例談初中化學教學中學生科學思維發展*

張爾華

（南京市浦口區教師發展中心 江蘇南京 211800）

《義務教育化學課程標準（2022年版）》指出：科學思維是化學課程培養的核心素養之一。由于思維是抽象的概念，隱藏于知識傳授之中，遠沒有學科知識那樣能具體地可授、可評、好操作，也很難形成具體可量化的評價標準。

一、日常思維、科學思維和哲學思維

思維是人腦對客觀事物能動的、間接的和概括的反映。思維有多種分類角度和方法，如經驗思維與理論思維，常規思維與創造思維，日常思維與科學思維等。

1.日常思維

日常思維是指在日常生活中的思維，是一種具有廣泛普適性的非定型化的綜合思維，充滿著感覺、直覺、本能、無意識等非理性因素。日常思維處理的是人類生存層面上的最直接最基本的信息，這些信息的邏輯關系體現一種最簡單的規則，思維結果既有正確的，也有片面的。對更深層更復雜的信息則需要更深層的科學思維方式來處理。

2.科學思維

科學思維是在感性認識的基礎上，加以去粗取精、去偽存真、由表及里的整理和改造，由感性認識到理性認識，是各種科學思維方法的有機整合，是人類實踐活動的產物。科學知識是科學思維所獲得的相對正確的認識，是經過邏輯論證和實踐檢驗并由系列概念、判斷和推理表達出來的知識體系。科學思維是一種建立在證據和邏輯推理基礎上的思維形式，是人們把握客觀事物本質和規律的能動活動。

3.哲學思維

哲學思維是一種思維方法的思維，是認識和把握世界及其發展變化的根本觀點和方法，也是思考、處理和解決人與世界、思維和存在等哲學問題的基本范式和原則。

在常識、科學、哲學的認識序列中，人很難進入科學層次，更難進入哲學層次。［1］日常思維中帶有哲學思維的顆粒，每個人都有或多或少、或深或淺的“人生哲學”，其中不乏深刻的見解和閃光的思想，只不過這種思考基本上是零碎的、經驗性的。哲學思維是具有普遍意義的方法，日常思維、科學思維是具體的方法，普遍方法對具體方法有整體性的指導功能。馬克思主義哲學的思維方法是唯物的、辯證的思維方法，是人們認識和實踐中普遍適用的思維規則，是所有科學思維都要采用的方法。

二、學生科學思維發展的必要性與可能性

《義務教育化學課程標準（2022年版）》的目標要求中明確指出：發展科學思維，強化創新意識。初步學會運用觀察、實驗、調查等手段獲取化學事實，能初步運用比較、分類、分析、綜合、歸納等方法認識物質及其變化，形成一定的證據推理能力；能從變化和聯系的視角分析常見的化學現象；初步建立物質及其變化的相關模型，能根據物質的類別和信息提示預測其性質，并能解釋一些簡單的化學問題；能從跨學科角度初步分析和解決簡單的開放性問題，體會系統思維的意義；能對不同的觀點和方案提出自己的見解，發展創新思維能力，逐步學會辯證唯物主義方法論。［2］

宋心琦教授認為，中學化學教學能夠使學生終身受益的，不是具體的化學專業知識，而是影響他們世界觀、人生觀和價值觀的化學思想觀念；不是諸如分類、實驗、計算等特殊的方法和技能，而是影響他們思維方式和問題解決能力的具有化學特點的認識論和方法論［3］。

學生是科學思維發展的主體，每一個學生都有其特定的思維、行為方式和需要，生活體驗具有很強的個體性。人類通過經驗積累，以系統化的概念體系描述、解釋經驗，從而使學生在前人的基礎上獲得超越經驗的知識，學習體驗前人加工經驗的科學思維活動，獲得超越經驗的方法，如思辨的、邏輯的、辯證的方法等，慢慢地使自然人成長為社會人。

教科書是系統化的化學學科知識，是對物質變化的本質及其規律性的正確認識，是經過邏輯論證和實踐檢驗并由系列概念、判斷和推理表達出來的知識體系。教科書中的理論思維可以指導學生的進一步學習和實踐，理論能否用活、對學生的指導作用有多大，全靠師生對其挖掘和理解。

