高中阶段是发展学生思维的重要时期，一定要重视学生化学思维的培养，尤其是批判性思维的发展。在进行教学设计时，要认真研究学情，找到最近发展区，利用旧知与新知的矛盾，培养学生的批判性思维。在教学过程中，就同一的问题允许有不同的声音，抓住特殊现象进行深入研究，获得创新性结果。

案例5：2018年江苏省化学评优课《铁及其重要化合物》一等奖海门中学张老师的这节课围绕“探究打印墨粉中的铁磁性物质”展开了教学。

打开淘宝搜索可见不同打印墨粉价格悬殊，打开了学生的思路，发现和提出了有探究价值的问题，引发学生进行科学探究。提出问题：打印机墨粉中磁性物质是什么？（Fe、Fe3O4、Fe 和Fe3O4的混合物）怎样确定打印机墨粉中的铁磁性物质？引发实验探究：检验Fe3O4酸溶后产生的Fe2+、Fe3+。Fe2+、Fe3+的检验正是本节课的重难点，经过证据推理，得出结论。在科学探究过程中，学生大胆假设、敢于质疑、善于合作，创新思维能力得以发展。

如何定量检验打印墨粉中的铁含量？如何选择打印墨粉？等生活实际问题，激发了学生学习化学的兴趣，在化学课堂上为学生提供了思维的空间和平台。培养了学生分析和综合、抽象和概括、迁移和创新等高阶思维的能力。

案例6：《物质的分离与提纯》观摩课立足于学生已有经验，九年级下册“如何从大豆中提取油脂”贯穿于整节课。在处理蒸馏装置的时候设置了大量的问题：如果要将蒸馏出来的己烷收集起来该怎么办？（激发学生设计蒸馏的收集装置）；利用简易装置来蒸馏，有何不足？（激发学生设计蒸馏烧瓶和冷凝管）；如何确定蒸出来的是己烷？（激发学生思考蒸馏需要温度计）。在不断对比中，学生发现问题并提出改进措施，在此过程中，学生的创新思维得以发展，最终得到了正确的实验装置，学生体验到了成功的喜悦。同样在落实“分液漏斗”装置时，也是在不断提出装置存在的不足，进而对比改进装置中完成的。

科技也是在不断批判与创新中进步的。正如在《化学电源》这节课中，学生就深有感触：人类对电池清洁、放电量大、持续放电时间长的电池的制造从未停止过脚步。

（四）提升化学思维能力

化学是一门与生活紧密相关的学科。生活中有许多现象、许多问题都可以用学过的化学知识去解释去分析、解决。

高三的化学课主要是复习课，如何让学生在复习课中将所学的知识得以运用？主题式教学是一个很好的选择。以真实的主题展开，问题解决过程就是知识运用的过程，学生的思维能力得以发展。

案例7：2019 年常州市高三研讨会上周老师的《沉淀溶解平衡》这节课就是把“沉淀溶解平衡”的理解与应用作为发展学生化学思维的载体，以“菠菜和豆腐同食会形成结石吗？”为主题进行主题式教学的。从肾结石如何形成的→如何预防肾结石→已经生病的人（结石CaC2O4在病人体液内存在的情况）→评价治疗方案，分别复习了沉淀的形成→沉淀的溶解→沉淀的转化。

案例8：2018年江苏省评优课《有机合成》一等奖，扬州中学吴老师的这节高三复习课，在进行有机合成复习时，主题教学素材选择要兼顾目标产物的应用价值和学生思维的挑战性。青霉素系列药物恰好满足了这一要求。所以，这节课就围绕着青霉素系列药物合成展开的主题式教学。该课从怎样从青霉素G→氨苄西林→合成氨苄西林→阿莫西林的合成路线及评价，帮助学生体验有机合成的一般思路和原则，从而建立解决有机合成问题的一般模型。

生活素材的获取需要教师有一颗善于观察的心和坚持积累的习惯。许多生活素材除了教师在日常生活中细心的积累以外，更多的是从新闻报道中获取，具体途径可以是电视、网络、报纸等传播媒体。有效利用这些素材，营造学生熟悉的场景，能够帮助学生学会用化学思维思考生活中的点点滴滴。

五、结语

化学学科思维能力是学生学习化学知识，分析、解决化学问题的能力，也是发展化学学科核心素养的关键能力。化学课堂教学是培养学生化学思维品质的基本途径。打造科学的化学思维课堂要求教师不仅要从思想上重视化学思维品质的培养，更要在课堂教学中落到实处，主动营造一个宽松的、贴近生活的情境，鼓励学生大胆质疑，引导学生分析推理，建构解决问题模型，熟练运用三重表征深刻理解问题，从而让化学思维的养成落到实处。