高中化学教学中学生思维能力的培养

赵宗芳

摘要： 认为思维能力特别是化学逻辑思维能力不足，是学生感到高中化学“难”的关键所在。阐述了对学生进行化学逻辑思维训练的必要性，提出在培养高中生化学思维能力方面的4个做法： 用逻辑关系图解释教学内容的逻辑结构;利用“启发式草图”培养学生的逻辑思维;让学生学会利用价—类二维图梳理有关元素化学知识;开展小组学习模式，激发思维的灵活性。

关键词： 高中化学教学; 化学思维能力培养; 化学逻辑思维训练

文章编号： 10056629（2021）07002305

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 高中化学教学中的困惑与问题

1.1 高一新生的困惑——化学到底怎样学

初中生刚进入高中时，对学习化学有较大的热情，但经过一段时间后，学习热情会慢慢变淡。为什么会发生这样的变化？在师生交流时学生普遍反映： 在初中时按照教师要求去记（忆）、完成練习题，基本上就能够“过关”。可是，高中化学内容比初中多、理论性比初中强、难度比初中大，用初中的方法来学习高中化学成效不大，高中化学到底应该怎样学？

1.2 高二学生的疑惑——如何学好有机化学

经过一学年的磨合，高一学生多少有点适应高中化学的学习了。可是，一到学习有机化学内容，他们很快就发现，在高一好不容易形成的“经验”行不通了： 有机化学内容更复杂、更难记！许多教师也有这样的经验： 有机化学的学习会难倒很大一批学生。从学习无机化学转变到学习有机化学，会出现新的两极分化现象。有些学生能比较快地适应有机化学学习，部分学生甚至认为，有机化学比无机化学容易，因为其体系的逻辑性比较强。但是，较多学生学习有机化学的思维和方法一时很难调整过来，会陷入“有机化学困惑”之中。对于有些选修化学的学生来说，有机化学的学习甚至是他们心中的一个痛。

如何学好有机化学？是很多高二学生存在的疑惑。

2 我们的思考

2.1 为什么学生觉得高中化学“难”

比较初中化学教材与高中化学教材，我们发现它们有下列主要差别：

（1） 空气、水、（常见）金属以及“生活中常见的化合物”等目标物质都是初中学生“身边”就有的、是学生比较熟悉的（仅金属矿物多数学生不太熟悉），学生对这些物质的感性经验比较丰富;而高中化学中的目标物质学生就不太熟悉了，对这些物质的感性经验比较贫乏，学习时难度自然比较大。

（2） 初中化学中的理论知识主要是关于物质组成的元素化合物概念和溶液的组成、关于物质结构的原子结构和化合物形成过程、关于物质性质的氧化性还原性和酸碱盐通性、关于物质变化的化学反应基本类型等等，比高中化学内容少得多、简单得多。

（3） 初中化学中的抽象概念、理论内容比高中化学少得多。

（4） 高中化学教科书大多比较薄，好像内容不多，可是教师上课时，书中一两页的内容大多是一课时讲不完的。而且，现行教科书一般不适合学生自学;仅根据教科书纸面内容无法应付各种考试。

（5） 相对而言，初中化学教学时间充裕程度大于高中化学，甚至有学校能花费两年的时间来教授一年的规定内容，这对高中化学教学来说，是根本不可能的。

（6） 高中化学的试题难度远大于初中化学。初中化学试题大多内容少、理论性不强、抽象程度较小，学生的化学成绩可以通过反复操练而提升。不少学生就反映过，他们的中考化学成绩是靠最后阶段的冲刺提高上来的，背背记记就能考出不错的成绩。

总之，高中化学内容多、难度大、理论性比较强、进度较快，理论内容比较抽象，要求学生具有较高的抽象思维能力，对学生的思维品质有较高的要求。如果学生还是用初中学习化学的态度、方法来学习高中化学，势必不可能考出好成绩，势必要“受到打击”，学习很难有质的提升。

2.2 为什么学生觉得有机化学“难”

关于物质结构跟其性质的关系，我们常说“结构决定性质”。其实，“物质结构决定其性质”是化学的基本逻辑之一。有机化学最易体现“结构决定性质”，逻辑性也比较强。但是与无机化合物比较，有机化合物结构的多样性导致有机化合物比较复杂，例如C7H16的结构多达9种，这会对学生的学习带来明显的干扰，使他们难以形成有效的解题思路。但是，如果引导学生弄清异构体形成的内在逻辑，以及异构体性质变化的逻辑规律，使繁杂的现象得到梳理，无疑会降低学生接受、理解的难度。

有机化学的研究范式跟无机化学显著不同，它们的教学范式、学习范式自然也应该不同。范式的转换需要一定的条件，需要有转换的过渡期，还需要有一定的辅助措施，需要及早谋划。现行的教材往往在一章一节之后就进行转换，如果没有及早准备的有效措施，学生自然难以及时适应，自然会感到有机化学“太难”。

