关注化学思维 研究化学思维

摘要： 化学思维是化学科学活动的灵魂，是化学素养的核心。21世纪的化学需要强化、发展和创新化学思维。化学思维是搞好化学教学的关键，21世纪的化学课程改革要关注化学思维的训练和水平提升。讨论了什么是化学思维、化学思维方式、化学思维的结构和品质、化学思维研究的内容与方法。

关键词： 化学思维; 化学思维研究; 化学思维方式; 化学思维结构; 化学思维品质

文章编号： 1005-6629（2020）03-0003-08

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1  为什么要关注化学思维及其教学

1.1  化学思维是化学科学活动的灵魂

如果把从物质的组成、结构、性质、制取等角度开展探究、认知以及实践应用活动看作是化学科学活动的“微观”环节，那么，化学发展的各个历史阶段则可视作是化学科学活动的“宏观”环节。

1.1.1  从“微观”角度看，化学活动的探究、认知与实践应用等环节都离不开化学思维

观察、实验活动是化学探究的重要手段，是化学思维材料的基本来源。观察和实验任务（課题）的选择与确定离不开化学思维，观察和实验方案的制订离不开化学思维，观察和实验方案执行与实施中的转换、调整、变通、替代和意外处理都离不开化学思维，观察实验结果的处理同样离不开化学思维。

认知是人认识客观世界的信息加工活动，是通过形成概念、知觉、判断或想象等心理活动来获取知识的过程： 人对客观事物的认知是从感知开始的。例如，当一袋蔗糖作用于人的视觉并引起注意时，意念会引导人关注它的视觉特征、味觉特征、触觉特征等等，引起对蔗糖各种特征信息的回忆和关注，然后将色泽、味道、质感等等细节进行统合与联接，得出具有整体性的蔗糖的统合信息，形成对当前蔗糖的知觉。随后，还可能回想起记忆中过往跟蔗糖有关的信息，产生对眼前蔗糖的判断或者想象，以及采取进一步活动的意念……意念是思考的结果，是思维的产物。感觉、知觉、记忆、想象、思维等认知活动按照一定的关系组成一定的功能系统，思维则对整个系统的运行起着指挥、组织和调节的关键作用。

认知是人对事物的诠释。在认知过程中，思维活动越活跃、品质越高，人对事物的认知就越完整、越深入，对事物的诠释内容就越丰富。

特别是在化学认知活动中，有许多人的感官无法直接发挥作用的事物，有许多抽象的内容唯有通过思维才能认知。由此可以断言，没有化学思维就没有化学认知活动、就没有化学认知;化学思维是化学认知活动的灵魂，是化学科学的“命根子”。

前面所谓“化学实践应用活动”是广义的，既包括作为专门学科的应用化学应用化学是一门培养具备化学方面的基础知识、基本理论、基本技能以及相关的工程技术知识和较强的实验技能，具有化学基础研究和应用基础研究方面的科学思维和科学实验训练，能在科研机构、高等学校及企事业单位等从事科学研究、教学工作及管理工作的高级专门人才的学科。的活动、也包括化学技术活动甚至化学工艺活动中的有关内容，其共同特点是以满足人对实物材料性质功能等方面的特殊需要为目的，是纯粹化学知识在科学以及生活、生产实践中的实际应用。

对实际情境和需要进行考察、发现化学知识实际应用的可能性、构思实际应用的方案、解决实现成功应用的关键问题以及对应用情况进行总结等等，是化学实践应用活动的主要环节，它们都离不开化学思维，有时还需要创造性的化学思维。

1.1.2  从“宏观”角度看，化学思维在化学发展各历史阶段都起着无可替代的作用

在化学活动的各个“微观”环节中化学思维都具有重要的作用，是必不可少的。正因为如此，化学思维始终伴随着化学科学发生发展的全部历程，是化学科学发展各宏观阶段必不可少的：

在古代和中古时期，化学尚未成为科学，真正的化学思维尚未形成，少数学者哲人初步萌发了对物质本质的直觉和臆测。虽然这些直觉和臆测总体是非逻辑的、缺乏说服力的，因而是不可靠的，但其中隐含着他们的思维努力，可以把它们看作是原始的“化学思维”，或者说化学思维“前奏”。

