在实验型推断题中培养学生化学思维的策略

任华

摘要：化学思维是学好化学的金钥匙。实验型推断题对中学生的化学思维要求较高，文章浅谈教师在日常教学中如何借助实验型推断题培养学生的化学思维，并提出了教师要重视化学核心知识教学、讲授过程中要构建可视化的思维模型、日常训练中要注重培养学生规范化的解题习惯等教学策略和建议。

关键词：化学思维;实验型;推断;初中化学

文章编号：1008-0546（2021）09-0022-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2021.09.006

中学化学教师在教学中常遇到这样一个问题，教材中的每一个知识点在课堂上都讲过，但是学生却不能较好地利用所学的化学知识解决具体化学问题，原因之一是学生未能建立良好的化学思维，仅靠对化学知识的死记硬背，并不能真正理解化学。化学思维是学好化学的金钥匙，因此如何在教学中培养学生的化学思维值得每一位化学教师深思。习题训练有利于巩固所学知识，以初中化学为例，实验型推断题对学生的化学思维要求较高，教师可借助这类题型的科学训练，培养学生良好的化学思维。

一、化学思维与中学化学学习

1.化学思维及其重要性

化学思维是科学思维在化学科学领域的具体存在，是运用化学知识解决具体化学问题的思维活动过程。一定程度上，学习化学知识并在这一知识建构过程中发展化学思维是培养学生化学基本观念和化学素养的必经途径。在化学知识的具体学习与运用中形成并发展化学思维，随学习的推进与积累沉淀形成化学基本观念、化学学科意识，最终实现化学素养。可见，化学思维是从化学知识形成化学基本观念或化学学科意识最终发展化学素养的重要桥梁与必经途径[1]。

吴俊明教授曾提出，良好的学习动机将促使学习者主动、有效地融入化学学习活动中，要想学好化学，还必须掌握扎实的化学知识，具备一定的化学技能（包括化学心智技能、化学观察与实验技能两大类），并建立良好的化学思维习惯，这些条件的具备都离不开化学思维[2]。

思维是创造力的源泉，思维培养是教育的根本目的之一。化学教育的根本目的是培养学生良好的化学思维，并能运用化学知识解决实际问题。当今教育应将化学思维的训练与提升作为化学教师教育的重要内容之一，改变“老师讲、学生记”这一机械式的传统教学方法已迫在眉睫。

2.中学生如何进行化学思维

化学思维活动对信息的加工、表征是通过感知过滤、工作记忆和长时记忆三部分完成的，化学思维的结果是形成认知结构并储存于长时记忆中[3]。根据心理学研究，可认为中学生化学认知结构中包含感觉性编码和意义编码两大类，感觉性编码包含学习者脑海中的物理空间和情感空间，意义编码以概念为核心表征化学语言，形成学习者的认知空间，即物理空间、情感空间和认知空间共同构成化学认知结构（见图1）。

化学认知结构中的三大空间的形成方式如表1所示。

学生初学化学时常会遇到这样的问题，脑海中缺少相关内容的知识储备，又因化学是一门从分子、原子层次上研究物质的科学，即化学学科中有大量抽象的概念揭示微观世界的本质，生活经验无法帮助学生理解微观世界的抽象概念，学生的生活经验也不能直接运用到化学学习中。不仅如此，化学用语这一全新的学科语言成为初中生化学学习中的一道障碍，因为这一符号系统对初学者是全新的，而且不同于英语。

基于以上观点，初学化学时，在认知空间未能实现表征和存储的情况下，物理空间和情感空间为化学学习做出了重大的貢献[4]。物理空间主要依靠生活经验，以人教版九年级化学上册教材为例，先从学生生活中常接触的蜡烛、空气、水为例展开教学，学生在学习这些化学知识时能结合生活经验，产生共鸣，并能激发学习兴趣，为情感空间的建构奠定基础。情感空间主要体现在学习者的兴趣、意志力等方面，可通过实验、创建问题情境、利用丰富的多媒体资源、建构知识与经验的联系等措施进行有效的建构。