2.3 “难”的关键是什么

上述高一学生的困惑和高二学生的疑惑，归根结底都与化学思维及其品质有关。所谓化学思维主要是指围绕物质的组成、结构、性质、变化、相互联系等开展的思维活动。“新高考”方案试行后，高考命题重视考查学生的化学思维品质，重视引导教学创新，纠正死记硬背和一味刷题等教学现象，凸显了对学生进行化学思维训练、提高他们思维能力的重要性。

时至今日，化学科学已经越过了纯粹经验科学阶段，成为一门理论与经验并重、理论与经验结合的科学，新概念、新理论、新经验、新成果不断出现。在这种情况下，中学化学教学内容相应地发展、变化，难度逐渐有所提升，这是必然的、正常的。人类及其个体的智力也是在不断发展、不断提升的（这两种宏观过程都是大体上总体提升、局部分为若干阶段）。化学教师要同时适应上述两个宏观变化趋势，必须在“微观”上调整教学模式，关键在于促进学生的发展、促进学生思维的发展，使化学学习难度的增长跟学生智力和学习能力的增长更好地同步、协调。

科学是讲逻辑的，科学的各个分支、门类都有自己的逻辑体系。掌握化学的逻辑体系和逻辑思维方法对于学好化学十分重要。化学的逻辑思维（即化学抽象思维）跟化学形象思维密切地联系着，它们都是化学思维的重要基础成分。学生感到高中化学难、有机化学难，除了上面说到的一些因素外，他们的智力发展滞后、不会或者不善于进行化学逻辑思维也是一个重要原因。在2020年“疫情”期间，我们的化学教学活动主要采取空中课堂直播和在线互动相结合的线上教学形式。化学课程的线上教学实践表明： 对思维、理解能力和学习自觉性较差的学生来说，效果不是太好，逻辑思维能力和知识整合能力对学生学习效果的影响较大。这个事实印证了： 思维能力，特别是化学逻辑思维能力不足，是学生感到“难”的关键所在;也印证了对学生进行化学逻辑思维训练的必要性[1～3]。

3 我们的尝试

学生化学思维能力的形成不是一蹴而就的，需要教师在平时的课堂教学中不断地进行渗透和培养。化学教师要认识到化学知识和其他理科一样是有逻辑体系的，化学的学习是要有思维容量的，没有思维容量的教学内容很难培养学生的思維品质。学生的化学思维品质应该从开始就着手培养，只有课堂上不断熏陶、磨砺，一以贯之，学生才可能形成良好的思维品质。

因此，教师要不断思考、学习、探索，努力掌握协调教学需要跟学生思维能力发展的关系，积极地尝试如何让看起来零散、逻辑联系不强的化学知识凸显其内在的逻辑性;尝试如何让学生经过一段时间学习后，头脑中的化学知识逻辑体系变得比较清晰、完整。

就此，我们在教学实践中作了一些尝试、探索，现简介如下。

3.1 用逻辑关系图解释教学内容的逻辑结构

高中化学教材的知识板块是以章的形成呈现。笔者对高中教材（上科版）进行研究，发现章与章之间存在一定的逻辑联系。

从图1可以看出，在我们使用的教科书中，概念与理论、元素化学的知识体系是呈螺旋上升的趋势。基础理论知识和元素化学知识穿插进行，符合学生的认知规律。学生在基础理论、元素知识的交叉学习中，可以学会整合知识，将理论联系实际。这种螺旋上升的设计符合知识的逻辑规律，也符合学生的认知规律和思维特点。图2是教科书中有机化合物内容编排体系的走向，实际上也反映了有机物从最简单的烃逐步进化为复杂的有机化合物的基本逻辑过程。把这两个图介绍给学生并反复出现，不但能使他们逐渐增进对教学内容内在逻辑的理解，还能增加对教学内容的亲近感，减少陌生感、恐惧感，有助于他们学好具体教学内容。

再如在学生学习“进一步认识氧化还原反应”后，让他们尝试以图表形式比较从得氧失氧角度、从化合价升降角度以及从电子转移角度对氧化还原反应的分析，可以帮助学生更深刻地认识3种分析方法的内在逻辑联系，以及氧化还原反应的本质。

再如“元素周期律、元素周期表”的学习，结合先前对元素化学知识的学习，通过对元素化学知识的事实和数据的分析、总结、归纳、演绎，进而得出规律。这些规律的获得，可以更好地帮助学生在学习过程中整合知识，有利于学生理解元素化学知识，让学生对元素化学的认识从感性上升到理性，从识记上升到思维分析。

3.2 利用“启发式草图”培养学生的逻辑思维

草图是学生学习过程中常用的一种记录和思考的重要工具，尤其是在理科学习中，草图可以反映学生的思维过程。所谓启发式草图，就是依据学习者对知识内容的主观认识，将思维内容及过程显性化的一种图示。它可以反映出学生的思维动态过程以及思维的逻辑性。学生制作启发式草图，需要对文字表达的信息进行加工、处理、浓缩、提取，将抽象的知识高度组织并转化为形象的图示，将知识间的内在联系完整地呈现出来。启发式草图的优点是制作比较简单，通过手绘可以帮助学生理清知识间的脉络，将隐性的知识显性化。借助启发式草图，可以整合零散的知识，建立知识间的内在逻辑，培养学生的逻辑思维能力。