近代化学思维主要是基于对元素、原子、分子及其化学运动的认识展开的，它以经验思维为主，理论思维是局部的、比较肤浅的，特别是对分子的认识刚刚进入起步阶段。受制于对原子、分子的认识有限，近代化学思维远未形成完整的体系。近代化学思维的分化主要表现为化学的多数重要分支初步形成。批判思维在近代化学思维中显示了重要的作用。

现代化学思维的发展特点主要是： 化学键思维、结构思维使化学的分子思维丰富和强化;量子思维使化学思维提升到了新的高度;化学科学开启了绿色思维;形成了化学的社会关联思维和学科综合思维。

近代、现代的化学思维，它们有着不同的特点，并且表现了水平的逐步提高。

一部化学科学史就是化学思维的发展史。化学的历史发展印证了化学思维是化学科学活动的灵魂，是化学素养的核心。

综上所述，无论从“微观”角度考察还是从“宏观”角度考察，化学思维在化学科学活动的各个环节中都起着关键的作用。

1.2  21世纪的化学需要强化、发展和创新化学思维

20世纪的化学科学在保证人们衣食住行需求、提高人民生活水平和健康状态等方面起了重大作用，展望未来，人口、环境、资源、能源以及人类生存质量问题更趋严重。由于化学仍是解决食物短缺问题的主要学科之一、化学在能源和资源的合理开发与高效安全利用中起关键作用、化学继续推动材料科学发展，以及化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障，未来化学仍然是提供解决人类赖以生存、发展和进步的物质基础这一难题的核心科学。化学在21世纪有许多事情要做，有许多问题要解决，等待着人们去研究和发掘，21世纪的化学必定会[1]：

（1） 深入研究由原子组合成分子的方法和技巧，原子经济性和反应效率成为化学家们重点关注的领域。

（2） 分子间相互作用及由此构成的多分子体系，如大分子的凝聚态、蛋白质和DNA的空间取向以及分子组装、手性分子的认别等，以及回答分子聚集体系是靠什么作用而存在的、其规律如何等问题，成为重要的研究对象。

（3） 化学与其他学科的相互渗透和交叉成为21世纪科学发展的必然趋势。

（4） 从化学基础研究的重大突破到形成高新技术产业化的周期大大缩短，即科学—技术—生产力的链结缩短，从而加速生产力的发展。

21世纪的化学科学面临的最基本的问题是，如何在未来化学以及与相关学科的融合交叉中创新。面临的问题是前所未有的，难度更大、更加复杂、更加深刻，势必要求强化化学思维。面临的问题涉及化学的学科本质、定位与方向。

21世纪初的化学思维已进入泛分子思维新阶段，势必要求化学思维进一步发展和创新。

研究化学思维已经不仅是化学研究者和化学哲学研究者的紧迫任务，也是化学教育工作者的紧迫任务，是所有“化学人”的紧迫任务。

1.3  化学思维是搞好化学教学的关键

隨着人类社会的演变以及科学技术的进步，对人的素质的要求越来越高。要搞好21世纪的化学科学，必须大力搞好化学教育，大量培养优秀的化学科学和化学教育后备人才。教育的根本宗旨是培养人，培养什么人是教育的首要问题。培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人是我国教育的根本任务，为此必须深化教育改革，加快教育现代化，全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，发展素质教育，推进教育公平[2]

。

1.3.1  素质、素养、学生发展核心素养与学科核心素养

素质是人以某些生理基质和心理特性（主要是神经系统、脑，以及感觉和运动器官的基质和特性）为基础通过活动逐渐形成和发展的、稳定的、能长期发挥作用的基本品质，它有着多层次和多方面的内容，能影响人的活动意愿、主体性、能动性、方向选择、活动行为及效果，并最终影响人的思维、意识、行为、体质、品性、修养、成熟程度以及对环境的适应等，能够作为人进一步发展的基础，蕴含着人发展的潜在可能性（潜能），是人适应环境、全面发展、持续发展的前提、基础和核心内容。素质是人进行活动和完成活动任务的基础和条件。人的素质通过活动表现出来，人的素质也只有通过活动才能形成和发展。即使是先天的生理素质，也无不受到后天活动的影响，通过后天活动而得到改善。

