化學“守恒思想”促進高中生思維水平的探討

歐陽學浩，申少華，劉 杰，鐘 黎，張蔚然

(1.湖南科技大學 化學化工學院,湖南 湘潭 411201；2. 湖南科技大學 教育學院，湖南 湘潭 411201)

化學學科思想作為化學學科體系的一個基本要素，是化學學科的靈魂。它是在化學這一門自然科學從無到有、從低級到高級、從實驗到實踐升華的過程中形成的，是對化學的本質、特征、價值的基本認識。化學學科思想主要包括：聯系思想、守恒思想、整體性思想、一般與特殊的思想、綠色化學思想等。其中“守恒思想”是化學學科思想一個相對獨特且非常重要的思想，它貫穿了整個基礎化學教育的始末，在基礎教育階段化學教材中有重要的體現。 “守恒思想”能否對中學生思維能力的發展有比較顯著的影響？對學生能否學好基礎化學是否會起到關鍵性作用？利用“守恒思想”的教學策略有哪些？為了回答這些問題，有必要從基礎化學教材角度、學生的認知發展特點兩個維度分析，來探討 “守恒思想”對學生思維水平的促進作用，以及其主要的教學策略。

1 “守恒思想”及思維水平釋義

所謂“守恒思想”，是指以質量守恒定律和能量守恒定律為基礎，選擇變化前后的某種量作為解題依據來解決化學問題，是化學問題解決過程中的一種系統、層次、概括的思維方法。核心觀點有"質量守恒"、"原子守恒"、"電子(荷)守恒"、"能量守恒"，具體如表1所示。

表1 “守恒思想”核心觀點及理解Table 1 The core idea and understanding of conservative thought

思維水平是一個人的思維過程、思維方式、思維品質、思維結果不同層次的反映，思維能力則指包括理解力、分析力、概括力、判斷力、推理力等在內的智慧能力[1]。思維水平的高低反映出思維能力的強弱，思維能力的發展也可以促進思維水平的提高。在中學化學學習中，學生的思維能力主要體現在化學問題的解決能力上。

2 化學“守恒思想”促進高中生思維水平的研究現狀

“守恒-化學計算解題的重要思維方法”、“守恒思想在高中化學教學中的應用”、“巧用守恒思想實現一題多解”等等[2-4]，這一類文章重點闡述了“守恒思想”在教學或解題中的應用，旨在從結果上提高學生問題解決能力，并不是與教材知識結構、學生認知發展等特點結合分析，學生學習“守恒思想”是如何提高學生化學問題解決能力、促進學生思維水平的。

對高中生“守恒思想”促進中學生思維水平的研究，需借鑒以龔偉等對高中生"化學守恒"思維水平所作的調查報告。報告將被試結果詳盡分析和統計后得出：①高中生化學守恒思維水平處于中等水平，學生并沒有真正理解“守恒思想”實質，無法靈活遷移，仍處于機械應用水平；②測試結果也表明，學困生中無化學守恒問題解決能力強的，學優生中無化學守恒問題解決能力差的，對"化學守恒"的掌握和理解水平直接影響了化學守恒問題的解決，也在一定程度上與學生總體學習成績正向相關[5]。

3 基于學生認知發展的教材“守恒思想”知識體系分析

3.1 高中生化學學習認知發展特點概述

皮亞杰將認知發展分為四個階段，高中生學習化學時已處于“形式運算”階段，這個時期的認知發展特點是思維形式擺脫了思維內容，能進行假設-演繹推理，這對于學生學習“守恒思想”的具體內容，并利用“守恒思想”進行化學問題解決尤為重要。從化學學習的實質來看，化學學習的進行過程是通過一系列的心理活動(或操作)，如聯想、想象、分析、綜合、抽象、概括、系統化等，對外來的信息或存在的資料(各種化學教學信息、材料)進行加工處理完成的[6]。高中學生在化學學習過程中，由于所學知識難度、抽象水平的提高，其認知水平具有層次性發展的特點。

3.2 高中教材中“守恒思想”知識體系

高中化學教材中“守恒思想”具體內容主要包括有：電荷守恒、電子守恒及能量守恒等。結合初中學習的“質量守恒”(元素守恒、原子守恒)，學生的“守恒觀”基本形成，運用“守恒思想”解決問題時需要有相對初中階段更靈活、更系統和更綜合的思維能力。學生在系統學習高中化學教材中有關“守恒思想”的知識時，其認知、思維水平會不斷受到影響，從而逐漸形成對化學學科思想內涵的認知和以自身知識體系為基礎的學科觀、方法論[7]。現以人教版《普通高中課程標準實驗書·化學》教科書為例，概括教材知識點中所涉及到的“守恒思想”及學生學習認知活動如表2所示。

