化学“守恒思想”促进高中生思维水平的探讨

欧阳学浩，申少华，刘 杰，钟 黎，张蔚然

(1.湖南科技大学 化学化工学院,湖南 湘潭 411201；2. 湖南科技大学 教育学院，湖南 湘潭 411201)

化学学科思想作为化学学科体系的一个基本要素，是化学学科的灵魂。它是在化学这一门自然科学从无到有、从低级到高级、从实验到实践升华的过程中形成的，是对化学的本质、特征、价值的基本认识。化学学科思想主要包括：联系思想、守恒思想、整体性思想、一般与特殊的思想、绿色化学思想等。其中“守恒思想”是化学学科思想一个相对独特且非常重要的思想，它贯穿了整个基础化学教育的始末，在基础教育阶段化学教材中有重要的体现。 “守恒思想”能否对中学生思维能力的发展有比较显著的影响？对学生能否学好基础化学是否会起到关键性作用？利用“守恒思想”的教学策略有哪些？为了回答这些问题，有必要从基础化学教材角度、学生的认知发展特点两个维度分析，来探讨 “守恒思想”对学生思维水平的促进作用，以及其主要的教学策略。

1 “守恒思想”及思维水平释义

所谓“守恒思想”，是指以质量守恒定律和能量守恒定律为基础，选择变化前后的某种量作为解题依据来解决化学问题，是化学问题解决过程中的一种系统、层次、概括的思维方法。核心观点有"质量守恒"、"原子守恒"、"电子(荷)守恒"、"能量守恒"，具体如表1所示。

表1 “守恒思想”核心观点及理解Table 1 The core idea and understanding of conservative thought

思维水平是一个人的思维过程、思维方式、思维品质、思维结果不同层次的反映，思维能力则指包括理解力、分析力、概括力、判断力、推理力等在内的智慧能力[1]。思维水平的高低反映出思维能力的强弱，思维能力的发展也可以促进思维水平的提高。在中学化学学习中，学生的思维能力主要体现在化学问题的解决能力上。

2 化学“守恒思想”促进高中生思维水平的研究现状

“守恒-化学计算解题的重要思维方法”、“守恒思想在高中化学教学中的应用”、“巧用守恒思想实现一题多解”等等[2-4]，这一类文章重点阐述了“守恒思想”在教学或解题中的应用，旨在从结果上提高学生问题解决能力，并不是与教材知识结构、学生认知发展等特点结合分析，学生学习“守恒思想”是如何提高学生化学问题解决能力、促进学生思维水平的。

对高中生“守恒思想”促进中学生思维水平的研究，需借鉴以龚伟等对高中生"化学守恒"思维水平所作的调查报告。报告将被试结果详尽分析和统计后得出：①高中生化学守恒思维水平处于中等水平，学生并没有真正理解“守恒思想”实质，无法灵活迁移，仍处于机械应用水平；②测试结果也表明，学困生中无化学守恒问题解决能力强的，学优生中无化学守恒问题解决能力差的，对"化学守恒"的掌握和理解水平直接影响了化学守恒问题的解决，也在一定程度上与学生总体学习成绩正向相关[5]。

3 基于学生认知发展的教材“守恒思想”知识体系分析

3.1 高中生化学学习认知发展特点概述

皮亚杰将认知发展分为四个阶段，高中生学习化学时已处于“形式运算”阶段，这个时期的认知发展特点是思维形式摆脱了思维内容，能进行假设-演绎推理，这对于学生学习“守恒思想”的具体内容，并利用“守恒思想”进行化学问题解决尤为重要。从化学学习的实质来看，化学学习的进行过程是通过一系列的心理活动(或操作)，如联想、想象、分析、综合、抽象、概括、系统化等，对外来的信息或存在的资料(各种化学教学信息、材料)进行加工处理完成的[6]。高中学生在化学学习过程中，由于所学知识难度、抽象水平的提高，其认知水平具有层次性发展的特点。

3.2 高中教材中“守恒思想”知识体系

高中化学教材中“守恒思想”具体内容主要包括有：电荷守恒、电子守恒及能量守恒等。结合初中学习的“质量守恒”(元素守恒、原子守恒)，学生的“守恒观”基本形成，运用“守恒思想”解决问题时需要有相对初中阶段更灵活、更系统和更综合的思维能力。学生在系统学习高中化学教材中有关“守恒思想”的知识时，其认知、思维水平会不断受到影响，从而逐渐形成对化学学科思想内涵的认知和以自身知识体系为基础的学科观、方法论[7]。现以人教版《普通高中课程标准实验书·化学》教科书为例，概括教材知识点中所涉及到的“守恒思想”及学生学习认知活动如表2所示。