通常所说的素养，是指人的素质中，除去先天因素所决定的那些成分后剩余的部分，即决定于后天的养育因素和环境影响的那些部分。素养以人的先天禀赋为基质，反映环境和教育对人的影响。素养这个概念更强调后天修习涵养的作用，强调学习提高的重要性。广义的素养包括遗传素质在内，跟广义的素质同义，是广义素质的同义词。

素质教育应该是青少年教育的核心内容。对青少年学生进行素质教育要有序进行，要有轻重缓急，必须首先抓住核心素养、抓好核心素养。

在讨论青少年学生的核心素养时，要注意区分学生发展核心素养和学科核心素养。

学生发展核心素养是全面培育、测评学生素养发展状况时的内容依据，在不会引起歧义时可简称为学生核心素养。学生必须具备的、能适应其终身发展和社会发展需要的基本观念、必备品格和关键能力是学生核心素养的主要内容。社会性是人特有的、区别于动物的根本属性[3]

，学生核心素养因此理所当然地具有社会性，具有国别性和时代性。根据学生的成长规律和社会对人才的需求，学生核心素养应该强调“社会关爱、家国情怀”以及“合作参与”等等。同时，学生核心素养又具有个体性特点，因而要突出个人修养，注重自主发展以及创新实践等等[4，5]

。

学科核心素养是在普通高中各学科课程标准修订中出现的一个概念。至今尚无正式的界定，通常被理解为从事学科活动必需的、通过学科问题解决活动形成和发展的、稳定的、能在学科学习或者学科研究活动中长期发挥作用，作为人在学科学习或者学科研究方面进一步发展的基本品质。

可见，学生发展核心素养和学科核心素养是两个不同的概念，学科核心素养在学生发展核心素养中只占有一部分。

1.3.2  化学思维是化学学科素养的核心成分和基本保证

目前，许多人都认同化学学科素养也包含着基本观念、关键能力和必备品格三方面的内容。

就基本观念的养育而言，通过化学思维可以让学生在实物材料层面上从组成、结构、化学变化等特定角度比较全面地了解和认识物质，形成关于物质组成的观念、关于物质结构的观念以及关于物质化学反应和化学性质等等观念，进一步体察世界的物质性与辩证规律，为他们认识、理解和接受辩证唯物主义世界观奠定基础;可以让学生初步学习如何以化学为工具更好地利用自然、改造自然、保护自然，满足人类生存需求，提高人类生活质量和生存安全，服务社会，服务民族振兴，形成正确的价值观、人生观和科学发展观，养成科学精神，提升精神追求，等等。可见，化学思维有助于学生领悟和形成正确的观念。

就关键能力的养育而言，化学思维可以让学生提升理性思维能力、形象思维能力和创新思维能力，提升宏观的观察与研究能力和微观的想象与探索能力，提升化学信息能力、化学认知能力和化学实践能力，创新认识物质世界的方式，发展认识世界的能力。这些能力是化学能力的主干成分。

就必备品格的养育而言，化学思维可以培养学生浓厚、持久的化学学习与化学探究兴趣，培养学习的自主性、自觉性和合作互助精神，培养学生严谨的理性、智慧的灵活性和实证精神，敢于质疑、创新，不怕困难的勇气，积极、认真、实事求是的态度，培养学生强烈、持久的社会责任心，对人民群众的关爱心，家国情怀以及国际视野等等。

可见，化学思维是化学学科素养的核心成分，也是化学学科素质养成的基本保证。

1.3.3  化学思维是学好化学的金钥匙

要学好化学，首先要有学好化学的动机，才可能主动、积极、有效地开展化学学习活动。要学好化学，还必须扎扎实实地掌握化学知识，形成有关的心智技能、化学实验技能、各种化学能力和良好的思维习惯。此外，还必须接受有关的社会规范、修养有关的品德。这些条件的具备都有赖于化学思维。

