高中化学教学中对空间能力的培养策略

张晓慧

物质空间结构这部分知识内容具有一定的抽象性和逻辑性，如何培养学生有效的思维方式，构建空间认知模型具有重要意义。

1 问题的提出

证据推理与模型认知“是《高中化学课程标准 （2017年版）》所规定的5个化学学科核心素养之一，培养学生的 “证据意识，建立观点。结论和证据之间的逻辑关系”，要求学生具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪，培养学生建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。在物质结构这部分知识的学习过程中只得到可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互观关系，学会建立认知模型，运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。在不同的科学领域，标准不同，分类方法就不同，一般证据可以分为直接证据和间接证据，直接证据是指自然界客观存在的事实，例如自然现象，实验数据，实验现象等，而间接证据需要人们通过观察分析以及被验证的事实和数据的基础之上得到的相关结论。如何在教学中落实并且应用证据推理与模型认知这一核心素养具有重要的意义。

2 空间能力的内涵和意义

化学是在原子分子水平上研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的一门基础学科。要从本质上了解化学变化的规律，就要从物质的微观结构认识化学，而微观结构的建立又是通过化学符号联系在一起的。物质空间结构的模型大部分都是以是三维立体空间结构的形式存在的。以高中化学选修三为例，从原子的空间结构，到分子的空间构型，再到原子晶体，分子晶体，离子晶体，金属晶体结构等，此部分内容比较抽象，学习比较困难，需要学生在头脑中建立三维空间立体模型。

空间能力是一种非常复杂的能力。不同学者所持观点不同，对于空间能力的理解程度不同。Lohman通过文献综合提出了构成空间能力的十种因素，其主要因素有空间视觉、空间定向和空间关系三种因素。综合多位学者的观点，可以把空间能力认为指个体能够正确观察，辨别物体，将视觉观察所形成的图像记忆在人的头脑之中，并进一步透过思维想象的方式在二维平面与三维立体之间任意的移动、扭曲、旋转或翻转，表现再认、保留与回忆图像的能力，也可以认为是个体在空间或表象方面的能力，是一种对抽象的空间体加工的能力。人类获取信息大部分通过视觉进行输入，由此看来视觉与空间能力的形成有着紧密的联系。学生对于物质空间结构模型的认知有赖于教师对于学生的思维模型建构。如何将培养学生的空间能力和实际的教学策略以最有效、最经济的方式结合起来是值得思考的问题。

3 空间思维能力的培养方式

化学作为一门与空间视觉紧密联系的学科，在物质结构教学中引入空间能力的概念是非常必要的，空间能力中的视觉空间能力占有主导性地位，视觉空间能力是指对所呈现物体进行心理折叠、心理旋转以及对物体间相对位置的变化和机械运动进行表象的能力，以图形作为呈现刺激的测验中表现的尤为突出。经研究表明，视觉空间能力对学生在物质空间结构的学习有一定影响，不同学生所具有的空间能力不同。例如一个班级男女学生所具有的空间能力的差异就比较大，后天的环境因素也是造成不同学生空间思维能力不同的原因之一，需要教师在课堂上培养学生的空间能力。这时我们就可以通过改变影响空间能力的因素来提高学生解决问题的能力。

3.1 亲身体验策略，建构学生空间立体概念

在高中化学教学的过程中，教师应辅助学生优化观察模式，建立空间观念，在亲身体验中总结实际经验，形成内化的空间观念。

例如，以探究甲烷的空间立体构型为例，教师在进行甲烷立体构型的讲述时，给学生自由想象的空间，可以预先准备有机模型，学生大胆进行猜测，甲烷有一个碳原子和四个氢原子，对甲烷的构型进行预测，有俩种可能，分别是正四面体构型和平面四边形，让学生动手组合出甲烷的结构，接着对学生提示甲烷的二氯取代物只有一种，可以排除甲烷的平面四边形结构，从而判断出甲烷的空间构型是正四面体。

3.2 空间能力的训练要有针对性

由于不同学生的空间认知能力不同，相应对于知识的理解就不同，如何针对学生空间认知的差异性进行针对性的教学，针对不同学生进行相应的思维训练是一个亟待解决的问题。在对思维水平差异较大的学生进行教学时，应尽可能考虑教学要符合大多数学生的空间认知水平，对于有难度的空间结构知识体系，教师在课上可以有选择性的讲解，给空间思维水平较强的学生留出一定的思考空间，同时又不对空间思维水平较差的学生创造压力，对于各个空间思维水平的学生都有较大的提升。

3.3 教师要学会建构模型

在化学的学习过程中始终离不开模型的建立，能否熟练的建模，用模在很大程度上决定了学生学习的效率。除了物质结构这部分知识的学习外，其它部分的的化学知识也应该引入模型认知思维，通过运用合适的思维方法和思维模型引导学生建立适当的模型。关于思维教学，邢红军教授学科知识，学科方法，思维方法的研究路径，建立了由分析、綜合、抽象、概括、比较、判断、假设、推理、直觉、想象等十个内容。引导学生在科学的方法下获得知识，在习得的同时获得解决问题的能力，同时也要求教师做到心中有“模”，为学生的思维和方法提供适当的模型，并用一定的科学方法使这种模型外显，这样经过长时间的学习，学生就会明白建模的重要性，学会在解决问题时建立模型并解决问题。

4 空间能力的培养策略

在高中阶段所接触的化学模型有很多种，例如有机化学的学习中应用到的实物模比较多，可以利用颜色的差异引起学生视觉的刺激，加强空间认知结构模型的建立。但是在建模教学过程中也存在一定的缺陷，思维模型作为高中化学教学中一种重要的模型所占的比例较少，在教学过程中应加以重视。由于思维模型在教学过程中存在的形式并不明显 ，所以需要教师在教学过程中要做到善于提炼学科思维，厘清并归纳常见的思维模型，完善教学设计，引导学生形成思维认知，建构思维模型。认知模型的建立还是可以联系新知识和旧知识的桥梁，使新知识和认知结构中原有的旧知识形成一个空间网络结构，使原有的知识体系更加完善，尤为重要的是通过建立思维模型的过程提升学生的思维品质、分析问题和解决问题的能力。

教师在教学过程中要善于发现隐含在知识中的核心素养，以知识内容为载体，培养学生建立模型的能力，科学地处理教学中的相关内容，对教材进行深度的挖掘，进一步落实核心素养。在课堂教学过程中也要结合学生的实际认知情况以及客观存在的男生和女生的空间认知能力的差异进行有的放矢的教学。但是如何在教学过程中充分地贯彻实施证据推理与模型认知这一核心素养，需要在教学过程进一步的探索。

（作者单位：哈尔滨师范大学）