高中化學(xué)教學(xué)中對空間能力的培養(yǎng)策略

張曉慧

物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)這部分知識內(nèi)容具有一定的抽象性和邏輯性，如何培養(yǎng)學(xué)生有效的思維方式，構(gòu)建空間認(rèn)知模型具有重要意義。

1 問題的提出

證據(jù)推理與模型認(rèn)知“是《高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) （2017年版）》所規(guī)定的5個化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，培養(yǎng)學(xué)生的 “證據(jù)意識，建立觀點(diǎn)。結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系”，要求學(xué)生具有證據(jù)意識，能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實(shí)或證偽，培養(yǎng)學(xué)生建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。在物質(zhì)結(jié)構(gòu)這部分知識的學(xué)習(xí)過程中只得到可以通過分析、推理等方法認(rèn)識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互觀關(guān)系，學(xué)會建立認(rèn)知模型，運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。在不同的科學(xué)領(lǐng)域，標(biāo)準(zhǔn)不同，分類方法就不同，一般證據(jù)可以分為直接證據(jù)和間接證據(jù)，直接證據(jù)是指自然界客觀存在的事實(shí)，例如自然現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等，而間接證據(jù)需要人們通過觀察分析以及被驗(yàn)證的事實(shí)和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上得到的相關(guān)結(jié)論。如何在教學(xué)中落實(shí)并且應(yīng)用證據(jù)推理與模型認(rèn)知這一核心素養(yǎng)具有重要的意義。

2 空間能力的內(nèi)涵和意義

化學(xué)是在原子分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及變化規(guī)律的一門基礎(chǔ)學(xué)科。要從本質(zhì)上了解化學(xué)變化的規(guī)律，就要從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)識化學(xué)，而微觀結(jié)構(gòu)的建立又是通過化學(xué)符號聯(lián)系在一起的。物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的模型大部分都是以是三維立體空間結(jié)構(gòu)的形式存在的。以高中化學(xué)選修三為例，從原子的空間結(jié)構(gòu)，到分子的空間構(gòu)型，再到原子晶體，分子晶體，離子晶體，金屬晶體結(jié)構(gòu)等，此部分內(nèi)容比較抽象，學(xué)習(xí)比較困難，需要學(xué)生在頭腦中建立三維空間立體模型。

空間能力是一種非常復(fù)雜的能力。不同學(xué)者所持觀點(diǎn)不同，對于空間能力的理解程度不同。Lohman通過文獻(xiàn)綜合提出了構(gòu)成空間能力的十種因素，其主要因素有空間視覺、空間定向和空間關(guān)系三種因素。綜合多位學(xué)者的觀點(diǎn)，可以把空間能力認(rèn)為指個體能夠正確觀察，辨別物體，將視覺觀察所形成的圖像記憶在人的頭腦之中，并進(jìn)一步透過思維想象的方式在二維平面與三維立體之間任意的移動、扭曲、旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)，表現(xiàn)再認(rèn)、保留與回憶圖像的能力，也可以認(rèn)為是個體在空間或表象方面的能力，是一種對抽象的空間體加工的能力。人類獲取信息大部分通過視覺進(jìn)行輸入，由此看來視覺與空間能力的形成有著緊密的聯(lián)系。學(xué)生對于物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)模型的認(rèn)知有賴于教師對于學(xué)生的思維模型建構(gòu)。如何將培養(yǎng)學(xué)生的空間能力和實(shí)際的教學(xué)策略以最有效、最經(jīng)濟(jì)的方式結(jié)合起來是值得思考的問題。

3 空間思維能力的培養(yǎng)方式

化學(xué)作為一門與空間視覺緊密聯(lián)系的學(xué)科，在物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)中引入空間能力的概念是非常必要的，空間能力中的視覺空間能力占有主導(dǎo)性地位，視覺空間能力是指對所呈現(xiàn)物體進(jìn)行心理折疊、心理旋轉(zhuǎn)以及對物體間相對位置的變化和機(jī)械運(yùn)動進(jìn)行表象的能力，以圖形作為呈現(xiàn)刺激的測驗(yàn)中表現(xiàn)的尤為突出。經(jīng)研究表明，視覺空間能力對學(xué)生在物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)有一定影響，不同學(xué)生所具有的空間能力不同。例如一個班級男女學(xué)生所具有的空間能力的差異就比較大，后天的環(huán)境因素也是造成不同學(xué)生空間思維能力不同的原因之一，需要教師在課堂上培養(yǎng)學(xué)生的空間能力。這時我們就可以通過改變影響空間能力的因素來提高學(xué)生解決問題的能力。

3.1 親身體驗(yàn)策略，建構(gòu)學(xué)生空間立體概念

在高中化學(xué)教學(xué)的過程中，教師應(yīng)輔助學(xué)生優(yōu)化觀察模式，建立空間觀念，在親身體驗(yàn)中總結(jié)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，形成內(nèi)化的空間觀念。