1.3.3.1  化学思维有利于形成化学学习的动机愿望与热情

学习动机是引起学习活动的动力机制，是学习活动得以发动、维持和实现的重要条件，它能影响学习效果，因而也是影响学习效果的重要因素之一。思维“是一种指向问题解决的间接和概括的认知过程”，问题情境更容易引发学习的愿望与热情。运用化学思维解决化学问题不仅有利于学生形成对化学问题解决的了解、熟悉和能力，还会引发化学学习的兴趣和信心，增强学生对化学学习必要性的认识和信念，产生化学学习的愿望，增加对化学学习的推力;运用化学思维解决化学问题的适当难度，会引发挑战困难的兴趣或愿望，增加化学学习的引力。

1.3.3.2  化学知识的掌握需要化学思維

在现代社会，化学知识在社会生活中的作用越来越突出，已经成为社会成员必备的一类基础知识，人们需要学习的化学知识越来越多，改进化学知识教学、提高化学知识掌握水平，是现代化学教学研究的重要课题之一。

知识是客观事物的特征与联系在人脑中的主观表征。这种主观表征常常是很复杂的： 既包括感觉、知觉、表象等等，又包括概念、命题与图式、组块。概念与命题是较小的、简单的知识单元或主观表征;图式则是较大的知识单元或主观表征，例如一套命题、一套概念或者是许多表征的结构及功能的组合。图式代表着一类事物的比较一般、抽象的特征，是有关经验的组块，同时又能与具体事物对应，能够同化新知识，也能激活已有知识、策略去解决有关问题[6]

。可见，知识是经验的概括、思维的结晶，知识离不开思维。通常所说知识的掌握包括知识的领会、巩固和应用。根据上述讨论，只有通过思维才能实现知识的领会、巩固和应用。

化学知识包括反映化学物质和化学现象的各种化学概念、反映化学概念之间关系的化学原理、化学观点和元素化合物知识，还包括属于化学研究方法和技术方面的概念和知识。就化学知识的获得和掌握而言，需要通过化学的观察思维或感知来获得化学思维的材料，随后，需要通过分析、综合、抽象、概括、归纳、演绎和语句分析、语义理解等思维操作来对上一阶段感知的结果进行各种各样的思维加工，初步形成化学概念、化学原理或者对物质的认识。其后，还要进行联系、整合、运用等后续操作[7]。总之，只有通过化学思维，才能真正获得化学知识，化学思维是掌握化学知识的金钥匙。

1.3.3.3  化学技能的形成需要化学思维

在化学活动中有着各种各样外部的（动作的）或内部的（心智的）技能活动，它们分别完成各自的任务。化学技能一般都要涉及有关的化学知识。因此化学技能的形成以化学知识的学习为前提，并且受化学知识学习结果制约。如果跟化学知识脱节、分离，化学技能也就不存在，跟平常的技能无法区别了。有意识、有目的、有计划地运用知识和经验完成化学活动部分任务且为化学学科所特有的活动方式即为化学技能。

化学技能是人们在化学实践活动中总结和积累起来的成果，是化学经验的重要组成部分之一。学习者学得的化学知识不能只停留在领会的水平，只有使它转化为相应的技能，才能在完成认知任务和解决问题的过程中，使化学知识起到应有的作用。化学技能可以加深、巩固、检验化学知识，是由掌握化学知识到形成和发展化学能力之间的重要中间环节，化学技能的形成和熟练对化学能力的形成和发展具有重要的促进作用。

化学技能多种多样，大体上可以分为化学心智技能以及化学观察与实验技能两大类。前者如使用化学符号技能、化学计算技能、设计实验方案技能，以及从复杂的现象中发现化学反应的存在、发现化学反应的过程、确定反应物和生成物、确定反应的条件以及质量关系、能量变化情况，构思化学实验方案或者发现有关的概念及其相互联系等等。后者如仪器的装配技能、实验操作技能、观察实验技能等等[8]