高剑南教授在论述化学核心知识与化学学科意识时强调，学习化学知识是培养化学思维的途径，尤其是化学核心知识的学习对于化学学科意识的培养具有举足轻重的作用[5]。化学科学的核心知识隶属知识维度范畴，在化学核心知识的学习中形成一定的概括能力和抽象思维以提升化学知识的系统性则属于思维维度范畴，知识维度和思维维度缺一不可，只有二者有机结合，才能学好化学。

二、初中化学实验推断题教学案例分析

案例1：如图2a所示，小瑾将反应后试管中的物质全部倒入烧杯时，发现烧杯内白色沉淀明显增多，为了探究烧杯内物质的成分，她立即向其中逐滴加入稀硝酸，并不断搅拌，烧杯内沉淀的质量随加入稀硝酸的质量变化如图2b所示。

回答下列问题：

（1）图2a所示，烧杯内的白色沉淀是________（写化学式）。

（2）BC段发生反应的化学方程式为________。

（3）A点，烧杯内的溶液中一定大量含有的离子为________（写离子符号）。

B点，烧杯内的沉淀由________种物质组成。

（4）检验D点溶液中是否含有氯离子的方法________。

参考答案：（I）BaSO4、BaCO3

（2） BaCO3+2HNO3=Ba（NO3）2+H2O+CO2↑

（3）Na+、Cl-、SO4-;2

（4）静置，取上层清液少许于洁净试管中，向其中滴加硝酸银溶液，若有白色沉淀产生，则说明含有Cl-;反之，说明没有Cl-

教学过程：

[教师]指导学生认真读题，提问：图a试管①、②中分别发生什么反应？为什么将两支试管中的物质混合后，白色沉淀明显增多？

[学生]试管①：Na2CO3+BaCl2=BaCO3↓+2NaCl

试管②：Na2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2NaCl

白色沉淀增多是因为一支试管中剩余的Ba2+与另一支试管中剩余的SO42-或CO32-继续反应。

[教师]向烧杯中加稀硝酸时，会发生什么反应？碳酸钡与稀硝酸反应而溶解，为什么图b中AB段的沉淀质量不减反增？

[学生]AB段发生的反应为：

BaCO3+2HNO3=Ba（NO3）2+H2O+CO2↑、

197

Ba（NO3）2+ Na2SO4= BaSO4↓+2NaNO3

233

即每197份质量的碳酸钡溶解会生成233份质量的硫酸钡，故沉淀的质量变大（难点突破）。还可说明未加稀硝酸时，溶液中的SO42-有剩余。

[教师]试管①、②中的物质混合后，还未加入稀硝酸时，烧杯中共有哪些物质？

[学生]碳酸钡、硫酸钡、氯化钠、硫酸钠、水

[教师]B点时沉淀质量达到最大值，为什么再加稀硝酸，沉淀不增多？

[学生]B点时，硫酸钠恰好完全反应。

[教师]为什么BC段沉淀质量逐渐减小？C点时沉淀质量为什么不继续减小？

[学生]BC段发生的反应为：

BaCO3+2HNO3=Ba（NO3）2+H2O+CO2↑

C点时，碳酸钡恰好完全反应，此时烧杯中的沉淀仅含硫酸钡。

[教师]指导学生正确解答各问题。

案例2：有一包固体粉末，可能含碳、铝、铜、氧化铝、氧化铜中的一种或几种。为探究该固体粉末的组成，某化学兴趣小组进行了如图3所示实验：

（1）向样品中加入过量稀盐酸产生的气体是________。

（2）向固体A中加入硝酸银溶液，发生反应的化学方程式为________。

（3）固体B中含有的物质是________。

（4）原固体样品中一定含有的物质是________。

（5）蓝色溶液丙中一定含有的溶质是________。

参考答案：（1）H2;（2）Cu+2AgNO3=2Ag+Cu（NO3）2;（3）Ag、C;（4）C、Al; （5）Cu（NO3）2、Al（NO3）3、HNO3

教学过程：

[教师]指导学生认真读题，并将可能存在的5种物质的化学式标注在名称的旁边，以便分析;每一步分析后，指导学生将推出的一定有的物质的化学式标在流程图中相应的位置，可能有的物质标注在括号内。提问：向样品中加过量的稀盐酸有气体产生，可以判断白色固体中有什么物质？

