高一學生化學思維過程的差異及其培養策略研究

李嵐

摘要：采用口語報告的方式研究高一學生化學思維的過程，發現學生的思維水平高低主要由思維過程的差異導致。提出了相應的策略，以培養學生“分析與綜合”、“比較與分類”、“抽象概括與具體化”的思維能力。

關鍵詞：化學思維；思維過程；培養策略；口語報告法

文章編號：1005–6629（2015）1–0016–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 研究目的與基本方法

學生之間的思維水平差異是客觀存在的。教師只有探查出影響學生思維水平的過程因素，并在教學實踐中有針對性地進行方法指導，才會取得理想的教學效果。

2012年7月，我們采用口語報告（即德國心理學家鄧克爾提出的出聲思維法）方式進行研究，探查影響高一學生思維水平的因素，并把探查結果聚焦到學生的思維過程上。

口語報告中涉及的3個問題均來自蘇教版選修教材《化學反應原理》的內容。該模塊是對學生思維要求較高的選修模塊，涉及的內容學生還未學到，避免了學生已有知識經驗對研究造成的影響。為避免學生在獲取信息時存在障礙，我們在表述問題時充分考慮了學生的已有知識經驗。被試為剛結束高一學段化學必修學習的有代表性的15名學生：5名學優生已決定升入高二學段選修科目選擇化學，且有信心學好化學；5名中等生有選擇化學學科的意愿，但擔心選修要求高，思維能力跟不上；5名學困生因學習化學必修時已顯吃力，考慮不再選擇化學學科。在研究中主要考察了學生在利用獲取的信息進行“分析與綜合”、“比較與分類”、“抽象概括與具體化”等時呈現的思維過程的特點，以期為更好地探尋培養學生思維能力的教學策略提供依據。

2 高一學生化學思維過程的差異

研究數據顯示，學優生、中等生與學困生解決問題的正確率以及耗時相差較大（見表1和表2）。

為此，我們深入分析了被試的口語報告并配合訪談，比較學優生、中等生和學困生在解決問題過程中的思維差異。

2.1 對信息的“分析與綜合”能力的差異

問題1 請觀察下列表示氫氣在氧氣中燃燒生成水的熱化學方程式，

試著書寫1mol氫氣在1/2mol氧氣中燃燒生成水蒸氣的熱化學方程式。

參考信息：已知在25℃和101 kPa的條件下，斷開1mol H2（g）中的H-H鍵要吸收436kJ的能量，斷開1mol O2（g）中的共價鍵要吸收498kJ的能量，而生成H2O（g）中的H-O鍵會放出463kJ的能量。

問題1探查的是學生面對題設材料能否采用“分析與綜合”的方法進行思維加工，進而提煉出反應焓變與物質狀態、計量數的關系，以及書寫熱化學方程式的能力。

分析是在思想上將事物的個別特征、個別方面分離出來的過程，綜合是在思想上把事物的各個部分、個別特征或個別方面結合起來考慮的過程。在思維過程中分析與綜合總是相互聯系的，人的思維活動一般是按照分析、綜合，再分析、再綜合而不斷深入展開進行的。由表2可見，學優生對信息的深入“分析與綜合”能力明顯優于中等生和學困生，正是由于這種差異導致了學生后續的思維過程產生了更大的差異。學優生有著較強的化學知識基礎，分析反應焓變與物質狀態、計量數的關系時能有序觀察，綜合考慮問題較全面，解題也嚴謹，有的學生還嘗試從不同的角度解決問題。學困生的觀察則顯得淺顯而雜亂，分析問題“淺嘗輒止”。中等生之間的差異較大，深度訪談發現，思維障礙主要表現在：有的觀察只關注數值大小，有的分析問題只聚焦個別特征而不綜合思考，還有的憑生活經驗主觀推斷，在計算方面僅是機械遷移題目中的形式，不善于根據新信息采取一些補救措施。

2.2 對信息的“比較與分類”能力的差異

問題2 根據下表中部分鹽溶液的酸堿性的實驗事實，判斷Na2SiO3溶液、CH3COONH4溶液的酸堿性。

問題2探查的是學生的“比較與分類”能力。

比較是在思想上確定事物異同的思維過程，分類是思想上按照事物的異同把它們區分為不同種類的思維過程，比較是分類的基礎。研究結果表明，學優生、中等生都能順利得出Na2SiO3溶液顯堿性的結論，但是只有學優生能客觀地評價CH3COONH4溶液的酸堿性。由題給信息“CH3COONa顯堿性，NH4Cl顯酸性”只能得出“醋酸是弱酸，一水合氨是弱堿”，而沒有涉及到兩者誰更強些時，學優生能辨證地分3種不同的情況進行討論；中等生錯誤地認為“NH4Cl顯酸性，CH3COONa顯堿性，它們兩者反應生成的CH3COONH4顯中性”的結論，說明“比較與分類”能力的差異會影響后續判斷的正確率；學困生不善于對信息進行分類和比較，只有3名學生判斷出Na2SiO3溶液顯堿性，對CH3COONH4溶液的酸堿性的判斷大都采用主觀臆測的方式。