，它们的形成都离不开化学思维。

在化学认知活动中存在着大量的化学心智活动，没有化学心智技能，就没有化学心智活动，也就没有化学的认知。

所谓心智技能是通过学习形成的、有一定法则的心智活动方式，又称智力技能。心智活动具有动作对象观念性、动作执行内潜性、动作结构简缩性等特点，不仅跟操作活动不同，跟外部言语活动也有区别。心智技能是经验形成与问题解决的必要条件，也是能力形成和发展的一个重要因素。心智技能的形成要经过定向、操作和内化3个基本阶段[9]

，这个过程实际上是一系列思维活动的过程，例如对作用的对象、条件、结果等作关系分析、结构分析、功能分析并在此基础上进一步通过综合思维作系统分析等等。没有思维活动就没有心智技能形成过程，也就没有心智技能。没有化学思维活动就没有化学心智技能形成过程，也就没有化学心智技能。化学心智技能的形成需要化学思维。

实验操作技能是实验动作的连锁化，是一系列简单动作按一定方式组织起来形成的“组块”，包含着若干单个动作的串联、协调和熟练。随着化学仪器和实验室技术装备的不断改进和发展，特别是自动化、智能化仪器的出现，化学实验操作技能的内容和复杂程度会相应地发生变化。虽然如此，化学实验技能的重要性、本质、学习过程和规律不会发生根本的改变。

化学实验操作技能的形成一般要经历映像定向、分步动作、全程整合与熟练等阶段。在这一过程中，需要不断地通过分析、比较、综合等思维操作来强化或修正化学实验操作技能的映像来保证定向的正确，以及分步动作和完整动作的正确，需要进行形象思维活动。可见，化学实验技能的形成也离不开化学思维。

1.3.3.4  化学学习的迁移需要化学思维

所谓学习迁移是指一种学习中习得的经验对其他学习或活动的影响，它广泛存在于各种知识、技能的学习中。通过学习迁移，人所习得的知识、技能才能不断概括化、系统化，形成稳定的心理结构，才能向能力转化。不同学习中的经验构成成分的分析与抽象，以及不同学习中的共同经验成分的综合与概括，是学习迁移的微观机制。分析、抽象、综合和概括这4种思维活动在任何迁移过程中都存在，它们相互关联、相互制约、不可割裂。没有分析、抽象、综合和概括思维活动就没有学习的迁移，没有化学的分析、抽象、综合和概括思维也就没有化学学习的迁移[10]。

1.3.3.5  化学学习中能力与品德的养成需要化学思维

能力与品德是由个体的认知经验、动作经验与反映主客体关系的价值经验构成，即由知识、技能与社会规范三方面的个体经验构成。能力与品德的形成以认知经验、动作经验、价值经验为基础，通过整合及类化才能实现。前已讨论确定，知识（认知经验）、技能（动作经验）的形成离不开思维，价值经验的理解与接受，以及各种经验的整合、类化也是如此[11]

。由此可以推定： 能力与品德的养成离不开思维，化学活动中能力与品德的养成需要化学思维。

1.4  21世纪的化学课程改革要关注化学思维的訓练和水平提升

教育的本质和目的是传承人类的智慧，包括人类积累下来的对大自然的认识，对人类社会的认识，对人自身的生存与发展的认识。

思维是智力的核心，是决定智力水平高低的主要因素，其他因素都要为它服务。

思维是创造力的源泉，是影响人一生发展的重要能力，思维培养是教育的本质目的之一。

化学思维是认知化学、掌握化学、发展化学的智慧。化学思维的品质、能力和方法决定着化学思维的水平，影响着个体的化学视野、知识水平、实际能力和活动效率。

中学阶段是学生化学思维奠基的重要时期，必须大力扭转不重视化学思维训练的现状，积极改革化学课程、改进化学教科书编制。为此，首先必须系统、深入地开展对化学思维内容、过程、规律、应用、训练及发展的研究。

化学思维是化学探究实践活动的灵魂，要重视通过探究实践活动达到训练思维的目的，重视进行化学思维训练的策略研究，不能把这些研究混同于一般的方法研究、混同于解题策略技巧的研究。为此，要坚持化学课程中的探究实践活动，并且努力提升其水平。