布鲁纳认为，“获得的知识，如果没有完满的结构把它关联在一起，那是一种多半会被遗忘的知识。一串不连贯的论据在记忆中仅有短促得可怜的寿命”[4]。而启发式草图正可以起到将知识关联在一起的作用。

近两年来，笔者利用“启发式草图”指导学生进行学习，帮助学生建立知识之间的逻辑联系，培养学生的逻辑思维能力，体会到这是引导学生掌握学习的一种有效方法。

跟无机化合物比较，有机化合物的组成元素比较简单，但其结构却复杂多样。

以C7H16为例，其结构就有9种，给学生的学习造成了很大的障碍。尤其是学习到有机化合物的推断和合成时，会有一大批学生被难倒。为了帮助学生理解有机物之间的逻辑联系，课堂上，笔者引导学生通过讨论画出有机物之间联系的草图，注意使草图建立的过程，也是学生思维完善的过程，也是思维得到锻炼的过程，让学生认识到有机物的转化是有逻辑依据的，是有规律可循的而不是割裂，没有章法的。

无论是有机化学、元素化学还是化学概念和原理，学生都可以借助启发式草图建立知识间的逻辑联系;无论是课堂上，还是课余时间，教师都可以利用启发式草图指导学生梳理知识;启发式草图是一种便捷的工具。如果能利用好这个工具，进入高三后的学生，知识的掌握是有逻辑体系的，而知识的提取也是有逻辑顺序的。

笔者对启发式草图在教学中的应用得到学生和同行的认可： 学生在进行学习经验交流时说，常借助启发式草图帮助考前复习;学校目前包括语文、数学、物理、地理等学科在内的教学也常借助启发式草图帮助学生梳理知识。启发式草图已经成为我校教师培养学生逻辑思维的有效工具之一。

3.3 让学生学会利用价—类二维图梳理有关元素化学知识

元素化学需记忆的知识内容比较多、比较零散;知识的逻辑性、系统系较差。例如，硫及其化合物是高中化学比较重要的一部分内容，因其与工业生产及生活密切相关，所以一直是考试的热点和重点。但其价态比较多，物质种类也比较多，物质间的转化比较复杂，如果是杂乱无章地、没有依据地记忆这些知识，势必给学生的学习带来一定的困扰。为了帮助学生把枯燥的、零散的知识变成具有高度组织的、容易记忆的、逻辑性强的体系，笔者曾经在课堂上以硫及其化合物为例，构建了硫元素之间相互转化的价—类二维图，借助该图帮助学生学会利用价—类二维分析对硫及其化合物知识进行梳理，见图5。

由价—类二维图可以从物质类别和化合价两个角度探索有关物质之间的转化途径。可以根据物质类别分析它们的通性，建立物质之间的转化关系。例如根据硫元素的化合价，可以分析各物质的氧化性或者还原性、判断发生氧化还原反应的可能性并预测产物。通过该图还可以帮助学生理解硫酸工业制备的原理（实线区域），以及酸雨形成途径（虚线区域）。这种图示模型的建立，可以帮助学生把已有知识和新知识间建立联系，使知识体系比较清晰，逻辑性比较强，同时也给学生提供了学习元素化学知识的一种有效方法。

3.4 开展小组学习模式，激发思维的灵活性

在进行课堂教学时，笔者常以小组合作的形式组织讨论。小组合作有利于学生进行思想的交流，在交流过程中，方案会逐渐完善，思维会得到锻炼。

例如，在讲授氯化氢的实验室制备时，笔者引导学生讨论出一套完整的气体制备流程装置图（见图6）。

进行完该阶段的教学后，笔者提供了氯气的相关信息，分小组进行实验装置的设计，并进行设计的说明。小组讨论的形式，学生乐意交流，讨论热烈，成员之间集思广益，互相补充，设计了不同的实验装置（见图7）。

小组学习的优势在于： 问题是在讨论中发现和解决的，问题的发现和解决的过程是思维逐渐完善的过程，也是逻辑逐渐清晰的过程，通过小组讨论获得的知识往往是不容易遗忘的。

霍华德·加德纳说过：“要让学生们留在學校直至15岁、20岁，我们需要一个更有力的理由。我的观点是训练他们的学科思维。[5]”高中化学教学培养学生的学科逻辑思维具有重要意义，我们应不断地尝试和努力。

参考文献：

[1]吴俊明. 关于核心素养及化学学科核心素养的思考与疑问[J]. 化学教学， 2016， （11）： 3～8.

[2]张中和. 浅议小学数学教学中学生逻辑思维能力的培养[J]. 神州， 2017， （24）： 153.

[3]黄朝阳. 逻辑学教育对素质教育之价值[J]. 教育研究， 2011， （6）： 28～31.

[4]布鲁纳. 教育过程[M]. 上海： 上海人民出版社， 1973： 21.

[5]霍华德·加德纳著. 张开冰译. 受过学科训练的心智[M]. 北京： 学苑出版社， 2008： 1.