表2 “守恒思想”在高中教材中的知识体系及对学生认知活动的影响Table 2 The knowledge system of "conservation thought" in senior high school textbooks and its influence on students' cognitive activities

4 基于教材编排及学生认知的“守恒思想”教学策略

通过高中化学教材内容分析，有关“守恒思想”的具体内容在教材中的编排是契合学生认知发展规律的，由于“守恒思想”相关知识具有在教材中涉及范围广、知识广度深、知识网络清晰等特点，掌握“守恒思想”对高中生的思维能力会有显著的促进作用，且对于学生能够学好化学能起到关键性作用。在实际教学过程中，教师应如何利用“守恒思想”进行教学，以促进中学生思维水平提高呢？

4.1 立足学生认知发展 引导学生主动建构

“最近发展区”是以维果斯基为代表之一提出的认知理论，它指出教学应该着眼于学生的最近发展区，为学生提供更高难度或层次的内容，充分发挥学生的潜能，超越最近发展区而达到相对高的水平。如学生学习完初中化学的内容后，对质量守恒定律有了较深刻的理解，对其中的“质量守恒”、“元素守恒”、“原子守恒”也达到了能够应用的水平。教师在此基础上应充分认识到学生的“最近发展区”，结合学生已有的知识水平设计

对“电荷守恒”、“电子守恒”等知识难度更高的教学，学生的思维水平才能在原有基础上得到进一步提升。

建构主义理论强调学习者的主动性，鼓励学习者在学习过程主动思考、探索和发现，并且能够对所学知识进行主动建构，在建构过程不断内化成自身的知识。如学生在学习“氧化还原反应”时，了解“电子得失守恒”的概念后，教师可以设置问题驱动，引导学生去思考并发现“电子守恒”与“元素守恒”、“电荷守恒”等之间的区别与联系，以帮助学生内化成自身的知识体系，促进学生比较、分析、综合的思维能力。

4.2 整合教材知识结构 循序渐进提升思维

“守恒思想”知识体系具有层次性、概括性的特点，并且具体的知识点之间有相互的联系。首先，教师要统摄与整合教材中“守恒思想”的知识结构，这样才能高屋建瓴地引导学生在学习过程中思考、发现和探索[9]；其次，教师在教授“守恒思想”新课时，不能将新知识点孤立起来，而要与之前所学的“守恒思想”有关的知识联系起来，培养其学生主动建构、迁移的思维能力。最后，由于“守恒思想”知识体系层次性和概括性的特点，循序渐进地提高学生思维能力、问题解决能力是很重要的内容，而不是对学生简单知识灌输。

4.3 创设合理情境活动 渗透“守恒思想”教学

创设合理的教学情境，有利于学生在学习知识过程中主动地建构和探究，让学生体验知识的发生和发展过程，使学生的认知能力、思维能力得到发展。可以将“守恒思想”的具体知识与生活、社会相结合，或利用问题探究、认知矛盾等方式来创设情境，从而在教学过程中渗透“守恒思想”。如在人教版必修一《氧化还原反应》课题中，通过一系列问题探究以及利用学生认知矛盾的情境创造方式，最终引出氧化还原反应的本质。

5 结语

通过对教材分析，与“守恒思想”有关的知识体系在中学化学教材中有重要的地位，几乎贯穿了基础教育阶段化学学科体系。基于学生认知发展的特点，对学生学习化学过程中的认知活动进行分析，化学“守恒思想”的学习对中学生思维水平有显著的促进作用。在实际教学中，应重视利用有效的教学策略，渗透“守恒思想”等学科思想的教学。

[1] 王秀娟.研究思维水平的差异，培养创造性思维能力[J].数学通报，2003(9)：16-17.

[2] 诸全头.守恒-化学计算解题的重要思维方法[J].化学教学，2014(9)：80-82.

[3] 张 霏.守恒思想在高中化学教学中的应用[J].中学化学，2016(2)：19-20.

[4] 王续斌.巧用守恒思想实现一题多解[J].中学化学教学参考，2015(2)：64.

[5] 龚 伟，王祖浩，钱智涌.高中生“化学守恒”思维水平状况的调查分析[J].化学教育，2012(6)：49-52.

[6] 吴鑫德.化学教育心理学[M].北京：化学工业出版社，2011.

[7] 吴俊明.分类观是化学学科的基本观念吗[J].化学教学，2015(4)：3-5.

[8] 丁 樱.基于认知发展理论构建“物质的量”单元教学策略[J].化学教育，2016(5)：5-8.

[9] 谢兆贵.学科思想方法与中学化学教学[M].苏州：江苏凤凰教育出版社，2015.