要继续改进化学教师教育，把化学思维及其训练、教学作为化学教师教育的重要内容之一，逐步推进、提升，长期坚持，抓出成效。

我们正处在一个改革、创新的时代，重视研究和推进化学思维教学正是当前推进化学课程改革的重要议题和抓手之一。

2  积极开展化学思维及其教学研究

2.1  化学思维基础知识

2.1.1  什么是化学思维

化学思维应该反映化学的目的、对象、过程、方法等方面的特点，否则就没有必要冠以“化学”二字来限定。这里的“思维”不是简单地只指一种思维方式，而是化学领域内相互联系的多种思维活动构成的体系，这些思维活动的方式具有共同的指向规定性。化学学科的内容与特殊性规定、制约着化学思维的内容及过程方式特点。

化学思维是人类在化学研究这个特定领域中的思维活动。在化学知识的形成和掌握过程中，逐步形成了以关于物质组成、结构、性质、变化和相互联系的概念、定律、原理等来间接、概括地反映化学事物的、独具特色的一类思维活动，即化学思维活动。化学思维是关于物质组成、结构、性质、变化和相互联系的思维，化学思维关注物质的组成、结构、性质、变化和相互联系。在化学的探究和学习活动中都需要、也存在着化学思维。

2.1.2  化学思维方式

人类的化学思维形式除了化学抽象（逻辑）思维外，还有化学形象（直感）思维和化学灵感（包括顿悟、直觉）。这些思维形式既有共性，又有个性，它们相互区别、相互联系、相互制约，在协调中构成人的整体化学思维活动。

化学抽象思维又叫化学逻辑思维，是用形式逻辑、辩证逻辑等逻辑方法对化学事物感性材料进行分析、综合、抽象、概括、比较、分类、判断、推理等思维加工的思维活动，可以分为化学普通（逻辑）思维和化学辩证（逻辑）思维两类。化学普通思维又叫化学知性思维，但通常就称为化学抽象思维或者化学逻辑思维，包括对事物进行分析综合、抽象概括、比较分类、归纳演绎等等以形成化学概念、化学判断、化学推理为目的的思维活动。化学辩证思维又叫化学理性思维，是反映化学现象或化学概念的矛盾、联系、转化、运动和发展的思维活动。

要把握化学事物的本质特征和内在联系，认识物质及其组成、结构、性质和变化，离不开化学抽象思维活动。一些作者所说的化学思维实际上多是指化学抽象思维。

化学形象思维，是在对化学事物的印象、表象基础上，进行形象分析和形象综合，建立反映同类化学事物形象一般特征的意象，以及运用意象进行联想和想象，从而形成对化学事物的形象认识，并用以指导化学实践的活动。在化学形象思维中，最重要的是化学想象[12]。

实验是获得化学思维材料的主要来源，也是对化学思维进行检验、发展的重要手段。为了做好化学实验，需要在化学实验思维指导下进行化学实验的设计与操作。化学实验思维是化学思维的重要组成部分，其中既有抽象思维成分，又有实验操作（动作）思维成分。

目前，对化学思维的研究远不能满足实践的需要，亟待加强。对化学思维的宏观研究可以通过逻辑的分析、讨论进行，或者通过对微观个案研究的概括实现。但是，对化学思维的微观实证研究尚难一见，自陈材料也很少见。

如同一般的思维那样，分析、综合以及比较、抽象、概括、判断、推理、系统化或具体化等等也是构成化学思维的基本成分，化学思维遵循着思维的一般规律。然而，仅仅由分析、综合以及比较、抽象、概括、判断、推理、系统化和具体化等思维操作不一定就能构成化学思维。一个掌握了分析、综合、比较、抽象、概括、判断、推理、系统化和具体化等思维操作技能的逻辑大师不一定就是化学思维大师，一个掌握了化学抽象思维和化学形象思维的人也不一定能成为化学大师，关键在于： 他还必须有化学的意识（精神、思想或观念），必须有化学人的品格。所以笔者认为，按照分析、综合、比较、抽象、概括、判断、推理……顺序来讨论化学思维并不是最好的选择。