2.3 對信息的“抽象概括與具體化”能力的差異

（1）填寫表中的空格（用計算器計算）。

（2）分析表中的數據，總結歸納平衡時反應物和生成物的物質的量濃度之間的關系。

問題3測試的是學生“抽象概括與具體化”的能力。

抽象概括是在思想上抽取、集中同類事物共同的本質屬性或特征，由個別到一般的思維過程，具體化是同抽象和概括相反的思維過程，它是將抽象概括出來的一般屬性或特點還原為具體對象，由一般到個別的過程。我們發現在口語報告中，無論是學優生還是學困生在借助于數學公式計算平衡濃度關系數值時完成得都很好，但是在“抽象概括”部分，不同層次的學生表述的內容差別很大。學優生往往能脫離具體的反應，靈活理解計算結果的內涵，并能迅速將此結論推演到其他的化學反應中去。而學困生得出的結論基本上是“就事論事”。通過訪談，我們發現，學困生在化學學習中比較關注結論，不重視概念、定律、原理等的抽象概括過程，這種“重結果，輕過程”的學習方法，必然導致其在解決具體問題過程中思維無序。多數中等生其實心里面能想到平衡時反應物和生成物的物質的量濃度之間的關系，但用語言表達時不夠自信，也不夠到位，反映其思維過程不是很清晰。

3 在高一學段培養化學思維能力的教學策略

蘇霍姆林斯基說，“在學生的腦力勞動中，擺在第一位的不是背書和記憶別人的思想，而是讓學生本人進行思考”；“如果學生不能籌劃他自己解決問題的方法，自己尋找出路，他就學不到什么，即使他能背出一些正確的答案，百分之百正確，他還是學不到什么”[1]。

心理學研究表明，高一學生正處于思維發展的躍進期。我們在長期的教學實踐中發現：學生經過高一學段必修化學學習后，化學學習兩極分化較為明顯。如果我們能立足于高一化學必修學習階段，創設情境引領學生優化思維的過程和方法，將有助于提高學生的思維水平。

3.1 引導學生學會分析與綜合

觀察是分析與綜合的前提和基礎。信息顯示的強/弱以及鮮明/隱蔽程度會影響觀察的全面性和合理性，從而影響后續的分析和綜合活動；已有經驗、思維習慣和主觀臆測會起促進或干擾作用從而影響分析和綜合活動。為了引導學生學會分析與綜合，我們從引導學生學會有序觀察、防止干擾、全面搜集信息開始，嘗試把研究的整體分為若干部分、方面、環節、因素等等并進行比較，找出具有關鍵性或者能說明本質的部分、方面、環節、因素等；或者把各個部分、方面、環節等等結合成整體，產生新的認識和發現。

案例1 “氣體摩爾體積”教學中提高學生“分析與綜合”能力的引導過程

[演算]計算1摩爾Al、Fe、H2O、C2H5OH、H2、N2、CO的體積。

[思考]從以上計算結果中可以總結出哪些規律？

[方法引導]比較計算結果的數據，分析數據規律。比較相同狀態和不同狀態物質的體積規律，分析物質狀態與體積的關系。

[分析]為何具有上述規律？相同條件下，不同固、液態物質的摩爾體積不同，不同氣體的摩爾體積幾乎相等。

[方法引導]要解釋現象必須從現象背后的本質入手，需了解影響物體體積的因素有哪些？

[綜合]決定體積的因素有：構成物質的微粒數目、微粒的大小和微粒間的平均距離。

[分析] 1mol物質的體積由哪些因素決定？

[綜合]取決于分子間距離、分子的大小。

[分析]構成氣體的微粒間的平均距離主要受哪些條件影響？是怎樣影響的？

[綜合]氣體分子間的距離受溫度和壓強影響。

[分析] 1mol任何氣體在標準狀況下（0℃，101kPa）所占的體積都相同嗎？

[引導推理]分子的大小可忽略，而溫度、壓強相同時，不同氣體分子間的平均距離幾乎是相同的。又因為1mol任何氣體所含分子數是相同的，所以它們在標準狀況下的體積是相同的。