表2 “守恒思想”在高中教材中的知識體系及對學生認知活動的影響Table 2 The knowledge system of "conservation thought" in senior high school textbooks and its influence on students' cognitive activities

4 基于教材編排及學生認知的“守恒思想”教學策略

通過高中化學教材內容分析，有關“守恒思想”的具體內容在教材中的編排是契合學生認知發展規律的，由于“守恒思想”相關知識具有在教材中涉及范圍廣、知識廣度深、知識網絡清晰等特點，掌握“守恒思想”對高中生的思維能力會有顯著的促進作用，且對于學生能夠學好化學能起到關鍵性作用。在實際教學過程中，教師應如何利用“守恒思想”進行教學，以促進中學生思維水平提高呢？

4.1 立足學生認知發展 引導學生主動建構

“最近發展區”是以維果斯基為代表之一提出的認知理論，它指出教學應該著眼于學生的最近發展區，為學生提供更高難度或層次的內容，充分發揮學生的潛能，超越最近發展區而達到相對高的水平。如學生學習完初中化學的內容后，對質量守恒定律有了較深刻的理解，對其中的“質量守恒”、“元素守恒”、“原子守恒”也達到了能夠應用的水平。教師在此基礎上應充分認識到學生的“最近發展區”，結合學生已有的知識水平設計

對“電荷守恒”、“電子守恒”等知識難度更高的教學，學生的思維水平才能在原有基礎上得到進一步提升。

建構主義理論強調學習者的主動性，鼓勵學習者在學習過程主動思考、探索和發現，并且能夠對所學知識進行主動建構，在建構過程不斷內化成自身的知識。如學生在學習“氧化還原反應”時，了解“電子得失守恒”的概念后，教師可以設置問題驅動，引導學生去思考并發現“電子守恒”與“元素守恒”、“電荷守恒”等之間的區別與聯系，以幫助學生內化成自身的知識體系，促進學生比較、分析、綜合的思維能力。

4.2 整合教材知識結構 循序漸進提升思維

“守恒思想”知識體系具有層次性、概括性的特點，并且具體的知識點之間有相互的聯系。首先，教師要統攝與整合教材中“守恒思想”的知識結構，這樣才能高屋建瓴地引導學生在學習過程中思考、發現和探索[9]；其次，教師在教授“守恒思想”新課時，不能將新知識點孤立起來，而要與之前所學的“守恒思想”有關的知識聯系起來，培養其學生主動建構、遷移的思維能力。最后，由于“守恒思想”知識體系層次性和概括性的特點，循序漸進地提高學生思維能力、問題解決能力是很重要的內容，而不是對學生簡單知識灌輸。

4.3 創設合理情境活動 滲透“守恒思想”教學

創設合理的教學情境，有利于學生在學習知識過程中主動地建構和探究，讓學生體驗知識的發生和發展過程，使學生的認知能力、思維能力得到發展。可以將“守恒思想”的具體知識與生活、社會相結合，或利用問題探究、認知矛盾等方式來創設情境，從而在教學過程中滲透“守恒思想”。如在人教版必修一《氧化還原反應》課題中，通過一系列問題探究以及利用學生認知矛盾的情境創造方式，最終引出氧化還原反應的本質。

5 結語

通過對教材分析，與“守恒思想”有關的知識體系在中學化學教材中有重要的地位，幾乎貫穿了基礎教育階段化學學科體系。基于學生認知發展的特點，對學生學習化學過程中的認知活動進行分析，化學“守恒思想”的學習對中學生思維水平有顯著的促進作用。在實際教學中，應重視利用有效的教學策略，滲透“守恒思想”等學科思想的教學。

[1] 王秀娟.研究思維水平的差異，培養創造性思維能力[J].數學通報，2003(9)：16-17.

[2] 諸全頭.守恒-化學計算解題的重要思維方法[J].化學教學，2014(9)：80-82.

[3] 張 霏.守恒思想在高中化學教學中的應用[J].中學化學，2016(2)：19-20.

[4] 王續斌.巧用守恒思想實現一題多解[J].中學化學教學參考，2015(2)：64.

[5] 龔 偉，王祖浩，錢智涌.高中生“化學守恒”思維水平狀況的調查分析[J].化學教育，2012(6)：49-52.

[6] 吳鑫德.化學教育心理學[M].北京：化學工業出版社，2011.

[7] 吳俊明.分類觀是化學學科的基本觀念嗎[J].化學教學，2015(4)：3-5.

[8] 丁 櫻.基于認知發展理論構建“物質的量”單元教學策略[J].化學教育，2016(5)：5-8.

[9] 謝兆貴.學科思想方法與中學化學教學[M].蘇州：江蘇鳳凰教育出版社，2015.