化学思维是复杂的。钱学森曾经指出，凡是涉及人及人脑思维的系统，都是开放的复杂巨系统，由此可以确定化学思维属于开放的复杂巨系统。解决复杂系统问题不能采用简单的方法，解决开放的复杂巨系统的问题更是如此。钱学森认为，解决开放的复杂巨系统的问题要采用综合集成法。綜合集成法的特点是： （1）以实践经验，特别是（实践）专家的经验为基础，把局部性的经验知识跟现代科学提供的系统的理论结合起来;（2）系统研究（整体研究）与分析还原相结合，获得关于系统整体的状态、特性、行为的描述;（3）历史研究与现实研究相结合，发现、揭示、检验对象的内在逻辑;（4）以经验为基础建立模型进行计算，把定性知识跟各种观测数据、统计资料结合起来，从局部的定性知识发展到整体的定量的认识;（5）充分利用现代信息技术的优势，实行人—机结合，内省思辨与观察实验结合，宏观研究与微观研究结合;（6）多种学科不同角度的研究相结合，最终产生新知识、新思想、新方法;等等。要解决化学思维问题，需要在综合集成法指导下，结合学科特点，从思维内容的实际出发，积极创新研究方法[13，14]。

2.1.3  化学思维结构

讨论化学思维结构的目的是为了更好地把握它、为了合理有序地开展化学思维，以搞好化学的研究和教学活动。为此，先要解决有关的方法问题。

怎样才能顺利地发现化学思维的最佳结构？笔者认为，既然“思维是指向问题解决的间接和概括的认知过程”，思维的结构就跟问题的结构关联，跟认识过程的结构关联。这样，我们就不妨由化学问题的内在结构，以及解决化学问题的过程结构着手，来讨论、确定化学思维的结构。

一般说来，人们注意到一个不熟悉的化学现象时，总要想“这是什么物质（产生的现象）？”要准确地回答这个问题，必须了解物质的组成，否则就难以做出正确的判断。例如，当我们看到一块金黄色物质时，并不能肯定它是黄金，因为黄铜合金、硫铁矿矿石、二硫化锡晶体，甚至吸附了茜素染料的氧化铝等等，都是金黄色的，“闪闪发光的，不都是金子”，唯有确定它的元素组成，才能确定它是什么物质。

接着，人们会进一步通过实验等手段了解物质的性质、反应情况以及跟其他物质的关系;为了解释物质的存在和性质等等，人们还会关注物质的结构……跟这些活动对应的思维方式一起构成化学思维的复杂结构（如图1所示）。

图1  化学思维的结构

在化学思维结构中，人本思维跟应用思维、制取思维紧密联系着，是化学思维的定向思维，决定了化学（活动）的目的、任务和定位;组成思维、结构思维和反应思维是化学思维的3个主干思维，因为组成问题、结构问题和反应（关系）问题是化学的3个基本问题[15]

;实验思维、制取思维和应用思维都是实践层面的思维;实验思维具有工具性质，性质思维具有中介性质;计量思维、机理思维、关系思维、活性思维、微粒思维、化学键思维、微粒空间分布思维等是具体的专题思维，它们分别跟不同的主干思维联系着。

笔者认为，现代化学思维日益复杂，对化学思维的研究不妨先从不同的单一维度展开，例如按照基本单元尺度分为原子思维、分子思维、泛分子思维、纳米尺度思维、超纳米聚集体思维等层次分别进行研究，也可以根据化学基本问题分别开展组成思维、结构思维、反应思维等的研究……然后再进行综合，使之整体化。