例如，以探究甲烷的空間立體構(gòu)型為例，教師在進(jìn)行甲烷立體構(gòu)型的講述時，給學(xué)生自由想象的空間，可以預(yù)先準(zhǔn)備有機(jī)模型，學(xué)生大膽進(jìn)行猜測，甲烷有一個碳原子和四個氫原子，對甲烷的構(gòu)型進(jìn)行預(yù)測，有倆種可能，分別是正四面體構(gòu)型和平面四邊形，讓學(xué)生動手組合出甲烷的結(jié)構(gòu)，接著對學(xué)生提示甲烷的二氯取代物只有一種，可以排除甲烷的平面四邊形結(jié)構(gòu)，從而判斷出甲烷的空間構(gòu)型是正四面體。

3.2 空間能力的訓(xùn)練要有針對性

由于不同學(xué)生的空間認(rèn)知能力不同，相應(yīng)對于知識的理解就不同，如何針對學(xué)生空間認(rèn)知的差異性進(jìn)行針對性的教學(xué)，針對不同學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的思維訓(xùn)練是一個亟待解決的問題。在對思維水平差異較大的學(xué)生進(jìn)行教學(xué)時，應(yīng)盡可能考慮教學(xué)要符合大多數(shù)學(xué)生的空間認(rèn)知水平，對于有難度的空間結(jié)構(gòu)知識體系，教師在課上可以有選擇性的講解，給空間思維水平較強(qiáng)的學(xué)生留出一定的思考空間，同時又不對空間思維水平較差的學(xué)生創(chuàng)造壓力，對于各個空間思維水平的學(xué)生都有較大的提升。

3.3 教師要學(xué)會建構(gòu)模型

在化學(xué)的學(xué)習(xí)過程中始終離不開模型的建立，能否熟練的建模，用模在很大程度上決定了學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。除了物質(zhì)結(jié)構(gòu)這部分知識的學(xué)習(xí)外，其它部分的的化學(xué)知識也應(yīng)該引入模型認(rèn)知思維，通過運(yùn)用合適的思維方法和思維模型引導(dǎo)學(xué)生建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀ｊP(guān)于思維教學(xué)，邢紅軍教授學(xué)科知識，學(xué)科方法，思維方法的研究路徑，建立了由分析、綜合、抽象、概括、比較、判斷、假設(shè)、推理、直覺、想象等十個內(nèi)容。引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)的方法下獲得知識，在習(xí)得的同時獲得解決問題的能力，同時也要求教師做到心中有“模”，為學(xué)生的思維和方法提供適當(dāng)?shù)哪Ｐ停⒂靡欢ǖ目茖W(xué)方法使這種模型外顯，這樣經(jīng)過長時間的學(xué)習(xí)，學(xué)生就會明白建模的重要性，學(xué)會在解決問題時建立模型并解決問題。

4 空間能力的培養(yǎng)策略

在高中階段所接觸的化學(xué)模型有很多種，例如有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)中應(yīng)用到的實(shí)物模比較多，可以利用顏色的差異引起學(xué)生視覺的刺激，加強(qiáng)空間認(rèn)知結(jié)構(gòu)模型的建立。但是在建模教學(xué)過程中也存在一定的缺陷，思維模型作為高中化學(xué)教學(xué)中一種重要的模型所占的比例較少，在教學(xué)過程中應(yīng)加以重視。由于思維模型在教學(xué)過程中存在的形式并不明顯 ，所以需要教師在教學(xué)過程中要做到善于提煉學(xué)科思維，厘清并歸納常見的思維模型，完善教學(xué)設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生形成思維認(rèn)知，建構(gòu)思維模型。認(rèn)知模型的建立還是可以聯(lián)系新知識和舊知識的橋梁，使新知識和認(rèn)知結(jié)構(gòu)中原有的舊知識形成一個空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使原有的知識體系更加完善，尤為重要的是通過建立思維模型的過程提升學(xué)生的思維品質(zhì)、分析問題和解決問題的能力。

教師在教學(xué)過程中要善于發(fā)現(xiàn)隱含在知識中的核心素養(yǎng)，以知識內(nèi)容為載體，培養(yǎng)學(xué)生建立模型的能力，科學(xué)地處理教學(xué)中的相關(guān)內(nèi)容，對教材進(jìn)行深度的挖掘，進(jìn)一步落實(shí)核心素養(yǎng)。在課堂教學(xué)過程中也要結(jié)合學(xué)生的實(shí)際認(rèn)知情況以及客觀存在的男生和女生的空間認(rèn)知能力的差異進(jìn)行有的放矢的教學(xué)。但是如何在教學(xué)過程中充分地貫徹實(shí)施證據(jù)推理與模型認(rèn)知這一核心素養(yǎng)，需要在教學(xué)過程進(jìn)一步的探索。

（作者單位：哈爾濱師范大學(xué)）