[学生]只有铝能与稀盐酸反应产生氢气，故原固体粉末中一定有铝。

[教师]向固体A中加一定量的硝酸银溶液得到蓝色溶液乙，说明固体A中一定有什么物质？固体B在氧气中充分灼烧产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，说明固体B中一定有什么物质？

[学生]由蓝色溶液乙可知，固体A中一定有铜，发生的反应为Cu+2AgNO3 =2Ag+Cu （NO3）2，则固体B中一定有银;由产生能使澄清石灰水变浑浊的气体可知，固体B中一定有碳，则固体A中也一定有碳。

[教师]由固体A中有铜能否判断原固体粉末中有铜？为什么？

[学生]不能。

[教师]分析固体A中铜的来源，有两种可能：

（1）原固体粉末有铜;

（2）原固体粉末中有铝、氧化铜，加过量稀盐酸，发生如下两个反应也会生成铜，即：

CuO+2HCl=CuCl2+H2O

2Al+3CuCl2=3Cu+2AlCl3

故无法判断原固体粉末中是否含有铜。（难点突破）

[教师]综合分析，原固体粉末中一定有什么物质？

[学生]碳和铝。

[教师]无色溶液甲和蓝色溶液乙混合后得到白色固体C和蓝色溶液丙，溶液甲和溶液乙中的溶质一定含有什么物质？

[学生]无色溶液甲是由原固体粉末与过量稀盐酸经过滤操作所得，故含有AlCl3、HCl。蓝色溶液乙中一定有硝酸铜（可能有未反应完的硝酸银）。甲、乙混合后得到白色固体C和蓝色溶液丙，则白色固体C一定是AICl3、HCl与硝酸银反应生成的氯化银沉淀，故蓝色溶液丙中一定有AICl3与硝酸银反应生成的硝酸铝、HCl与硝酸银反应生成的硝酸及未反应的硝酸铜。还可进一步确认藍色溶液乙中一定含有硝酸铜和硝酸银。

[教师]指导学生正确解答各问题。

在上述两个教学案例中，教师在引导学生思考时还应重点关注：

（1）悉：学生是否熟悉初中化学所涉及的酸碱盐之间的复分解反应，以及这些物质的溶解性;

（2）审：指导学生认真审题，圈注题中关键信息;

（3）思：问题式切入，引导学生思考;

（4）视：分析时有可视化的思维过程。

三、教学策略与建议

1.重视化学核心知识教学

在中学课堂教学中，教师应重视化学知识（尤其是化学核心知识）的教学，夯实基础，以便为化学思维的培养打下根基。着眼于学生理解化学核心概念、形成化学基本观念的知识教学应该遵循以下原则：

（1）关注知识的内在逻辑，把化学思维过程作为化学过程的核心;

（2）关注学生的先有观念和知识背景，尽量使知识与生活经验建立联系;

（3）结合知识逻辑和学生经验背景设计多种形式的探究过程;

（4）重视学生的直觉思维和反省式思维或批判性思维;

（5）注重培养学生对化学的学习兴趣，如通过实验、学习情境引导学生参与化学学习。

由于化学学科兼具文理科的特点，许多基础知识需要记忆或理解，要想夯实基础，教师还须在日常教学中重抓落实，如学生初学元素符号、化学方程式等化学用语时，可利用“短评快”（在几分钟内考查学生对知识的掌握情况并能快速反馈的一种评价方式）检测学生对知识的掌握情况，并及时跟进督促学生加强对相关知识的记忆和理解。