化学思维主体的建构能力是促进化学理论发生变革的主观力量，是人类对化学革命促进作用的体现[16]。

2.1.4  化学思维的品质

化学思维除了应该具有有效性、敏捷性、创造性等一般思维最重要的品质之外，还应该具有一些特别要求，这是由化学科学的目的、任务和特点等决定的。

通常，人们把化学定义为研究物质的组成、结构、性质、应用等等的科学。这里的“物质”指的是构成实物的材料，跟哲学中的“物质”概念以及物理学中的“物质”概念都不相同。哲学中的“物质”指的是在人们的意识之外独立存在又能为人的意识所反映的客观实在;物理学中的“物质”指的是构成宇宙间一切物体的实物和场。比较之后可以发现，哲学中的“物质”是一个很抽象的概念，尽管它涵盖了物理学中的“物质”和化学中的“物质”，但用抽象思维方法无论如何是不能由哲学中的“物质”概念得到化学“物质”的组成、结构、性质、应用等等推论的。这意味着，化学思维不能仅局限于抽象思维。物理思维的情况也与此类似。与此相反，在对“实物材料”的形象信息进行感受、储存的基础上，结合主观的认识和情感（包括审美判断和科学判断等）进行识别、概括、创造，可以对“实物材料”进行形象的描述，形成“实物材料”的科学形象（意象）。调用“实物材料”丰富的形象材料，并行地对这些信息进行加工，合成新的形象，或者由一个形象跳跃/联系另一个形象，就可以使思维主体迅速从整体上初步地把握住“实物材料”。

这样，钱学森院士一再强调形象思维[17]

，强调“形象思维要深化”[18]

，也就不难理解了。

由此还可以确定，自然科学家既要用概念来思考，也要用形象（意象）来思考。科学家的语言和概念是与形象相通的，他们在科学研究中常用的经验归纳、相似类比、模拟模型和思想实验更是离不开形象思维。

通常认为，自然科学中的形象大致可以归纳为3类： 第一类是实物形象——具象;第二类是抽象形象——图示;第三类是想象形象。实际上还有更加重要的第四类： 跟研究对象有关的整体格局或态势状况。建立了电磁理论数学公式的麦克斯韦曾自称“养成了在头脑中为每个课题建立可观的图画的习惯”[19]

，这里为每个课题建立的“可观图画”就属于上述第四类“跟研究对象有关的整体格局或态势形象”。

对于化学来说，识别、描述、研究物质及其组成、结构、变化、性质、应用等等都离不开形象思维。特别是在现代化学研究中，越来越重视通过原子、分子的操纵来获得具有特定结构和功能的物质，使得化学的形象思维越来越重要。因此，化学思维品质应具有下列要求：

（1） 化学指向性： 目的意识强烈，解决的具体问题清晰、明确，紧紧围绕物质的组成、结构、性质、变化、相互联系等等开展思维活动。

（2） 以化学的思维原料为基础： 解决问题的思维活動建立在多维度的、充足的有关实物材料及其化学变化的事实和表象材料基础之上。

（3） 复合的化学思维过程： 化学形象思维跟化学逻辑思维相结合，包括通过整体格局或态势思维对思维结果形成比较准确的整体定向跟通过逻辑思维制定必要的合规步骤相结合，宏观现象思维跟分子原子微观运动思维相结合，形象思维与抽象思维互相配合，发散思维与辐合思维相结合，分析与综合相结合，广阔性与深刻性相结合，规范性与批判性、创造性、灵活性相结合，等等。

2.2  化学思维研究的内容与方法

对思维界定、思维方式、思维操作、思维过程、思维类型、思维功能与品质、思维层次及发展等问题的讨论是从整体角度、通过理论思考进行的，可谓是对思维的“宏观研究”。与此相对而言，对具体思维的研究是对思维的“微观研究”。

一般说来，关于化学思维研究的内容主要包括：

（1） 化学思维要解决什么问题;

（2） 化学思维的具体操作过程;

（3） 化学思维类型归属;

（4） 化学思维的过程;

（5） 化学思维的训练与提升;

（6） 化学思维的结果及测量评价等。

化学思维研究常常涉及问题解决的外部行为研究、问题解决的主体内在知识经验研究、问题解决的信息加工研究、问题解决的信息加工与建构主义相结合的研究等等。

思维是多种学科研究的对象，哲学、心理学、逻辑学、语言学、神经科学、控制论和信息论等都把它作为研究对象。因此，在思维研究中常常采用不同学科的方法，或者采用多学科、跨学科的方法。

在学科思维研究中可采用内省法、思辨—推演法，以及出声思维法（口语报告分析法）、自陈法、任务分析法、反应（行为）模式分析法、作业分析法、反应时分析法，进行一般取向和专家—新手对比研究等等。

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