談高中學生化學思維梯度的搭建方法

孫夕禮（金陵中學　江蘇南京　210005）

談高中學生化學思維梯度的搭建方法

孫夕禮
（金陵中學江蘇南京210005）

摘要：文章從思維導圖、課例、歸納解題方法、建模、用模等方面談了高中化學思維梯度的搭建。

關鍵詞：思維；思維梯度；搭建

中圖分類號：

文章編號：1008-0546（2015）04-0055-03G632．41

文獻標識碼：B

一、思維與思維梯度

通常，智力、思維、認知這三個詞之間具有很大的相似性，即都表示人認知方面的特點和能力，但從嚴格的意義上看，這三個概念之間還是有區別的。“智力”是指人認識、理解事物和現象并運用知識、經驗解決問題能力的總和，它包括所有的與認識活動有關的能力；“思維”是人運用表象和概念進行分析、綜合、判斷和推理等認識活動的過程，是“智力”的最高級最核心的部分。因此，“智力”與“思維”間的關系應該是：智力包含思維，思維是智力中的靈魂。

“認知”是指那些能使主體獲得知識和解決問題的操作和能力。認知是人類個體內在的心理活動的產物。雖然，我們不能直接看到主體內在的認知過程，但可以通過觀察、分析主體認知活動的外在行為來推斷在其大腦內部進行的認知活動本身。“認知”有廣義和狹義之分，當從廣義的角度使用“認知”這個概念時，其含義與“智力”的含義等同；當從狹義角度使用時，其含義與思維等同。

結合認知科學和化學教學的特點和規律，我們認為化學學科中的思維能力即思維梯度有五個層次分別如下：

第一個層次：對化學知識能融會貫通，將知識縱、橫向統攝整理，使之網絡化，變“無序”記憶為“有序”記憶——具有對知識的再現和辨別能力。簡稱為：知識的再現能力。

第二個層次：分解實際問題，并調用貯存的知識組塊，通過遷移、轉移和重組，將問題得以解決——具有對知識的運用能力。簡稱為：知識的運用能力。

第三個層次：將化學知識按內在聯系，通過抽象、歸納、邏輯地統攝成規律，并能按此規律進行推理和想象——對知識的創造能力。簡稱為：知識的創造能力。

第四個層次：通過分析和綜合、比較和論證——培養學生在錯綜復雜的問題中，選擇解決問題的最佳方案的評價能力。簡稱為：方案的評價能力。

第五個層次：重視各學科之間的相互聯想——培養學生善于將化學問題抽象成數學問題，建立數學模型解決化學問題的能力。簡稱為：數學的建模能力。

二、橋梁方法

即從低級向高級過度的設計。橋梁方法實際上是一種媒介，怎樣結合化學教學內容，采用什么方法提升學生思維能力層次要求，深化思維品質的培養。

三、舉例

1．構建思維培養的化學教學模式

例如，化學科學新授課幾種課型結構的同異比較如下表：

課型教學過程結構事實學習形態獲觀察　　整理比較　　結構問題→取實驗→加工分類→結論性質→應用事……　　事實……　　特征實……｛　｛｛｛｛｛概念學習比較獲　觀察　　整理　分類問題→取　實驗→加工　抽象→結論（概念）→應用事　考察　　事實　概括實　……　　……｛｛｛｛規律學習獲觀察　　比較取實驗　　整理　抽象　　規律問題→事　考察　→加工　概括→結論　　→應用實　查資料　　事實　推理　　原理……　　……｛｛｛｛｛｛

2．用思維導圖來進行學科知識和學科教學知識的整合

（1）化學學科知識與化學學科教學知識

化學學科知識包括學科的內容知識（基本概念和理論、元素及其化合物、有機化學、化學計算、化學實驗等），基本技能和基本方法；化學學科教學知識包括了課程資源的利用和整合方法、處理特定教學內容的策略、知識表征的途徑和方法、化學實驗綜合能力、化學課堂組織實施的一些方法和手段等。

（2）思維導圖

思維導圖（mindmap）是英國人東尼·布贊（Tony Buzan）發明的一種思維工具，最初是以記筆記的方法出現的，它是語義網絡的可視化表示方法，是人們將某一領域的知識元素按其內在關聯建立起來的一種可視化語義網絡。

（3）兩者通過思維導圖融合的方式和隱線

我在具體的教學過程中，將所授內容先構畫出思維導圖，然后再根據思維導圖設計出具體的教學流程，具體的教學流程實際上是思維導圖的擴大化應用，它融合了學科知識和學科教學知識的內容。筆者認為這是教學設計上的一種創造。兩者關系為：

（4）具體應用案例

案例：NH4Cl溶液為什么能使Mg（OH）2沉淀溶解？

思維導圖：

3．以課例尋找思維梯度搭建的方法

以Fe2＋?Fe3＋的轉化為例。

人教版化學必修（1）鐵的第三章金屬及其化合物第二節幾種重要金屬化合物，包括鐵的氧化物、鐵的氫氧化物、鐵鹽和亞鐵鹽及實踐活動（鐵鹽的凈水作用）。重點內容是鐵鹽和亞鐵鹽中Fe2＋?Fe3＋的轉化。

注：1－5按照探究性實驗的教學步驟設序

本節課是作者2007年12月17日在高一（6）班的一堂研究課，課前進行了學生分組實驗和教師演示實驗內容的準備，在設計時體現了以下的教學思路：

第一步：提問Fe（OH）2、Fe（OH）3的相關性質，讓學生書寫Fe（OH）2、Fe（OH）3分別與HCl、HI（強酸）、HNO3等反應的化學方程式，從而復習舊知，啟迪思維，留有伏筆。

