化学概念性思维及其对化学教学的启示

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1、1化学概念性思维及其对化学教学的启示黄都 1 蒋龙飞 2Chemistry conceptual thinking and its implication to chemistry teaching Huang du Jiang longfei(1 广西师范大学化学化工学院；2 广西师大附属外国语学校)摘要：化学概念是构成化学思维的基本单元。具备化学概念性思维的人，其个性心理特征主要表现在好奇心、简化心、抽象力、创造力和批判力等 5 个方面。化学基础教育重要使命是促进学生化学概念性思维的形成与发展。指导化学教师进行面向素质教育的化学课程与教学设计的关键观念是，将化学概念视为探究物质及其变化规律

2、和解决化学问题的思维工具。关键词：概念性思维 概念教学 化学概念化学概念是中学化学课程与教学内容的重要组成部分，也是中学生化学知识建构与问题解决活动中的难点之一。因而，多数化学教师在概念教学设计中，非常注重概念的深度剖解、多元表征和反复应用，如抓关键词、做概念图、强化练习等等。可这种教学方式往往只能促使少数学生在短时间内基本掌握化学概念的内涵和外延，而多数学生则依然“云里雾里、模糊不清” 。例如，普通高中的很多学生不会写化学式、化学方程式；多数中学生到了高三年级甚至进入大学学习之后，才对“物质的量” 、 “氧化性、还原性” 、 “电解质”等概念产生比较清晰的理解。这一现象说明，对化学概念的理解

3、，是一个循序渐进的过程，是一种有赖在实践应用中反复访取和重构的认知过程，有的概念理解甚至伴随着人的一生，例如，什么是生命？什么科学？等等。概念理解过程，实质上是一种“思维体操” ，经常做这种思维活动，有利人们从更高的深度、更多的维度来看问题，进而更有实效、更有创造性地解决问题。对化学概念的理解性思考，不仅仅能够解决化学领域的问题，而且，还提升人的思维素质，使人脑的潜能得到充分的发掘和发展。因此，化学教师有必要理解和澄清化学概念的思维价值，并在此基础上，更好遵循化学概念学习与教学规律，有条理、有预计地展开教学。一、化学概念生成与发展的历史性分析1、概念是人类思维的基本单元概念(concepts)

4、是人们抓住诸多相关事实的共同特征，超越事实本身而抽象概括出来的各种观念。概念往往用一些术语或名词来表示，但这些术语或名词仅仅是概念所涵意义的载体。有了概念术语，人们的思维可以更深、更广泛。例如， “卤族元素(halogen element)”是对第 7 主族元素总称，原因在于2F、Cl 、Br、I、At 等元素的原子在结构上有相似性，它们在自然界都以典型的盐类存在 ，是成盐元素，halogen 的含义即是“成盐” 。虽然在研究卤族元素性质时，会考虑到它们各自的特性，但为了区别元素周期素中的其它元素族，人们有必要超越相关的事实本身，建立“卤素”这一概念。 “化合价”概念则是建立化合物的定比现象之

5、基础上；“物质的量”则是建立在克质量、气体摩尔体积等事实基础之上，等等。2、概念的建立源于猜想与假设从化学发展史的视角看，化学概念的生成和发展源于人们对世界万物存在、演化的原因进行微观层面的猜想和假设 1 。其中， “元素”概念的猜想、论证和科学化，在整个化学历史长河中起着奠基性的作用。最初，神学思维占据了主导地位，如西文人认为万物的存在是造物主(上帝)的安排；随后，进入相互的经验逻辑思维，如古希腊人认为火、气、水、土是构成万物的“始基” ；到了17 世纪中叶，由于科学实验方法在欧洲的兴起，人们积累了一些物质变化的实验资料，才初步建立了正确的元素观；近代化学诸多科学概念、理论的建立，离不开科学

6、的化学元素观的形成，现代化学的盛兴与快速发展，亦离不开人们围绕构成万物的基本元素所进行的各种研究。3、科学概念的形成是“个体建构”和“社会建构”相结合的产物化学概念的建构最先源于个别科学家做的杰出工作“扎根实践、勇于质疑、深析数据、反复思索、抽象概括、创造新词、撰写论文” ，这一过程在学习科学上称为“知识的个体建构” 。在某一科学家发表具有开创性的论文之后，会吸引更多的科学家加入到这一概念、观点和论题的讨论、验证和争论之中，起到化学学术界达成了统一的看法，这一过程即是“知识的社会协商” 。4、人们往往对自己发现并建构的概念普遍具有“固执偏爱”的心理倾向如今，我们所用的教科书中，所呈现的知识往往