例如，圖1、圖2都是人教版九年級化學第一單元中較為熟悉的用澄清石灰水檢驗CO2實驗。此實驗設計能為后面學習提供哪些指導性的潛能呢？

圖1 石灰石與鹽酸反應

圖2 檢驗蠟燭燃燒產物

實驗后追問：澄清石灰水與CO2反應的條件是什么？二者的接觸的方式有什么不同？由此可知兩種物質反應的首要條件是接觸，接觸的方式多種：A→B、A←B、A→←B，這就上升到哲學運動的相對性，對此從一個具體的實驗概括成一類思維模型、觀念、哲學的辯證關系。以此就不難設計出圖3、圖4、圖5等實驗室制取CO2的發生裝置，教師要引導學生找到圖中幾個實驗設計中思維的一致性，化學學習就不難了。

圖3 制取CO2的發生裝置

圖4 制取CO2的發生裝置

圖5 制取CO2的發生裝置

從知識的掌握轉向思維的訓練是素養導向的新課標目標之一，用好教科書關鍵在教師。具體的知識在教材中是顯性的，而思想方法卻具有隱蔽性，不思則無、思則深遠。［3］教師是經過系統訓練的專業技術人員，是學生科學思維發展的設計者、組織者、引導者和促進者。教師有能力把握學生的現有科學思維水平和發展目標，具有多種實施策略和補救措施。“教師的職責已經是越來越少地傳授知識，而越來越多地激勵思考”。［4］

三、學生科學思維的發展方向和目標

初中學生有日常思維的經驗，不具備哲學思維的能力，但也有零散的可發展為科學思維的“大概念”。教師完全有能力從哲學思維高度啟迪學生思維，將學生的日常思維發展為科學思維，慢慢向哲學思維方向努力。

1.科學思維發展的總體方向

科學思維沒有像學科知識那樣具有完備的系統化的結構體系，但有其發展的大方向。學生科學思維的訓練與評價常伴隨著學科知識的學習，如果教師沒有整體設計，可能會被不同功能的習題帶偏搞亂。對此設計如圖6所示初中學生科學思維發展框架圖。

圖6 科學思維發展框架圖

如圖，可選擇學生熟知的日常現象和化學實驗事實作為學生學科思維訓練起點，以此為“根據地”概括形成解決一類問題的思維模型。如環境保護的學習中以保護空氣為“根據地”，從分析空氣的污染源、污染物、危害、防治措施及具體方案五個方面來學習，建立思維模型。再以此模型引導學生學習水污染、溫室效應、資源保護、白色污染等內容，會很自然地提高學生學習的自主性，使“學-會-用”形成一個發展系列，最后在適當的時候再進行概括提升，從哲學高度分析化學與環境的辯證關系。

2.科學思維發展的階段性目標

學生科學思維的發展是在教師的整體規劃下系統訓練而成，大致可分為三個階段性目標：教會、學會、會用，具體表述如表1。

表1 學生科學思維發展階段性目標

教育的要點是開發學生的思維，這就意味著應當給予學生必要的知識和手段去形成自己的觀點。［5］在教學中教師要梳理科學思維發展系列，可以借助思維導圖建構思維結構模型，再設計成教會、學會、會用等幾個發展層級。如化學反應的實質是原子的重新組合，原子種類沒有改變，原子的數目沒有增減。不能僅作為知識來填空，要作為科學的思維運用。原子間為什么要重新組合、組合有哪些規律、怎樣配平等問題，這些需要在學習中理解，在應用中體驗與發展，螺旋上升，形成一個科學思維發展系統，以提高科學思維的統領性和概括性。

四、學生科學思維發展的方法和措施

學生科學思維的發展主要依靠教師的指導，教師對其發展要有系統的規劃與整體的設計。要從學生已有化學事實出發，應用思維加工方法，進行證據意識下的邏輯推理，揭示事物的本質和規律，形成思維模型，建構結構化的學科思維，提升情境中解決新問題的能力。在問題解決過程中進一步拓展、創新思維，形成創新意識，努力向哲學思維發展。