2.构建可视化的思维模型

华东师范大学刘濯源提出：“思维可视化是指图示或者图示结合的方式把原本不可见的思维路径、结构、方法及策略呈现出来，使其清晰可见的过程[6]。”教师应用现有教学环境所能提供的图示技术，在教学的各个环节应用图示或图示组合帮助学生建构有意义的数理思维，将课堂知识内容有条理地呈现出来，使学生能更清晰地明确所学习的知识之间的内在联系，启发思维，提高解决问题的能力。在此过程中，学生对每节课的知识内部的联系能有较清晰的认识，在长期的学习过程中，也能形成自我的思维习惯和思考方式。

例：将硝酸银溶液加入到一定量铁和铜的混合物中，充分反应后过滤得到滤液和滤渣，试分析滤液和滤渣的成分。

教学建议：在明确“金属活动性相差越大（或位置距离越远），反应越先发生”这一反应规律后，教师可利用图示或表格帮助学生理解“当反应物的量不同时，产物会发生变化”（见图4）。如在第①种情况下，硝酸银的量较少，只能与一部分铁反应，故滤渣中一定有铁、铜和银，滤液中的溶质只有硝酸亚铁。图示简单明了，能将复杂的情况可视化，帮助学生理解。

教师还可以结合表2整理不同情况下滤液、滤渣的成分，使分析过程变得清晰可见。

3.培养规范化的解题习惯

有的学生在分析推理时常常忽略一些关鍵条件或隐性条件，而出现错误的结果，思维过程不严谨常与学生不规范的解题习惯有关，如审题不认真，漏掉或看错关键信息，缺乏必要的解题过程或解题过程书写混乱，答题时文字表述不严谨、不全面等。不规范的解题习惯势必会成为思维品质培养路上的拦路虎。

要培养学生规范化的解题习惯，教师的教学应规范化，如教师的语言应是严谨、准确的，教学板书应该是清晰、无误的。教师在日常的每一节课中应向学生渗透规范化的化学语言，这种影响是潜移默化的。教师也可展示学生规范性的解题样本，树立规范性解题的榜样。

良好的审题习惯是正确解题的前提。教师在日常教学中要注重引导学生圈注题干中的关键信息、答题要求，分析时要在纸上留下中间过程，以便分析错误时能快速发现问题，如在物质推断题中，及时将推出来物质的化学式标注在相应的位置，以便下一步分析，如在分析某溶液的组成时，可将流程图中每一步所得物质中一定有的物质的化学式标出，可能有的物质的化学式标在括号内，将废液中一定有的物质划“√”，一定没有的物质划“×”，若既无“√”也无“×”则表示该物质可能存在，这种清晰的分析过程能有效地避免因中间过程缺失或不规范而导致的误判，也能很好地培养学生严谨的化学思维习惯。

四、结语

21世纪的化学需要强化、发展和创新化学思维。教师在课堂教学时不只是教知识，更重要的是教会学生思考的方法，也就是要注重对学生思维的培养和训练，学生只有真正具备了良好的化学思维品质，才能熟练运用化学知识解决实际问题，为我国培养具有创新精神的化学人才。

参考文献

[1]李玲.中学生化学思维研究[D].南京：南京师范大学，2014

[2] 吴俊明.关注化学思维研究化学思维[J].化学教学.2020，3：6

[3]王亚南.加工速度、工作记忆与思维发展：思维发展的心理机制探讨[M].合肥：安徽人民出版社，2006

[4]鲁忠义，杜建政，刘学华.工作记忆模型的第四个组成部分一情景缓冲器[J].心理科学.2008，31（1）：239-241

[5] 高剑南.试论化学核心知识与化学学科意识[J].化学教学.2004，3：1-2

[6] 刘濯源.思维可视化与教育教学的有效整合[J].中国信息技术教育，2015（ 21）：6