第二步：Fe3＋的檢驗（分別SCN－，OH－）→Fe2＋的檢驗（分別OH－，SCN－／H2O2）→Fe2＋還原性。

第三步：Fe2＋還原性，發散思考：哪些氧化劑可以氧化Fe2＋？

確定后實驗之并記錄現象，完成化學方程式和離子方程式！（氯水、過氧化氫、酸性高錳酸鉀、稀硝酸…）追問Fe2＋只有還原性嗎？從化合價Fe?Fe2＋?Fe3＋分析之；過渡到第四步。

第四步：Fe3＋的氧化性，給出幾種藥品讓學生設計實驗來驗證FeCl3中Fe3＋的氧化性，藥品有Fe、Cu、KI（淀粉，苯）、Vc……

第五步：請設計實驗，比較I－、Fe2＋、Vc還原性的相對強弱。

教師幫助學生搭建思維臺階，學生設計方案并實驗之。

第六步：師生分析完成開頭的Fe（OH）3＋HI、Fe（OH）2＋HNO3的反應，介紹FeCl3、FeCl2的保存（展示試劑瓶），講解Vc在使用中應注意的問題，FeCl3凈水的原理，練習除雜FeCl3（FeCl2）；FeCl2（FeCl3）。

4．歸納解題方法，在運用中構建思維梯度

中學化學解題方法很多，教會學生一些重要的解題方法，一題多思、多解，為學生的思維成長搭建腳手架。

例如：用下面兩種方法可以制得白色的Fe（OH）2沉淀。

方法一：用不含Fe3＋的FeSO4溶液與用不含O2的蒸餾水配制的NaOH溶液反應制備。

（1）用硫酸亞鐵晶體配制上述FeSO4溶液時還需加入________。

（2）除去蒸餾水中溶解的O2常用____的方法。

（3）生成白色Fe（OH）2沉淀的操作是用長滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再擠出NaOH溶液，這樣操作的理由是____。

方法二：在如圖裝置中（圖略），用NaOH溶液、鐵屑、稀H2SO4等試劑制備。

（1）在試管Ⅰ里加入的試劑是____。

（2）在試管Ⅱ里加入的試劑是____。

（3）為了制得白色Fe（OH）2沉淀，在試管Ⅰ和Ⅱ中加入試劑，打開止水夾，塞緊塞子后的實驗步驟是____。

（4）這樣生成的Fe（OH）2沉淀能較長時間保持白色，其理由是____。

這是一個典型的綜合能力考查題目，從本題的命題特點，可以獲得許多復習啟示：

（1）立足教材基本實驗內容，從Fe（OH）2的“個性特征”作為發散點，考查Fe2＋的還原性、Fe2＋的水解與抑制原理、影響氣體溶解性的因素、創新實驗的觀察與解讀能力等，具有高度學科內綜合的特點。

（2）試題各問的梯度和考查指向明顯，在熟悉教材的基礎上可以對方法一做出圓滿解答，具有較強的化學實驗能力與觀察思維能力才能對方法二做出合理判斷。

（3）既要“知其然”，還要“知其所以然”，且能用簡練的化學術語進行描述。

5．“建模、用模”在化學思維構建中的應用

2006年高考化學江蘇卷第26題體現了建模、用模的思想，原題是這樣的：

利用太陽光分解水制氫是未來解決能源危機的理想方法之一。某研究小組設計了如右圖所示的循環系統實現光分解水制氫。反應過程中所需的電能由太陽能光電池提供，反應體系中I2和Fe3＋等可循環使用。

（1）寫出電解池A、電解池B和光催化反應池中反應的離子方程式。

（2）若電解池A中生成3．36 L H2（標準狀況），試計算電解池B中生成Fe2＋的物質的量。

（3）若循環系統處于穩定工作狀態時，電解池A中流入和流出的HI濃度分別為a mol·L－1和b mol·L－1，光催化反應生成Fe3＋的速率為c mol·L－1，循環系統中溶液的流量為Q（流量為單位時間內流過的溶液體積）。試用含所給字母的代數式表示溶液的流量Q。

點評：第（3）要求根據化學反應2Fe2＋＋I22Fe3＋＋2I－，得出“光催化反應生成I－的速率v（I－）＝v（Fe3＋）＝c mol·min－1，化學問題抽象成電解池A中消耗I－的速率應等于光催化反應池中生成I－的速率，從而得出：a mol·L－1×Q－b mol·L－1×Q＝c mol·min－1，解出Q。可見，化學問題抽象成兩個數學等量關系進行建模，要求考生的思維必須具備有序性和深刻性。

啟示：本題要求學生從復雜的情境中抓住本質，建立“化學反應2Fe2＋＋I2Fe3＋＋2I－，得出“光催化反應生成I－的速率v（I－）＝v（Fe3＋）＝c mol·min－1，化學問題抽象成電解池A中消耗I－的速率應等于光催化反應池中生成I－的速率，從而得出：a mol·L－1×Q－b mol·L－1×Q＝c mol·min－1，解出Q”兩個等式模型，然后運用這一模型建立數學方程，解決實際問題。這種“建模、用模”的思維方式在高中化學中有許多應用。

“模”就是“模式”、“模型”，建模思想就是將復雜的化學問題去其非本質的東西，抽象出解決問題問題的思維方式，即“模”，然后運用這一模式去解決相關問題，它的一般過程可表示為：

參考文獻

［1］楊學萍，孫夕禮．“建模、用模”在化學高考復習中的應用［J］．化學教學，2007，（5）

［2］孫夕禮．“Fe2＋與Fe3＋轉化”的教學案例設計及反思［J］．化學教學，2008，（9）

doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2015．04．020