7、带有很强的“确定性” 。事实上，这种知识的确定性来之不易，它湿透着历代科学家的智慧和汗水，而且，看似非常完美的课本知识，仍然有其漏洞和不足之处。同样地，学生以接受和建构这些“确定性知识”时，亦会表现出与历史上科学家相似的错误和偏见，直到他们看到其他的解释方式更易于理解、更具有实效性、更具合理性时，他们才有可能放弃自己的误概念。学生在化学学习中普遍表现出来的“固执己见、艰难重构”这一心理倾向，与历史上诸多著名科学家的思维品质极为相似，例如，爱因斯坦晚年时期对量子力学的错误认识，源于他无法摆脱自己已有的偏见；19 世纪初阿伏伽德罗提出的分子论真遭到道尔顿和当时欧洲化学罗权威人士贝齐里乌斯等人的反对

8、，等等。正是由于人们并不容易放弃自己已有观念，并不容易发现新观念(新概念)，因此，化学科学发展的速度是相对缓慢的；相应地，学生对概念的理解过程，也是比较漫长的事。3二、化学概念性思维的基本特征1、概念性思维和事实性思维的区别人的思维品质主要表现在他(或她)遇到事情(或事物)时，是否去思考，思考的方向如何，思考的深度和广度如何，思考的结果如何。具有概念性思维的人，往往总是试图超越事实本身去理解事物；而事实性性思维的人，是仅仅停留于已有的零散的经验层面。例如，只有那些在打球过程中既能够具备好的技术(球性 )，又能时常反思总结这些技术该如何发挥，如何与队友配合才达到最佳效果的人，才有可能在日后发展成

9、为具有创造性能力的教练人物。而那些只会打球，不善于思考总结的人，则不可能成为杰出的教练员。化学教育也是如此，我们需要培养出具有创新意识和实践能力的人才，而不是仅仅培养一些化学“技工” 。2、化学概念性思维的基本特征拥有化学概念性思维的人，通常具有如下心理和行为特征：(1)好奇心。人们往往因为好奇而“打破沙锅问到底” ，即可以向自己追问，也可以向他人追问。从古代人的现实生活看，对世界万物构成要素的了解并不能够给他们带来温饱和安全，但他们为何又对此穷追不舍呢？到了近现代，人们逐渐发现，对物质微观世界的认识与利用，可以造福人类自己，例如，新材料、新技术的发明，离不开化学基本概念和理论的发展。但是，人

10、们到了这个物质生活丰富无忧的年代，却少了很多好奇心，特别是对科学领域的纯粹的兴趣和探索。(2)简化心。奥卡姆“剃刀原则”为人们处理复杂事物指明了方法论取向：如果你有两个原理，它们都能解释观测到的事实，那么你应该使用简单的那个，直到发现更多的证据；对于现象最简单的解释往往比较复杂的解释更正确；如果你有两个类似的解决方案，选择最简单的；需要最少假设的解释最有可能是正确的。从事化学学与教的人都知道，化学事实零碎繁多，化学现象变换莫测，化学问题解决方案丰富多彩，那么，怎样实现有效的理解、掌握和问题解决呢？这就需要我们具有简化之心：归纳、概括出有利记忆、理解的术语；以图示、隐喻的方式来重新表征化学知识。

11、简化的最佳方式是概念化，例如，用“电解质”这一概念可以表示在熔融状态或溶液里能够导电的那类化合物，用“弱”字可以对离子反应、水解过程的本性进行概括；用一支针筒做实验容器，可以观察到铜和稀硝酸反应及其产物的变化的过程，用简易的方法可以实现对复杂、不易成功的化学实验的改进，从而创造出“化学实验新概念(如概念车、新概念英语一样)” 。4值得一提的是，简化之心并不等于“投机取巧” 、 “偷工减料” 。简化是一种智慧，是一种“事半功倍”的能力，是一种直觉思维、抽象思维、创造性思维、批判性思维协同作用的过程。(3)抽象力。抽象力亦即我们常说的科学抽象能力。一个具有较强的科学抽象能力的人，需要具备很强的语言