[引導概括]氣體摩爾體積和標準狀況下的氣體摩爾體積數值。

[方法總結]從上述氣體摩爾體積的學習過程中，你覺得該如何從大量的信息中探尋出其中隱藏的規律？

上述案例中教師沒有直接講授，而是適時點撥，讓學生感悟學習過程中隱藏的科學方法，在解決問題的過程中提高“分析與綜合”能力。

3.2 引導學生學會比較與分類

我們在研究中發現，學生在對新情境下的信息進行加工時，往往拘泥于具體形態，不分表里，不善于由此及彼，其原因跟不會選擇確定的標準進行比較和分類有關。為此，我們在教學實踐中有意識地將一些抽象化的過程分成若干步驟來進行，引導學生學會在比較的基礎上進行分類思考。例如，采用實驗探究法進行原電池的教學，首先讓學生操作并觀察“鋅與稀硫酸”、“銅與稀硫酸”、“鋅與銅相分離放入稀硫酸”、“鋅與銅相接觸放入稀硫酸”、“鋅與銅用導線相連放入稀硫酸”、“鋅與鋅用導線相連放入稀硫酸中”等實驗。學生在實驗中可獲得大量的觀察結果。在此基礎上，教師再引導學生把事物的某些特征區分出來，從而對它們進行比較，確定它們的異同，并分類歸納出本質屬性。

案例2 “原電池”教學中提高學生“比較與分類”能力的思維誘導提綱

第一組思維誘導提綱：針對以上六組實驗

（1）比較六組實驗中實驗現象有何差別？

（2）比較六組實驗中實驗條件有何差別？

（3）根據實驗現象或實驗條件的不同可將上述實驗裝置分成哪幾類？

（4）歸納每一類實驗之間的共同點和不同類實驗之間的差異點。

（5）概括實驗條件和實驗現象之間的關系。

（6）說明在本次實驗中要產生電流，必須具備何種條件？

第二組思維誘導提綱：針對“鋅與銅用導線相連（連有電流計）放入稀硫酸中”實驗

（1）電流計的指針為什么會偏轉？電子流動的方向如何？

（2）鋅片上的電子為什么會流向銅片？

（3）銅片上為什么會有氣泡產生？

（4）鋅片和銅片的質量會發生什么變化？

（5）從氧化一還原反應的角度分析，兩極各發生何種變化？

（6）從能量轉變的角度分析，原電池是一種什么裝置？

（7）得到的結論是否具有普遍的推廣意義？

學生通過比較每一個實驗現象，并對六組實驗進行分類，歸納得出原電池的概念。這樣的教學設計使學生在形成概念的過程中，反復經歷思維活動的訓練，最終概括出原電池的工作原理并能推廣，對提高學生思維能力是有益的。

3.3 引導學生學會抽象概括與具體化

梯度問題就是依據高一學段學生的認知規律，將一些有一定難度的學習內容設計成一組由簡單到復雜、由易到難，知識內容上有邏輯性、思維層次有遞進的問題群，引導學生進行抽象概括與具體化[2]。

例如“苯”的教學要求學生根據分子式推導苯的結構，可是在苯之前的教學中只講過碳碳單鍵和雙鍵知識。為此，我們設置了以下的梯度問題。

案例3 “苯”教學中提高學生“抽象概括與具體化”能力的梯度問題

（1）根據苯的分子式C6H6，它屬于飽和烴還是不飽和烴？

（2）根據飽和烷烴的通式，苯的不飽和度如何？

（3）可能有多少雙鍵？叁鍵？

（4）寫出可能鏈狀結構的結構簡式。

（5）若苯分子為上述結構之一，則其應該具有的重要化學性質是什么？可設計怎樣的實驗來證明？

（6）實驗事實表明，苯不能使溴水褪色，也不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，說明苯的化學性質與烯烴或炔烴是否相同？

（7）若苯分子是環狀結構，試畫出可能的結構。

（8）若苯分子為平面正六邊形結構，試畫出可能的結構。

上述問題貫穿課堂學習的各個環節，以使學生的思維經歷從具體到抽象、從特殊到一般的過程，通過“比較—推理—概括—具體化”的邏輯順序抽象出苯的結構。

4 結語

通過研究，我們發現學生的思維過程確實存在著顯而易見的個體差異。在口語報告結束后，對出現問題的學生進行個別訪談時，我們發現學生出現錯誤答案或解題困難（中斷）時，最主要的原因是思維過程中存在不當甚至錯誤的方式方法。因此，有的學生一教即會，有的學生學習速度慢，有的學生還需輔以個別指導才能學會。在教學中，教師需與學生有更多的對話機會，使學生樂于表達自己思考問題的過程和方法，讓學生主動、積極地參與教學，充分地讓思維活躍起來，這樣才能促進不同層次學生的思維能力都能得到較好發展。

致謝：揚州大學呂琳副教授及其研究生提供了部分資料，特表感謝！

參考文獻：

[1][美]杜威（Dewey， J.）著.王承緒譯.民主主義與教育[M].北京：人民教育出版社，1990：168.

[2]楊紅艷.在化學學習中培養高一學生的抽象思維能力[J].新課程學習（中），2011，（10）：91.