1.能力著眼，整體構思

不同的學科有不同的概念組，因此“隔行如隔山”，但科學思維是人的一種能力，學科間是相通的，如果掌握科學思維加工方法和技巧，那就是“隔行不隔理”。因此初中化學教學要從學生熟知的日常思維中找“理”，這是一條捷徑。要通過化學實驗重現化學事實，從化學角度進行思維加工，通過追問盡可能多地提供思維加工的機會，在一次次挑戰中熟悉思維加工方法，掌握思維加工的技巧，使思維得到發展，從而建立學科概念，形成學科思維，成為“行”家。

每一個實驗都隱藏著大量科學思維加工的素材，每一個學科概念都是科學思維的加工的結果，因此常說的“入門”就是培養學生科學思維能力，能力具備了，后面的學習就會越來越嫻熟。學科知識是科學思維發展的載體，科學思維應隨著學科知識的深入學習而得到同步發展，學科知識的掌握情況也是科學思維目標達成度的檢驗。

如在序言中學習“化學”概念時，可利用圖7提煉學生已有的日常思維，幫助學生將組成、結構、性質、用途間的關系輕松地建立起來，以此指導化學學習。

圖7 組成、結構與性質關系示意圖

2.加強聯系，概括提升

概括是在大量感性材料的基礎上，把一類事物共同的特征和規律抽取出來，反映一類事物所共同、本質的屬性及內部聯系和規律。教師要能從不同的角度對已有的科學思維向哲學思維方向進行高級概括，形成更普遍和總體性的認識，進而促進科學思維的結構化，不斷完善、優化、簡化結構，建構成統領性更高，概括性更強的科學思維框架，隨著人的成長最終形成高度概括的哲學思維體系。

如受多變量影響的物理量量化方法：常采用固定某些量，而量化另一物理量的方法，如速度、密度、溶解度等。教學中如能對速度、密度等物理量量化處理的科學思維過程進行回顧、分析、概括，就能很自然地將此科學思維遷移到溶解度的學習中來，還可以拓展應用到反應速度的概念中去。通過量化處理方法的學習形成一類科學思維系列或結構，再慢慢向“量變與質變”的哲學思維發展。

3.分散實施，螺旋上升

科學思維對學生來說是隱性的，但對教師來說應是顯性的，教師在課堂教學設計中必需清晰地指出在哪個知識點幫助學生學習（訓練）什么科學思維或學習什么思維加工方法等，每節課的科學思維也要有重點，不能面面俱到或蜻蜓點水。各類科學思維要建立經典的“根據地”，要有科學思維可回歸的錨點。當學生解決問題遇到困難時，可幫助學生回歸“根據地”重溫科學思維的形成過程，以更好地發揮其功效。

如以學生熟悉的蠟燭燃燒實驗為錨點，通過追問建構相關的學科思維。實驗觀察到的主要現象是什么？火柴和燭芯的作用是什么？火焰是怎樣形成的？為何一開始要火柴點燃，燃著后卻不需要火柴？火焰為何會出現三層？怎樣證明外焰溫度最高？火苗為什么會向上？蠟燭能持續地燃燒應具備哪些條件？怎樣使蠟燭燃燒火焰更大，燃燒更旺？怎樣證明蠟燭燃燒的生成物有H2O和CO2？為何熄滅后會有一縷白煙？等等。

當然這些問題不可能在一節課內完成，可在一次次復習回顧中適時巧妙地提出，讓學生思考、討論，做出合理的猜想、驗證，慢慢地發展學科思維，形成學科觀念，以便在后面的學習中挑戰、修正、完善，使學科思維得以發展。看似一次次復習蠟燭燃燒的知識點，其實是一次次對已有科學思維的概括與提升，教學設計的最高境界是天天復習，時時拓展，處處挑戰。

總之，在初中化學教學中發展學生的科學思維要著眼未來，既要顧及眼前，又要謀及長遠。教的是當下，學的是未來，要用長遠的觀點、發展的觀點來對待眼前和現實的問題，為了長遠的、未來的發展，要打好眼前的基礎。任何事物都不是孤立地存在著，它們都處在普遍聯系之中，相互作用、相互制約，只有做到統籌兼顧，才能取得最大的效益。