12、能力。化学领域的抽象、概括，往往需要用一些不常用的或经常在其他领域出现的词语来表达。例如，乙醛能够发现“银镜反应”和“红色反应” ，基于这两个事实，我们可以推知“醛基具有弱还原性” ，新制的氢氧化铜有弱氧化性，进行得知“弱还原刘+弱氧化剂”反应生成物的基本规律：反应缓慢，生成临近价态产物。抽象力的获得源于“有条理的想象”和“诗性思维的激活” ，它往往具有默会性、跳跃性，只能通过模仿学习，而不能直接传授。(4)创造力。在 博 弈 圣 经 中 ， 作 者 将 概 念 描 述 为 前 卫 的 、 新 颖 的 、 潮 流 的 ， 有未 来 的 趋 势 ， 有 背 景 有 画 面 2 。 这 表 明 了

13、 概 念 性 思 维 的 “创 造 性 ”特 征 。一 个 有 创 造 力 的 人 ， 必 须 依 托 于 概 念 性 思 维 。 例 如 ， 氢 氯 光 爆 实 验 ， 传 统 上用 点 燃 的 镁 条 引 爆 ， 如 果 我 们 把 “燃 着 的 镁 条 ”看 成 是 提 供 能 量 的 光 源 、热 源 ， 那 么 ， 我 们 可 以 用 照 相 机 闪 灯 、 电 石 打 火 等 方 式 来 引 爆 ， 从 而 ， 体 现出 实 验 的 创 新 力 。 中 学 化 学 实 验 设 计 与 创 新 ， 是 培 养 人 创 新 意 识 和 实 践 能 力的 有 效 途 径 之 一 ， 其

14、中 ， 少 不 了 概 念 性 思 维 。(5)批判力。批判的实质是对某一思维方式的否定或质疑，而概念则是构成人的思维内容的基本单元，因此，批判行动是概念重构的起点。例如，有的教师为让学生看到新制氢氧化亚铁的真实面目(白色絮状沉淀)而采取各种方法隔绝空气，最终制得的产物的确能保持很长时间不变色，但却带来了新问题：该白色沉淀放置很久，也不变成红棕色的氢氧化铁沉淀(至多变成了黑绿色的东西)。学生体验不到氢氧化亚铁的“不稳定性”的真实过程。对此，我们不禁要问：本知识点对于学生来说，最有意义的部分是什么？我们认为，最有意义的是“氢氧化亚铁沉淀的色变过程和色变结果” ，加几滴 H2O2 溶液可在短时间实

15、现该沉淀完满的变化历程。这一点改进，不仅利用了氧化剂(O 2)这一概念，而且，还批判了这位老师的化学教育思维方式：机械追踪实验难点，忽视实验教育价值的真正所在。综合上述 5 点，我们必须看到，作为教师，我们不能只要求学生具备概念性思维，重要的是，教师首先要具备这样的思维能力和习惯。教师的概念性思维水平，老师对化学概念获得、化学概念性思维特点的认识，以及将这些认识5转化为有效的教学设计，是影响学生化学理解力的重要因素。三、对化学教学的启示基于对化学概念生成与发展、化学概念性思维基本特征的认识，我们不难看出，中学化学课程与教学实质上是围绕概念性思维的培育而实施。这正如美国学者埃里克林所说：“概念的

16、发展是与人的一生并行前进的过程。概念性理解要求高水平、综合性的思维能力，它需要各级学校加以系统地训练。 ”3 那么，学校应当如何通过课程与教学设计来训练学生的概念性思维呢？我们认为，化学教师要具备概念性思维培养的教育心理学知识。其次，化学教师要学会围绕化学概念性思维的发展来设计学习进程和学习活动方式。具体而言，应注意以下几点：1、应弱化化学知识分类教学之间的分界线。在传统教学观念中，人们为了找到有效的教学方法，问题倾向于知识与学习目标角度来区分出不同的化学课型，主要包括化学基本概念原理课、元素与化合物知识课、化学实验、有机化学、化学计算、化学习题课、化学复习课等，而且，各课型之间是边界明显、相对孤立的。这样做会导致教师将大量精力用于抽象概念原理的反复解读和训练，例如，在高一讲到氧化还原反应概念时，有的教师用了近 1 个月的时间，把整个高中阶段与氧化还原反应有着的知识都全部讲完，这样显然增加了学习的抽象性和难度，也违背了概念性思维生成与发展的基本规律。2、将对物质及其变化的探究作为课程与教学的核心内容主线，化学概念